EP3173163A1 - Method for controlling or regulating a motion of a tool, hydraulic system, draw cushion press and control device - Google Patents

Method for controlling or regulating a motion of a tool, hydraulic system, draw cushion press and control device Download PDF

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EP3173163A1
EP3173163A1 EP15197033.2A EP15197033A EP3173163A1 EP 3173163 A1 EP3173163 A1 EP 3173163A1 EP 15197033 A EP15197033 A EP 15197033A EP 3173163 A1 EP3173163 A1 EP 3173163A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric machine
hydraulic system
tool
model
movement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15197033.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ingo Geier
Frank Knoche
Peter MOURLAS
Klaus Oberndorfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15197033.2A priority Critical patent/EP3173163A1/en
Publication of EP3173163A1 publication Critical patent/EP3173163A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
    • B21D24/14—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies pneumatically or hydraulically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B19/00—Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/007—Simulation or modelling
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/2053—Type of pump
    • F15B2211/20538—Type of pump constant capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
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    • F15B2211/633—Electronic controllers using input signals representing a state of the prime mover, e.g. torque or rotational speed
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    • F15B2211/6651—Control of the prime mover, e.g. control of the output torque or rotational speed
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7052—Single-acting output members

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a movement of a tool and a hydraulic system. Furthermore, the invention relates to a die cushion press and a control device.
  • Cushion presses are widely used today for machining workpieces.
  • Die cushion presses have a tool that is equipped with a workpiece, in particular a sheet metal.
  • the sheet is processed with a pressing tool that periodically moves down.
  • the tool on which the workpiece is positioned also retracts with a delay.
  • a process force and a process speed are adjustable.
  • the process force and the process speed have to be adjusted for a gentle machining of the workpiece in order not to destroy the workpiece during machining.
  • a regulation of the process force and the process speed is preferably carried out by a hydraulic system.
  • a modern hydraulic system has a pump, wherein the pump is adjustable by means of a pressure sensor.
  • Pumps typically include a flow regulator and an electric machine.
  • the object is achieved by a hydraulic system for controlling a movement of a tool, in particular a drawing cushion of a die cushion press, according to claim 1.
  • the hydraulic system comprises a hydraulic cylinder coupled to the tool, a flow controller connected to the hydraulic cylinder, the flow controller coupled to an electric machine, a control device configured to control the electric machine, at least one measuring means for Detecting a loading condition and / or a movement of the tool or the electric machine.
  • the at least one measuring means for outputting a signal in the presence of a loading condition and / or a movement of the tool or the electric machine to the control means is formed, wherein the means for detecting the load condition and / or movement as a force sensor, as a position sensor and / or is designed as an electricity sensor and / or as a donor.
  • control device has a model of the hydraulic system.
  • the model provides motion parameters for the electric machine.
  • the electric machine is controlled or regulated by means of the movement parameters.
  • the object is further achieved by a die cushion press according to claim 10.
  • the object is further achieved by a method according to claim 11.
  • the at least one measuring means is designed as a force sensor, as a position sensor, as an encoder and / or as an electricity sensor.
  • the provision of the at least one movement parameter for controlling or regulating the electric machine is carried out by means of a model.
  • An advantageous feature of the invention is, without the use of a pressure sensor, to provide a stable control or regulation of the movement of the tool.
  • control device requires the (output) signal of the pressure sensor, that is to say the determined pressure of the hydraulic medium, for the regulation of the electrical machine.
  • the pressure of the hydraulic medium is calculated here either with the aid of the model and / or replaced by at least one signal of a measuring means.
  • the workpiece is machined by a pressing tool.
  • a high force is exerted on the workpiece.
  • the tool is moved down when machining the workpiece.
  • the movement of the tool is initiated by the pressing tool.
  • the underside of the tool is connected to the hydraulic cylinder.
  • the movement of the tool leads to a change in an extended position of the hydraulic cylinder.
  • the hydraulic cylinder has at least one chamber which is filled with a hydraulic medium.
  • the hydraulic medium flows through a flow regulator.
  • the flow regulator is used to convert the flow of the hydraulic medium into a rotational movement.
  • the rotational movement is absorbed by the electric machine.
  • mechanical energy is converted by the electric machine into electrical energy.
  • the electrical machine can thus be advantageous for recovery be used by energy.
  • the electrical energy can be stored for this purpose in an energy storage.
  • the tool for receiving the workpiece is connected to a plurality of hydraulic cylinders.
  • the plurality of hydraulic cylinders may be operatively connected to a flow regulator.
  • the tool is connected at its bottom with two, three or four hydraulic cylinders.
  • the hydraulic cylinders are each connected to a flow regulator.
  • the flow regulator and the electric machine form a pump. If the electric machine has an encoder, then the pump is a servo pump.
  • the flow regulator in combination with the electric machine is used to control the position of the tool, the process speed, the process force and the return of the tool to the starting position.
  • the speed of the electric machine depends on the speed of the tool.
  • the speed of the tool when machining the workpiece is also referred to as process speed.
  • the speed of the electrical machine can be determined by means of an encoder on the electric machine.
  • the speed can also be determined with the electricity sensor.
  • the frequency of the voltage and the current depends on the speed.
  • the frequency of the voltage and / or the current is advantageously determined by means of the electricity sensor.
  • the torque which acts on the electric machine depends on the force exerted by the pressing tool on the workpiece and / or the tool.
  • the force acting on the tool is also called process force.
  • the measuring means can be designed as a force sensor.
  • a force gauge is used to determine the force exerted on the tool and / or the workpiece to be machined.
  • the measuring means can also be provided as a position sensor for determining the position of the tool.
  • the position sensor is advantageously associated with the hydraulic cylinder.
  • the position sensor is advantageously used to determine the extended position of the piston of the hydraulic cylinder.
  • the position sensor can also be used to determine the process speed.
  • the process speed is the first time derivative of the determined position.
  • Movement parameters are electrical machine torque, electrical machine rotational speed, electrical machine supply voltage, electric machine supply current, frequency of voltage and / or current for the electric machine. Movement parameters can also be an intended process force and / or a designated process speed.
  • the supply voltage and / or the supply current for the electric machine is the current or the voltage which are applied to the coils of the electrical machine. The admission takes place with the aid of the control device.
  • the electric machine is connected to the control device. If the tool and thus the rotor of the electric machine moves, energy in the electric machine is transferred to the control device. For a movement of the tool into a starting position, the control device advantageously provides electrical energy for the electrical machine.
  • the control device is used to control and / or to control the movement of the tool.
  • the control device is used to control or to regulate the movement in the electric machine.
  • the electric machine is used to control the movement of the tool.
  • the controller represents the Voltage and / or current ready for the electric machine.
  • the control device provides the supply voltage or the supply current for the electric machine on the basis of the movement parameters. To provide the supply voltage or the supply current serve a voltage converter and / or a converter.
  • the control device may also be designed to remove the electrical energy from the electrical machine, wherein the electrical energy is provided to an energy store and / or a supply network.
  • the inverter For converting the voltage or the current is advantageously the inverter.
  • the model is used to calculate the motion parameters for the electric machine.
  • the model can be a self-sufficient model. Autarkic means here that the model manages without further input variables like a signal from a measuring device.
  • a self-sufficient model motion parameters due to physical relationships, in particular taking into account the design of the hydraulic system, calculated.
  • the model has an empirically determined or determined by a simulation relationship between the position of the tool and a movement parameter, e.g. the torque, for the electric machine on.
  • the model can also be largely self-sufficient, so that a signal of a measuring means is provided only to improve the model.
  • the calculation of the motion parameters also takes place in the largely self-sufficient model without the signal.
  • the model calculates a pressure value.
  • a pressure value is the signal of a pressure sensor.
  • the model calculates the pressure value using the methods outlined below.
  • the pressure value is provided to the controller.
  • the control device controls and / or regulates the electric machine. By the control or regulation of the electric machine the control device controls or regulates the movement of the tool and thus the machining of the workpiece.
  • the model calculates in an advantageous embodiment based on the movement of the electric machine, the torque of the electric machine or a counter torque of the electric machine.
  • the counter torque is the torque that opposes the electric machine to a movement of the rotor through the flow regulator.
  • the model in particular accesses a signal from an electricity sensor.
  • the controller Depending on the torque applied to the electric machine or the induced speed, the controller provides a voltage or current to the electric machine to control the movement.
  • the model is preferably an executable computer program and installed on a computing unit for execution.
  • a model can be configured as an additional program, as an "app” (application) or as a software extension or software module.
  • Models 2), 3) and 4) are largely observer systems that can directly calculate motion parameters.
  • the models can take into account or calculate variables such as the temperature of the hydraulic medium, the viscosity of the hydraulic medium or aging of the hydraulic system.
  • the hydraulic system also saves some of the energy involved in machining the workpiece.
  • the electric machine serves as a generator during an induced movement in the electric machine and generates electrical power Energy.
  • the energy can be transmitted with the aid of the control device to an energy storage and / or a supply network.
  • the energy stored in the energy store can, in particular with the help of the electric machine, be used to return the tool to the starting position.
  • the electrical machine and / or the control device can be designed so that the energy consumption is minimal.
  • the model in the form of software is advantageously installed on a computing unit, wherein the arithmetic unit is assigned to the control device.
  • An advantageous embodiment of the hydraulic system is characterized in that the force sensor is associated with the tool.
  • the force sensor may be positioned on the surface of the tool in the region of the bearing surface for the workpiece.
  • the force sensor may also be associated with the pressing tool which moves the tool downwards.
  • the process force can be determined directly by a force sensor on the tool. Based on the directly determined process force, the control of the electrical machine can be stabilized.
  • the model for calculating a process force and / or a process speed is provided.
  • the process force can either be determined with the aid of the force sensor or calculated with the aid of the model.
  • the process force is the model and / or the control device provided for the control and / or regulation of the electrical machine.
  • the process speed can be determined with the position sensor and / or the electricity sensor.
  • the electricity sensor determines the voltage and / or the current in the electric machine. In particular, by the frequency of the voltage or the current is a very accurate determination of the speed of the electric machine possible.
  • a time-dependent determination of the position of the tool by means of the position sensor can be carried out a direct determination of the process speed.
  • the process force and / or the process speed are provided to the control device for controlling the electrical machine.
  • the process force and / or the process speed can also be provided as input for the model.
  • the model advantageously calculates the motion parameters from the process speed and / or the process force.
  • the process force and / or the process speed can also be made available as motion parameters of the control device itself.
  • the process force and the process speed are particularly advantageous for improving the model, so that the model can be regularly adapted to the hydraulic system.
  • the model calculates a pressure value of a hydraulic medium, in particular for controlling the electric machine.
  • the pressure value which is determined according to the prior art with a pressure sensor, with Help of the model calculated.
  • the model is provided for replacement of the pressure sensor.
  • the model comprises a relationship of the signal with the load and / or the movement of the tool.
  • the transmitter and / or the electricity sensor are associated with the electric machine.
  • the encoder determines the angular position of the rotor of the electric machine.
  • the encoder is thus suitable for determining the rotational speed of the electrical machine.
  • the speed of the tool can be determined indirectly via the encoder.
  • the electricity sensor determines the voltage and / or the current of the electric machine - in particular their time course.
  • the hydraulic system is able to transfer part of the hydraulic medium into a tank or remove it from the tank.
  • a variable amount of hydraulic medium in the hydraulic system By a variable amount of hydraulic medium in the hydraulic system, a simple regulation of the initial position of the tool and the pressure value of the hydraulic medium is possible.
  • the control device can also be provided.
  • control device has a converter, wherein the converter is provided for controlling and / or regulating the electric machine.
  • the inverter is a frequency converter for power supply or current consumption of the electrical machine.
  • the inverter is a foreign-controlled inverter.
  • the electrical machine is a synchronous machine.
  • the inverter can be integrated in the control device.
  • the inverter controls the electric machine based on the movement parameters that are specified by the model and / or the control device.
  • inverter in particular a foreign-controlled frequency converter
  • electrical energy can be transferred from the electric machine into the energy store and / or the supply network and from where the electrical machine is fed again. In this way, part of the energy can be recovered while machining the workpiece.
  • the at least one electricity sensor is used to determine the current and / or the voltage in the electrical machine, wherein the electricity sensor is designed to provide the signal to the converter.
  • the converter serves to control and / or regulate the current and / or the voltage in the electrical machine.
  • the electricity sensor can also be assigned to the control device.
  • the electricity sensor is advantageously assigned to the inverter.
  • this embodiment is a compact design of the hydraulic system. The design has short paths for the signal provided by the measuring means.
  • the model is self-sufficient.
  • the model provides the motion parameters and / or the pressure of the hydraulic medium without a signal of the measuring means available.
  • the measuring means and the signal are optional for the improvement of the model, which in this case accesses the signal irregularly.
  • the measuring means are no longer necessary for controlling the electrical machines and thus for controlling the hydraulic system or the die-cushion press. A defect of a measuring means therefore advantageously no longer leads to a failure of the hydraulic system.
  • the model is a self-learning model.
  • the model is advantageously expandable with a neural network.
  • the neural network can collect information about the hydraulic system through a learning curve and this information can advantageously be used to improve the control of the electrical machine or the hydraulic system.
  • the calculation of the motion parameters is largely self-sufficient.
  • the signal provided by the at least one measuring means optionally serves to improve the model.
  • the method of controlling the movement of the tool is supported by the model.
  • the model calculates motion parameters and / or quantities such as the pressure of the hydraulic medium in the hydraulic system.
  • autonomous means that the calculation of the above variables is done without reference to the input signal. Only for improving and / or balancing the model with the hydraulic system, the signal is used.
  • the movement parameters are a torque or a rotational speed of the electric machine.
  • the (intended) speed and the (intended) torque are provided by the model.
  • the variables are used to control and / or regulate the electrical machine.
  • the model calculates a process force, a pressure value of a hydraulic medium and / or a process speed. Based on the process force, the pressure value of the hydraulic medium and / or the process speed, the electric machine is controlled or regulated.
  • the quantities calculated here are provided to the control device.
  • the sizes can partially replace the signals from pressure sensors.
  • a pressure sensor and / or a force sensor can be omitted or temporarily faulty, without the control device failing.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the hydraulic system.
  • the hydraulic system has a tool W on which a workpiece WS is positioned.
  • the tool W is connected to a hydraulic cylinder HZ.
  • the hydraulic cylinder HZ has a lower chamber K1 and an upper chamber K2.
  • the lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ is filled with a hydraulic medium K.
  • the hydraulic medium K is transferred during a movement of the tool W down (shown by the arrow) through a flow regulator DR in a tank T.
  • the flow regulator DR converts the flow energy of the hydraulic medium K into a rotational energy. wherein the rotational energy is transmitted to an electric machine M.
  • the electrical machine M has an encoder G, wherein the encoder G is provided for determining the angular position or for determining the rotational speed of the electric machine M.
  • the flow regulator DR and the electric machine M are coupled by a shaft.
  • the shaft is connected to the rotor of the electric machine M.
  • the electric machine M and the flow controller DR together form a pump P. Since the electric machine M has a sensor G, the electric machine M, the flow controller DR and the encoder G forms a servo pump.
  • the electric machine M is connected to a control device SE.
  • the control device SE further has an input for the encoder G.
  • the control device SE comprises a converter U.
  • To calculate motion parameters such as rotational speed and / or torque of the electric machine M the control device SE has a model MD.
  • the model MD optionally has a characteristic curve KL.
  • the characteristic KL connects, for example, the induced movement of the electric machine M with a torque or a supply voltage, the supply voltage being applied to the electric machine M with the aid of the converter U.
  • the hydraulic medium K which flows out of the flow regulator DR, is transferred to a tank T.
  • the flow regulator DR in conjunction with the electric machine M can also transfer the hydraulic medium K from the tank T back into the lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ.
  • no pressure sensor DS is necessary due to the model MD. This is indicated by crossing out.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the hydraulic system.
  • the lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ is connected to the upper chamber K2 of the hydraulic cylinder HZ via a first flow regulator DR and via a second flow regulator DR.
  • the first flow regulator DR serves to convert the flow energy of the hydraulic medium K by means of the electric machine M into electrical energy.
  • the flow energy of the hydraulic medium K is converted by means of the electric machine M into electrical energy.
  • the electrical energy is supplied with the aid of the inverter U, in particular a power converter, an energy storage B.
  • the energy storage B the electrical energy that is released during the machining of the workpiece WS can be stored.
  • the electrical energy stored in the energy storage B is advantageously used for returning the hydraulic medium K from the upper chamber K2 back into the lower chamber K1.
  • the further flow regulator DR is used in conjunction with a (further) electric machine M.
  • a tank T which is provided for receiving or for discharging the hydraulic medium K.
  • the electrical machine M which is equipped with the encoder G, can also be controlled via a self-sufficient model MD as part of the control device SE.
  • the signal S of the encoder G is not necessary.
  • the hydraulic system is still ready for use.
  • the lack of necessity of the encoder G for controlling or regulating the electric machine M is indicated by the dashed connection.
  • the encoder G only be connected in time with the control device SE.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the hydraulic system.
  • the hydraulic system has an electricity sensor ES, which is assigned to the control device SE.
  • the electricity sensor ES measures the voltage U_act and / or the current I_act in the electric machine M.
  • the electricity sensor ES is advantageously assigned to the converter U, the converter U being assigned to the control device SE.
  • the electricity sensor ES provides a signal S, wherein the signal S is transmitted to the model MD.
  • the model MD calculates from the signal S at least one movement parameter, which is transmitted to the control device and / or the inverter U. Based on the motion parameter, the electric machine M is controlled or regulated without a transmitter G having to transmit a signal S to the control device SE.
  • the signal S can also be provided by another location of the control device. For example, the signal S may be provided by a higher level control of the press.
  • control device SE can also receive a signal from a further measuring means such as an encoder G, a position sensor PS or a force sensor KS, wherein the signal S is provided in particular for improving the model MD.
  • a further measuring means such as an encoder G, a position sensor PS or a force sensor KS, wherein the signal S is provided in particular for improving the model MD.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the hydraulic system.
  • the hydraulic cylinder HZ or the tool W is assigned a position sensor OS.
  • the position sensor OS determines the position of the tool W.
  • the position sensor OS provides a signal S for the control device SE.
  • the tool W has a force sensor KS.
  • the force sensor KS also provides a signal S of the control device SE available.
  • the control device SE is used to control and / or regulate the electrical machine M on the basis of the supplied signals S. At least one signal S supplied to the control device SE serves either to improve the model MD or as a starting point for the calculation of a motion parameter by the model MD.
  • the at least one signal S is converted into a pressure value D, the pressure value D being made available to the model MD and / or the control device SE.
  • the model MD calculates a movement parameter from the pressure value D, the movement parameter being transferred from the model MD to the converter U.
  • the converter U can regulate the electrical machine M on the basis of the movement parameters.
  • the invention relates to a method for controlling a movement of a tool W and a hydraulic system for controlling or regulating a tool W. Further, the invention relates to a die cushion press and a control device SE.
  • a model MD as part of a control device SE calculates a pressure value D, a process speed, a process force and / or further movement parameters, which is provided for stabilizing a control of an electrical machine M as part of the hydraulic system. With the help of the electric machine M and a flow regulator DR, the movement of the tool W can be controlled or regulated by the electric machine M. With the help of the movement parameters, the electric machine M is controlled.
  • the electric machine M By calculating the pressure value, the process speed and / or the process force through the model MD and the provision of the values to the control device SE, the electric machine M can be controlled.
  • a hitherto necessary pressure sensor DS can thus be dispensed with.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs (W) und ein Hydrauliksystem zur Steuerung oder Regelung eines Werkzeugs (W). Weiter betrifft die Erfindung eine Ziehkissenpresse und eine Steuereinrichtung (SE). Ein Modell (MD) als Teil einer Steuereinrichtung (SE) berechnet einen Druckwert, eine Prozessgeschwindigkeit, eine Prozesskraft oder weitere Bewegungsparameter, die zur Stabilisierung einer Regelung einer elektrischen Maschine (M) als Teil des Hydrauliksystems vorgesehen ist. Mit Hilfe der elektrischen Maschine (M) und einem Durchflussregler (DR) lassen sich die Bewegung des Werkzeugs (W) durch die elektrische Maschine (M) steuern oder regeln. Mit Hilfe der Bewegungsparameter wird die elektrische Maschine (M) gesteuert. Durch die Berechnung des Druckwertes, der Prozessgeschwindigkeit und/oder der Prozesskraft durch das Modell (MD) und die Bereitstellung der Werte an die Steuereinrichtung (SE) kann die elektrische Maschine (M) geregelt werden. Ein bisher notwendiger Drucksensor kann somit entfallen.

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The invention relates to a method for controlling a movement of a tool (W) and a hydraulic system for controlling or regulating a tool (W). Furthermore, the invention relates to a die cushion press and a control device (SE). A model (MD) as part of a controller (SE) calculates a pressure value, a process speed, a process force, or other motion parameters provided to stabilize a control of an electric machine (M) as part of the hydraulic system. With the aid of the electric machine (M) and a flow regulator (DR), the movement of the tool (W) through the electric machine (M) can be controlled or regulated. With the help of the movement parameters, the electric machine (M) is controlled. By calculating the pressure value, the process speed and / or the process force through the model (MD) and providing the values to the control device (SE), the electric machine (M) can be controlled. A hitherto necessary pressure sensor can thus be dispensed with.
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines Werkzeugs und ein Hydrauliksystem. Weiter betrifft die Erfindung eine Ziehkissenpresse und eine Steuereinrichtung.The invention relates to a method for controlling a movement of a tool and a hydraulic system. Furthermore, the invention relates to a die cushion press and a control device.

Ziehkissenpressen werden heute zur Bearbeitung von Werkstücken verbreitet eingesetzt. Ziehkissenpressen weisen ein Werkzeug auf, das mit einem Werkstück, insbesondere einem Blech, bestückt wird. Das Blech wird mit einem Presswerkzeug, das sich periodisch nach unten bewegt, bearbeitet. Das Werkzeug, auf dem das Werkstück positioniert ist, fährt verzögert ebenfalls nach unten. Durch eine Koordinierung der Bewegung des Presswerkzeugs und des Werkzeugs sind eine Prozesskraft und eine Prozessgeschwindigkeit einstellbar. Die Prozesskraft und die Prozessgeschwindigkeit sind für eine schonende Bearbeitung des Werkstückes einzustellen bzw. zu regeln, um das Werkstück bei der Bearbeitung nicht zu zerstören.Cushion presses are widely used today for machining workpieces. Die cushion presses have a tool that is equipped with a workpiece, in particular a sheet metal. The sheet is processed with a pressing tool that periodically moves down. The tool on which the workpiece is positioned also retracts with a delay. By coordinating the movement of the pressing tool and the tool, a process force and a process speed are adjustable. The process force and the process speed have to be adjusted for a gentle machining of the workpiece in order not to destroy the workpiece during machining.

Eine Regelung der Prozesskraft und der Prozessgeschwindigkeit erfolgt vorzugsweise durch ein Hydrauliksystem. Ein modernes Hydrauliksystem weist eine Pumpe auf, wobei die Pumpe mit Hilfe eines Drucksensors regelbar ist. Pumpen weisen normalerweise einen Durchflussregler und eine elektrische Maschine auf.A regulation of the process force and the process speed is preferably carried out by a hydraulic system. A modern hydraulic system has a pump, wherein the pump is adjustable by means of a pressure sensor. Pumps typically include a flow regulator and an electric machine.

Eine solche Ausführung ist in der EP 1 882 534 B1 beschrieben.Such a design is in the EP 1 882 534 B1 described.

Weiter beschreibt DE 196 00 650 C2 einen Antrieb für einen hydraulischen doppelwirkenden Aktuator (Hydraulikzylinder), wobei zwei Pumpen einen Zwei-Quadranten-Betrieb ermöglichen. Nachteilig am bisherigen Stand der Technik sind die aufwendigen und ungenauen Konzepte zur Steuerung der Bewegung des Werkzeugs.Next describes DE 196 00 650 C2 a drive for a hydraulic double-acting actuator (hydraulic cylinder), whereby two pumps allow a two-quadrant operation. A disadvantage of the prior art, the complex and inaccurate concepts for controlling the movement of the tool.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeugs, insbesondere bei einer Ziehkissenpresse, anzugeben.It is therefore an object of the invention to provide an improved concept for controlling the movement of a tool, in particular in a die cushion press.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Hydrauliksystem für eine Ziehkissenpresse bereitzustellen, die ohne empfindliche Bauteile wie Drucksensoren auskommt.In particular, it is an object of the invention to provide a hydraulic system for a die cushion press, which manages without sensitive components such as pressure sensors.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, bei der Bearbeitung eines Werkstücks Energie einzusparen und auf empfindliche Bauteile wie Drucksensoren zu verzichten.It is another object of the invention to save energy in the machining of a workpiece and to dispense with sensitive components such as pressure sensors.

Die Aufgabe wird durch ein Hydrauliksystem zur Steuerung oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs, insbesondere eines Ziehkissens einer Ziehkissenpresse, nach Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by a hydraulic system for controlling a movement of a tool, in particular a drawing cushion of a die cushion press, according to claim 1.

Das Hydrauliksystem weist einen Hydraulikzylinder auf, der mit dem Werkzeug gekoppelt ist, einen Durchflussregler, der mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist, wobei der Durchflussregler an eine elektrische Maschine gekoppelt ist, eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung der elektrischen Maschine ausgebildet ist, mindestens ein Messmittel zum Erfassen eines Belastungszustandes und/oder einer Bewegung des Werkzeugs oder der elektrischen Maschine.The hydraulic system comprises a hydraulic cylinder coupled to the tool, a flow controller connected to the hydraulic cylinder, the flow controller coupled to an electric machine, a control device configured to control the electric machine, at least one measuring means for Detecting a loading condition and / or a movement of the tool or the electric machine.

Gemäß der Erfindung ist das mindestens eine Messmittel zur Ausgabe eines Signals bei Vorliegen eines Belastungszustands und/oder einer Bewegung des Werkzeugs oder der elektrischen Maschine an die Steuereinrichtung ausgebildet, wobei das Mittel zur Erfassung des Belastungszustandes und/oder der Bewegung als Kraftsensor, als Positionssensor und/oder als Elektrizitätssensor und/oder als Geber ausgebildet ist.According to the invention, the at least one measuring means for outputting a signal in the presence of a loading condition and / or a movement of the tool or the electric machine to the control means is formed, wherein the means for detecting the load condition and / or movement as a force sensor, as a position sensor and / or is designed as an electricity sensor and / or as a donor.

Weiter weist die Steuereinrichtung ein Modell des Hydrauliksystems auf. Das Modell stellt Bewegungsparameter für die elektrische Maschine bereit.Furthermore, the control device has a model of the hydraulic system. The model provides motion parameters for the electric machine.

Die elektrische Maschine wird anhand der Bewegungsparameter gesteuert oder geregelt.The electric machine is controlled or regulated by means of the movement parameters.

Die Aufgabe wird weiter durch eine Ziehkissenpresse nach Anspruch 10 gelöst.The object is further achieved by a die cushion press according to claim 10.

Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.The object is further achieved by a method according to claim 11.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs mittels eines Hydrauliksystems, umfasst die Schritte:

  1. A) Erfassen eines Belastungszustandes und/oder einer Bewegung eines Werkzeugs und/oder einer elektrischen Maschine (M) mit einem Messmittel;
  2. B) Erzeugen eines Signals an eine Steuereinrichtung des Hydrauliksystems, wenn ein Belastungszustand und/oder eine Bewegung des Werkzeugs und/oder der elektrischen Maschine erfasst ist;
  3. C) Bereitstellen des Signals als Eingangsgröße für ein Modell des Hydrauliksystems;
  4. D) Bereitstellen von zumindest einem Bewegungsparameter zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine des Hydrauliksystems.
The method according to the invention for controlling and / or regulating a movement of a tool by means of a hydraulic system comprises the steps:
  1. A) detecting a load condition and / or a movement of a tool and / or an electric machine (M) with a measuring means;
  2. B) generating a signal to a controller of the hydraulic system when a load condition and / or movement of the tool and / or the electric machine is detected;
  3. C) providing the signal as an input to a model of the hydraulic system;
  4. D) providing at least one movement parameter for controlling or regulating the electrical machine of the hydraulic system.

Das mindestens eine Messmittel ist als Kraftsensor, als Positionssensor, als Geber und/oder als Elektrizitätssensor ausgebildet. Die Bereitstellung des zumindest einen Bewegungsparameters zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine erfolgt mittels eines Modells.The at least one measuring means is designed as a force sensor, as a position sensor, as an encoder and / or as an electricity sensor. The provision of the at least one movement parameter for controlling or regulating the electric machine is carried out by means of a model.

Die Aufgabe wird auch durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 14 gelöst.The object is also achieved by a control device according to claim 14.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Teil der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments of the invention are part of the dependent claims.

Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist es, ohne den Einsatz eines Drucksensors, eine stabile Steuerung oder Regelung der Bewegung des Werkzeugs anzugeben.An advantageous feature of the invention is, without the use of a pressure sensor, to provide a stable control or regulation of the movement of the tool.

Gemäß dem Stand der Technik benötigt die Steuereinrichtung das (Ausgangs-)Signal des Drucksensors, also den ermittelten Druck des Hydraulikmediums, zur Regelung der elektrischen Maschine.According to the prior art, the control device requires the (output) signal of the pressure sensor, that is to say the determined pressure of the hydraulic medium, for the regulation of the electrical machine.

Der Druck des Hydraulikmediums wird hier entweder mit Hilfe des Modells berechnet und/oder durch zumindest ein Signal eines Messmittels ersetzt.The pressure of the hydraulic medium is calculated here either with the aid of the model and / or replaced by at least one signal of a measuring means.

Das dient zur Aufnahme eines Werkstücks. Das Werkstück wird durch ein Presswerkzeug bearbeitet. Bei der Bearbeitung, insbesondere bei der Verformung, des Werkstücks wird eine hohe Kraft auf das Werkstück ausgeübt. Das Werkzeug wird bei der Bearbeitung des Werkstücks nach unten bewegt.This serves to receive a workpiece. The workpiece is machined by a pressing tool. During machining, in particular during deformation, of the workpiece, a high force is exerted on the workpiece. The tool is moved down when machining the workpiece.

Die Bewegung des Werkzeugs wird durch das Presswerkzeug initiiert. Die Unterseite des Werkzeugs ist mit dem Hydraulikzylinder verbunden. Die Bewegung des Werkzeugs führt zu einer Veränderung einer Ausfahrstellung des Hydraulikzylinders. Der Hydraulikzylinder weist zumindest eine Kammer auf, die mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Bei einer Bewegung des Werkzeugs strömt das Hydraulikmedium durch einen Durchflussregler. Der Durchflussregler dient zur Umsetzung der Strömung des Hydraulikmediums in eine Rotationsbewegung. Die Rotationsbewegung wird von der elektrischen Maschine aufgenommen. Bei einer Bewegung des Werkzeugs, insbesondere bei der Bearbeitung des Werkstücks, wird mechanische Energie durch die elektrische Maschine in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Maschine kann somit vorteilhaft zur Rückgewinnung von Energie eingesetzt werden. Die elektrische Energie kann zu diesem Zweck in einem Energiespeicher gespeichert werden.The movement of the tool is initiated by the pressing tool. The underside of the tool is connected to the hydraulic cylinder. The movement of the tool leads to a change in an extended position of the hydraulic cylinder. The hydraulic cylinder has at least one chamber which is filled with a hydraulic medium. During a movement of the tool, the hydraulic medium flows through a flow regulator. The flow regulator is used to convert the flow of the hydraulic medium into a rotational movement. The rotational movement is absorbed by the electric machine. During a movement of the tool, in particular during the machining of the workpiece, mechanical energy is converted by the electric machine into electrical energy. The electrical machine can thus be advantageous for recovery be used by energy. The electrical energy can be stored for this purpose in an energy storage.

Es ist auch möglich, dass das Werkzeug zur Aufnahme des Werkstücks mit mehreren Hydraulikzylindern verbunden ist. Die mehreren Hydraulikzylinder können mit einem Durchflussregler wirkverbunden sein. Für eine besonders flexible Bewegungsmöglichkeit des Werkzeugs ist das Werkzeug an seiner Unterseite mit zwei, drei oder vier Hydraulikzylindern verbunden. Vorteilhaft sind die Hydraulikzylinder mit je einem Durchflussregler verbunden.It is also possible that the tool for receiving the workpiece is connected to a plurality of hydraulic cylinders. The plurality of hydraulic cylinders may be operatively connected to a flow regulator. For a particularly flexible movement possibility of the tool, the tool is connected at its bottom with two, three or four hydraulic cylinders. Advantageously, the hydraulic cylinders are each connected to a flow regulator.

Der Durchflussregler und die elektrische Maschine bilden eine Pumpe. Weist die elektrische Maschine einen Geber auf, dann ist die Pumpe eine Servopumpe. Der Durchflussregler in Kombination mit der elektrischen Maschine dient zur Steuerung der Position des Werkzeugs, der Prozessgeschwindigkeit, der Prozesskraft sowie der Rückführung des Werkzeugs an die Ausgangsposition.The flow regulator and the electric machine form a pump. If the electric machine has an encoder, then the pump is a servo pump. The flow regulator in combination with the electric machine is used to control the position of the tool, the process speed, the process force and the return of the tool to the starting position.

Die Drehzahl der elektrischen Maschine hängt von der Geschwindigkeit des Werkzeugs ab. Die Geschwindigkeit des Werkzeugs bei der Bearbeitung des Werkstücks wird auch als Prozessgeschwindigkeit bezeichnet. Die Drehzahl der elektrischen Maschine kann mit Hilfe eines Gebers an der elektrischen Maschine bestimmt werden. Die Drehzahl kann überdies mit dem Elektrizitätssensor bestimmt werden. Bei einer Synchronmaschine hängt die Frequenz der Spannung und des Stroms von der Drehzahl ab. Die Frequenz der Spannung und/oder des Stroms wird vorteilhaft mit Hilfe des Elektrizitätssensors bestimmt.The speed of the electric machine depends on the speed of the tool. The speed of the tool when machining the workpiece is also referred to as process speed. The speed of the electrical machine can be determined by means of an encoder on the electric machine. The speed can also be determined with the electricity sensor. In a synchronous machine, the frequency of the voltage and the current depends on the speed. The frequency of the voltage and / or the current is advantageously determined by means of the electricity sensor.

Das Drehmoment, welches auf die elektrische Maschine, insbesondere auf den Rotor der elektrischen Maschine, wirkt, hängt von der Kraft ab, die das Presswerkzeug auf das Werkstück und/oder das Werkzeug ausübt. Die Kraft, die auf das Werkzeug wirkt, wird auch als Prozesskraft bezeichnet.The torque which acts on the electric machine, in particular on the rotor of the electric machine, depends on the force exerted by the pressing tool on the workpiece and / or the tool. The force acting on the tool is also called process force.

Das Messmittel kann als Kraftsensor ausgeführt sein. Ein Kraftmesser dient zur Ermittlung der Kraft, die auf das Werkzeug und/oder das zu bearbeitende Werkstück ausgeübt wird.The measuring means can be designed as a force sensor. A force gauge is used to determine the force exerted on the tool and / or the workpiece to be machined.

Das Messmittel kann auch als Positionssensor zur Bestimmung der Position des Werkzeugs vorgesehen sein. Der Positionssensor ist vorteilhaft dem Hydraulikzylinder zugeordnet. Der Positionssensor dient vorteilhaft zur Bestimmung der Ausfahrstellung des Kolbens des Hydraulikzylinders. Der Positionssensor kann auch zur Bestimmung der Prozessgeschwindigkeit dienen. Die Prozessgeschwindigkeit ist hierbei die erste zeitliche Ableitung der ermittelten Position.The measuring means can also be provided as a position sensor for determining the position of the tool. The position sensor is advantageously associated with the hydraulic cylinder. The position sensor is advantageously used to determine the extended position of the piston of the hydraulic cylinder. The position sensor can also be used to determine the process speed. The process speed is the first time derivative of the determined position.

Bewegungsparameter sind Drehmoment der elektrischen Maschine, Drehgeschwindigkeit der elektrischen Maschine, Versorgungsspannung der elektrischen Maschine, Versorgungsstrom der elektrischen Maschine, Frequenz der Spannung und/oder des Stroms für die elektrische Maschine. Bewegungsparameter können auch eine vorgesehene Prozesskraft und/oder eine vorgesehene Prozessgeschwindigkeit sein. Die Versorgungsspannung und/oder der Versorgungsstrom für die elektrische Maschine ist der Strom bzw. die Spannung, die auf die Spulen der elektrischen Maschine beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung erfolgt mit Hilfe der Steuereinrichtung.Movement parameters are electrical machine torque, electrical machine rotational speed, electrical machine supply voltage, electric machine supply current, frequency of voltage and / or current for the electric machine. Movement parameters can also be an intended process force and / or a designated process speed. The supply voltage and / or the supply current for the electric machine is the current or the voltage which are applied to the coils of the electrical machine. The admission takes place with the aid of the control device.

Die elektrische Maschine ist mit der Steuereinrichtung verbunden. Bewegt sich das Werkzeug und damit der Rotor der elektrischen Maschine, wird Energie in der elektrischen Maschine in die Steuereinrichtung übertragen. Für eine Bewegung des Werkzeugs in eine Ausgangsstellung stellt die Steuereinrichtung vorteilhaft elektrische Energie für die elektrische Maschine zur Verfügung.The electric machine is connected to the control device. If the tool and thus the rotor of the electric machine moves, energy in the electric machine is transferred to the control device. For a movement of the tool into a starting position, the control device advantageously provides electrical energy for the electrical machine.

Die Steuereinrichtung dient zur Steuerung und/oder zur Regelung der Bewegung des Werkzeugs. Die Steuereinrichtung dient zur Steuerung bzw. zur Regelung der Bewegung in der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine dient zur Steuerung der Bewegung des Werkzeugs. Die Steuereinrichtung stellt die Spannung und/oder den Strom für die elektrische Maschine bereit. Die Steuereinrichtung stellt die Versorgungsspannung bzw. den Versorgungsstrom für die elektrische Maschine anhand der Bewegungsparameter bereit. Zur Bereitstellung der Versorgungsspannung bzw. des Versorgungsstroms dienen ein Spannungswandler und/oder ein Umrichter.The control device is used to control and / or to control the movement of the tool. The control device is used to control or to regulate the movement in the electric machine. The electric machine is used to control the movement of the tool. The controller represents the Voltage and / or current ready for the electric machine. The control device provides the supply voltage or the supply current for the electric machine on the basis of the movement parameters. To provide the supply voltage or the supply current serve a voltage converter and / or a converter.

Die Steuereinrichtung kann auch zur Entnahme der elektrischen Energie aus der elektrischen Maschine ausgebildet sein, wobei die elektrische Energie einem Energiespeicher und/oder einem Versorgungsnetz bereitgestellt wird. Zur Umformung der Spannung bzw. des Stromes dient vorteilhaft der Umrichter.The control device may also be designed to remove the electrical energy from the electrical machine, wherein the electrical energy is provided to an energy store and / or a supply network. For converting the voltage or the current is advantageously the inverter.

Das Modell dient zur Berechnung der Bewegungsparameter für die elektrische Maschine. Das Modell kann ein autarkes Modell sein. Autark heißt hier, dass das Modell ohne weitere Eingangsgrößen wie ein Signal eines Messmittels auskommt. Mit einem autarken Modell werden Bewegungsparameter aufgrund physikalischer Zusammenhänge, insbesondere unter Berücksichtigung der Ausgestaltung des Hydrauliksystems, berechnet. Beispielsweise weist das Modell einen empirisch ermittelten oder durch eine Simulation ermittelten Zusammenhang zwischen der Position des Werkzeugs und einem Bewegungsparameter, z.B. dem Drehmoment, für die elektrische Maschine auf.The model is used to calculate the motion parameters for the electric machine. The model can be a self-sufficient model. Autarkic means here that the model manages without further input variables like a signal from a measuring device. With a self-sufficient model, motion parameters due to physical relationships, in particular taking into account the design of the hydraulic system, calculated. For example, the model has an empirically determined or determined by a simulation relationship between the position of the tool and a movement parameter, e.g. the torque, for the electric machine on.

Das Modell kann aber auch weitgehend autark sein, so dass ein Signal eines Messmittels lediglich zur Verbesserung des Modells vorgesehen ist. Die Berechnung der Bewegungsparameter erfolgt auch beim weitgehend autarken Modell ohne das Signal.The model can also be largely self-sufficient, so that a signal of a measuring means is provided only to improve the model. The calculation of the motion parameters also takes place in the largely self-sufficient model without the signal.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung berechnet das Modell einen Druckwert. Ein Druckwert ist das Signal eines Drucksensors. Dabei berechnet das Modell den Druckwert anhand der unten ausgeführten Methoden. Der Druckwert wird der Steuereinrichtung bereitgestellt. Mit Hilfe des Druckwertes steuert und/oder regelt die Steuereinrichtung die elektrische Maschine. Durch die Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine steuert oder regelt die Steuereinrichtung die Bewegung des Werkzeugs und somit die Bearbeitung des Werkstücks.In an advantageous embodiment, the model calculates a pressure value. A pressure value is the signal of a pressure sensor. The model calculates the pressure value using the methods outlined below. The pressure value is provided to the controller. With the aid of the pressure value, the control device controls and / or regulates the electric machine. By the control or regulation of the electric machine the control device controls or regulates the movement of the tool and thus the machining of the workpiece.

Das Modell berechnet in einer vorteilhaften Ausgestaltung anhand der Bewegung der elektrischen Maschine das Drehmoment der elektrischen Maschine oder ein Gegendrehmoment der elektrischen Maschine. Das Gegendrehmoment ist das Drehmoment, welches die elektrische Maschine einer Bewegung des Rotors durch den Durchflussregler entgegensetzt. Das Modell greift hierbei insbesondere auf ein Signal von einem Elektrizitätssensor zu. Je nach anliegendem Drehmoment bei der elektrischen Maschine oder nach induzierter Drehzahl stellt die Steuereinrichtung eine Spannung bzw. einen Strom für die elektrische Maschine bereit, um die Bewegung zu regeln.The model calculates in an advantageous embodiment based on the movement of the electric machine, the torque of the electric machine or a counter torque of the electric machine. The counter torque is the torque that opposes the electric machine to a movement of the rotor through the flow regulator. The model in particular accesses a signal from an electricity sensor. Depending on the torque applied to the electric machine or the induced speed, the controller provides a voltage or current to the electric machine to control the movement.

Zur Berechnung der Bewegungsparameter kann das Modell folgende Berechnungsmethoden umfassen:

  1. 1) Eine einfache Momentenregelung der elektrischen Maschine. Bei der Momentenregelung wird anhand einer Drehzahl der elektrischen Maschine, zumindest ein Bewegungsparameter berechnet und anhand der Bewegungsparameter die elektrische Maschine gesteuert. Vorteilhaft kann der Bewegungsparameter ein Drehmoment und/oder eine, insbesondere vorgesehene, Drehzahl der elektrischen Maschine sein. Die Momentenregelung kann anhand einer Kennlinie oder eines Kennfelds realisiert sein. Dabei stellt das Kennfeld oder die Kennlinie einen Zusammenhang zwischen der Drehzahl der elektrischen Maschine oder dem Signal eines Messmittels, insbesondere des Kraftsensors, her. Je nach Berechnungsmethode kann der Druck des Hydraulikmediums durch das Modell berechnet werden und der Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Durch dieses Vorgehen kann eine Steuereinrichtung gemäß dem Stand der Technik erweitert werden.
  2. 2) Einen Fuzzy-Regler zur Bereitstellung von Bewegungsparameter der elektrischen Maschine. Vorteilhaft dient eine Fuzzy-Regelung zur Berechnung eines Druckwertes und/oder zur Berechnung von Bewegungsparametern und stellt diese für die Steuereinrichtung bereit. Fuzzy-Regler sind aufgrund ihrer hohen Stabilität besonders gut für diesen Einsatz geeignet. Der Fuzzy-Regler kann überdies mit einem PI-Regler und/oder einem PID-Regler kombiniert werden.
  3. 3) Einen Modell-basierten Regler. Modell-basierte Regler, auch als Modell-prädikative Regelungen bezeichnet, eignen sich insbesondere zur Regelung der nicht-linearen Anteile. Vorteilhaft sind Modell-basierte Regler geeignet, eine Störungsanfälligkeit des Modells zu reduzieren. Besonders geeignet für die hier genannte Aufgabe sind Prozessleitsysteme.
  4. 4) Ein repetetitive-controll basiertes Modell eignet sich besonders gut zur Regelung von periodischen Prozessen, wie dies bei der wiederkehrenden Bearbeitung von Werkstücken der Fall ist.
  5. 5) "Signal-Wandler"-Modelle, die ein Signal von zumindest einem Messmittel in ein Signal eines anderen, nicht vorhandenen, Sensors, insbesondere eines Drucksensors, umwandeln. Solche Modelle eignen sich besonders gut zum Einsatz in bereits bestehenden Hydrauliksystemen.
To calculate the motion parameters, the model can include the following calculation methods:
  1. 1) A simple torque control of the electric machine. In the torque control, at least one motion parameter is calculated on the basis of a rotational speed of the electric machine, and the electric machine is controlled on the basis of the motion parameters. Advantageously, the movement parameter may be a torque and / or a, in particular provided, speed of the electric machine. The torque control can be realized on the basis of a characteristic curve or a characteristic diagram. In this case, the map or the characteristic curve produces a relationship between the rotational speed of the electrical machine or the signal of a measuring device, in particular of the force sensor. Depending on the method of calculation, the pressure of the hydraulic medium may be calculated by the model and provided to the controller. By doing so, a control device according to the prior art can be expanded.
  2. 2) A fuzzy controller for providing motion parameters of the electric machine. Advantageously, a fuzzy control serves to calculate a pressure value and / or to calculate motion parameters and provides them ready for the controller. Due to their high stability, fuzzy controllers are particularly well suited for this application. The fuzzy controller can also be combined with a PI controller and / or a PID controller.
  3. 3) A model-based controller. Model-based controllers, also referred to as model predicative controls, are particularly suitable for controlling the non-linear components. Advantageously, model-based controllers are suitable for reducing the susceptibility to malfunction of the model. Particularly suitable for the task mentioned here are process control systems.
  4. 4) A repetitive-controll-based model is particularly well suited for the control of periodic processes, as is the case with the recurrent machining of workpieces.
  5. 5) "signal converter" models, which convert a signal from at least one measuring means into a signal from another, non-existing, sensor, in particular a pressure sensor. Such models are particularly well suited for use in existing hydraulic systems.

Das Modell ist vorzugsweise ein ausführbares Computerprogramm und zur Ausführung auf einer Recheneinheit installiert. Ein solches Modell kann als Zusatzprogramm, als "App" (Applikation) oder als Software-Erweiterung bzw. Software-Modul ausgestaltet sein.The model is preferably an executable computer program and installed on a computing unit for execution. Such a model can be configured as an additional program, as an "app" (application) or as a software extension or software module.

Die Modelle 2), 3) und 4) stellen weitgehend Beobachtersysteme dar, die sowohl direkt Bewegungsparameter berechnen können. Die Modelle können Größen wie die Temperatur des Hydraulikmediums, die Viskosität des Hydraulikmediums oder Alterungserscheinungen des Hydrauliksystems berücksichtigen oder berechnen.Models 2), 3) and 4) are largely observer systems that can directly calculate motion parameters. The models can take into account or calculate variables such as the temperature of the hydraulic medium, the viscosity of the hydraulic medium or aging of the hydraulic system.

Mit dem Hydrauliksystem lässt sich zudem ein Teil der Energie bei der Bearbeitung des Werkstücks einsparen. Zum einen dient die elektrische Maschine bei einer induzierten Bewegung in der elektrischen Maschine als Generator und erzeugt elektrische Energie. Die Energie kann mit Hilfe der Steuereinrichtung an einen Energiespeicher und/oder ein Versorgungsnetz übertragen werden. Die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie kann, insbesondere mit Hilfe der elektrischen Maschine, zur Rückführung des Werkzeugs in die Ausgangsstellung eingesetzt werden.The hydraulic system also saves some of the energy involved in machining the workpiece. On the one hand, the electric machine serves as a generator during an induced movement in the electric machine and generates electrical power Energy. The energy can be transmitted with the aid of the control device to an energy storage and / or a supply network. The energy stored in the energy store can, in particular with the help of the electric machine, be used to return the tool to the starting position.

Durch eine Berechnung der zu erwartenden Bewegung mit Hilfe des Modells können die elektrische Maschine und/oder die Steuereinrichtung so ausgestaltet werden, dass der Energieverbrauch minimal ist.By calculating the expected movement with the aid of the model, the electrical machine and / or the control device can be designed so that the energy consumption is minimal.

Das Modell in Form einer Software ist vorteilhaft auf einer Recheneinheit installiert, wobei die Recheneinheit der Steuereinrichtung zugeordnet ist.The model in the form of software is advantageously installed on a computing unit, wherein the arithmetic unit is assigned to the control device.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor dem Werkzeug zugeordnet ist.An advantageous embodiment of the hydraulic system is characterized in that the force sensor is associated with the tool.

Der Kraftsensor kann an der Oberfläche des Werkzeugs im Bereich der Auflagefläche für das Werkstück positioniert sein. Der Kraftsensor kann auch dem Presswerkzeug, der das Werkzeug nach unten bewegt, zugeordnet sein.The force sensor may be positioned on the surface of the tool in the region of the bearing surface for the workpiece. The force sensor may also be associated with the pressing tool which moves the tool downwards.

Besonders vorteilhaft kann durch einen Kraftsensor am Werkzeug die Prozesskraft direkt ermittelt werden. Anhand der direkt ermittelten Prozesskraft kann die Regelung der elektrischen Maschine stabilisiert werden.Particularly advantageously, the process force can be determined directly by a force sensor on the tool. Based on the directly determined process force, the control of the electrical machine can be stabilized.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems ist das Modell zur Berechnung einer Prozesskraft und/ oder einer Prozessgeschwindigkeit vorgesehen.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the model for calculating a process force and / or a process speed is provided.

Die Prozesskraft kann entweder mit Hilfe des Kraftsensors bestimmt werden oder mit Hilfe des Modells berechnet werden. Die Prozesskraft wird dem Modell und/oder der Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine zur Verfügung gestellt.The process force can either be determined with the aid of the force sensor or calculated with the aid of the model. The process force is the model and / or the control device provided for the control and / or regulation of the electrical machine.

Die Prozessgeschwindigkeit kann mit dem Positionssensor und/oder dem Elektrizitätssensor bestimmt werden. Der Elektrizitätssensor bestimmt die Spannung und/oder den Strom in der elektrischen Maschine. Insbesondere durch die Frequenz der Spannung bzw. des Stroms ist eine sehr genaue Bestimmung der Drehzahl der elektrischen Maschine möglich. Durch eine zeitabhängige Bestimmung der Position des Werkzeugs mit Hilfe des Positionssensors kann eine direkte Bestimmung der Prozessgeschwindigkeit erfolgen.The process speed can be determined with the position sensor and / or the electricity sensor. The electricity sensor determines the voltage and / or the current in the electric machine. In particular, by the frequency of the voltage or the current is a very accurate determination of the speed of the electric machine possible. By a time-dependent determination of the position of the tool by means of the position sensor can be carried out a direct determination of the process speed.

Die Prozesskraft und/oder die Prozessgeschwindigkeit werden der Steuereinrichtung zur Regelung der elektrischen Maschine bereitgestellt. Die Prozesskraft und/oder die Prozessgeschwindigkeit können auch als Eingangsgröße für das Modell vorgesehen sein. Das Modell berechnet aus der Prozessgeschwindigkeit und/oder der Prozesskraft vorteilhaft die Bewegungsparameter. Die Prozesskraft und/oder die Prozessgeschwindigkeit können auch selbst als Bewegungsparameter der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden.The process force and / or the process speed are provided to the control device for controlling the electrical machine. The process force and / or the process speed can also be provided as input for the model. The model advantageously calculates the motion parameters from the process speed and / or the process force. The process force and / or the process speed can also be made available as motion parameters of the control device itself.

Besonders vorteilhaft dienen die Prozesskraft und die Prozessgeschwindigkeit zur Verbesserung des Modells, so dass das Modell regelmäßig an das Hydrauliksystem angepasst werden kann.The process force and the process speed are particularly advantageous for improving the model, so that the model can be regularly adapted to the hydraulic system.

Durch die Bestimmung der Prozesskraft und/oder die Prozessgeschwindigkeit ist ein besonders intuitives Engineering der Steuereinrichtung bzw. des Hydrauliksystems möglich.By determining the process force and / or the process speed, a particularly intuitive engineering of the control device or of the hydraulic system is possible.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems berechnet das Modell einen Druckwert eines Hydraulikmediums, insbesondere zur Regelung der elektrischen Maschine.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the model calculates a pressure value of a hydraulic medium, in particular for controlling the electric machine.

Bei dieser Ausgestaltung wird der Druckwert, der gemäß dem Stand der Technik mit einem Drucksensor bestimmt wird, mit Hilfe des Modells berechnet. Somit ist das Modell zum Ersatz des Drucksensors vorgesehen.In this embodiment, the pressure value, which is determined according to the prior art with a pressure sensor, with Help of the model calculated. Thus, the model is provided for replacement of the pressure sensor.

Besonders vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist die Einsparung des Drucksensors.Particularly advantageous in this embodiment is the saving of the pressure sensor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems umfasst das Modell einen Zusammenhang des Signals mit der Belastung und/oder der Bewegung des Werkzeugs. So kann eine Überlastung des Hydrauliksystems verhindert werden.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the model comprises a relationship of the signal with the load and / or the movement of the tool. Thus, an overload of the hydraulic system can be prevented.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems sind der Geber und/oder der Elektrizitätssensor der elektrischen Maschine zugeordnet.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the transmitter and / or the electricity sensor are associated with the electric machine.

Der Geber bestimmt die Winkellage des Rotors der elektrischen Maschine. Der Geber ist somit dazu geeignet, die Drehzahl der elektrischen Maschine zu bestimmen. Somit kann über den Geber indirekt die Geschwindigkeit des Werkzeugs bestimmt werden. Der Elektrizitätssensor bestimmt die Spannung und/oder den Strom der elektrischen Maschine - insbesondere deren zeitlichen Verlauf.The encoder determines the angular position of the rotor of the electric machine. The encoder is thus suitable for determining the rotational speed of the electrical machine. Thus, the speed of the tool can be determined indirectly via the encoder. The electricity sensor determines the voltage and / or the current of the electric machine - in particular their time course.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Hydrauliksystem in der Lage, einen Teil des Hydraulikmediums in einen Tank zu überführen oder aus dem Tank zu entnehmen. Durch eine variable Menge von Hydraulikmedium in dem Hydrauliksystem ist eine einfache Regulierung der Ausgangsstellung des Werkzeugs sowie des Druckwertes des Hydraulikmediums möglich. Zur Regulierung des Zuflusses/Abflusses des Hydraulikmediums kann ebenfalls die Steuereinrichtung vorgesehen sein.In a preferred embodiment, the hydraulic system is able to transfer part of the hydraulic medium into a tank or remove it from the tank. By a variable amount of hydraulic medium in the hydraulic system, a simple regulation of the initial position of the tool and the pressure value of the hydraulic medium is possible. To regulate the inflow / outflow of the hydraulic medium, the control device can also be provided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems weist die Steuereinrichtung einen Umrichter auf, wobei der Umrichter zum Steuern und/oder Regeln der elektrischen Maschine vorgesehen ist.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the control device has a converter, wherein the converter is provided for controlling and / or regulating the electric machine.

Bei dem Umrichter handelt es sich um einen Frequenzumrichter zur Stromversorgung bzw. Stromentnahme der elektrischen Maschine. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Umrichter um einen fremdgeführten Umrichter. Vorteilhaft handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Synchronmaschine.The inverter is a frequency converter for power supply or current consumption of the electrical machine. Advantageously, the inverter is a foreign-controlled inverter. Advantageously, the electrical machine is a synchronous machine.

Der Umrichter kann in die Steuereinrichtung integriert sein. Der Umrichter steuert die elektrische Maschine anhand der Bewegungsparameter, die von dem Modell und/oder der Steuereinrichtung vorgegeben werden.The inverter can be integrated in the control device. The inverter controls the electric machine based on the movement parameters that are specified by the model and / or the control device.

Durch den Einsatz eines Umrichters, insbesondere eines fremdgeführten Frequenzumrichters, kann elektrische Energie aus der elektrischen Maschine in den Energiespeicher und/oder das Versorgungsnetz überführt und aus denen wieder der elektrischen Maschine zugeführt werden. So kann ein Teil der Energie bei der Bearbeitung des Werkstücks zurückgewonnen werden.Through the use of an inverter, in particular a foreign-controlled frequency converter, electrical energy can be transferred from the electric machine into the energy store and / or the supply network and from where the electrical machine is fed again. In this way, part of the energy can be recovered while machining the workpiece.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems dient der zumindest eine Elektrizitätssensor zur Ermittlung des Stroms und/oder der Spannung in der elektrischen Maschine, wobei der Elektrizitätssensor zur Bereitstellung des Signals an den Umrichter ausgebildet ist. Der Umrichter dient zur Steuerung und/oder Regelung des Stroms und/oder der Spannung in der elektrischen Maschine.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the at least one electricity sensor is used to determine the current and / or the voltage in the electrical machine, wherein the electricity sensor is designed to provide the signal to the converter. The converter serves to control and / or regulate the current and / or the voltage in the electrical machine.

Der Elektrizitätssensor kann auch der Steuereinrichtung zugeordnet sein. Der Elektrizitätssensor ist vorteilhaft dem Umrichter zugeordnet. Vorteilhaft dient diese Ausführung einer kompakten Ausgestaltung des Hydrauliksystems. Die Ausführung weist kurze Wege für das Signale auf, die von dem Messmittel bereitgestellt wird.The electricity sensor can also be assigned to the control device. The electricity sensor is advantageously assigned to the inverter. Advantageously, this embodiment is a compact design of the hydraulic system. The design has short paths for the signal provided by the measuring means.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems ist das Modell autark.In an advantageous embodiment of the hydraulic system, the model is self-sufficient.

In dieser Ausgestaltung stellt das Modell die Bewegungsparameter und/oder den Druck des Hydraulikmediums ohne ein Signal des Messmittels zur Verfügung. Das Messmittel und das Signal dienen optional zur Verbesserung des Modells, welches in diesem Fall unregelmäßig auf das Signal zugreift. Durch diese Ausgestaltung sind die Messmittel nicht mehr zur Regelung der elektrischen Maschinen und somit zur Regelung des Hydrauliksystems bzw. der Ziehkissenpresse notwendig. Ein Defekt eines Messmittels führt daher vorteilhaft nicht mehr zu einem Ausfall des Hydrauliksystems.In this embodiment, the model provides the motion parameters and / or the pressure of the hydraulic medium without a signal of the measuring means available. The measuring means and the signal are optional for the improvement of the model, which in this case accesses the signal irregularly. With this configuration, the measuring means are no longer necessary for controlling the electrical machines and thus for controlling the hydraulic system or the die-cushion press. A defect of a measuring means therefore advantageously no longer leads to a failure of the hydraulic system.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Hydrauliksystems ist das Modell ein selbstlernendes Modell.In a further advantageous embodiment of the hydraulic system, the model is a self-learning model.

Das Modell ist vorteilhaft mit einem neuronalen Netz erweiterbar. Das neuronale Netz kann durch eine Lernkurve Informationen über das Hydrauliksystem sammeln und diese Information vorteilhaft zur Verbesserung der Regelung der elektrischen Maschine bzw. des Hydrauliksystems dienen.The model is advantageously expandable with a neural network. The neural network can collect information about the hydraulic system through a learning curve and this information can advantageously be used to improve the control of the electrical machine or the hydraulic system.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Berechnung der Bewegungsparameter weitgehend autark. Das durch das mindestens eine Messmittel bereitgestellte Signal dient optional zur Verbesserung des Modells.In an advantageous embodiment of the method, the calculation of the motion parameters is largely self-sufficient. The signal provided by the at least one measuring means optionally serves to improve the model.

Das Verfahren zur Steuerung der Bewegung des Werkzeugs wird durch das Modell unterstützt. Das Modell berechnet Bewegungsparameter und/oder Größen wie den Druck des Hydraulikmediums in dem Hydrauliksystems. Weitgehend autark bedeutet hier, dass die Berechnung der oben genannten Größen ohne Bezug auf das Eingangssignal erfolgt. Lediglich zur Verbesserung und/oder zum Abgleich des Modells mit dem Hydrauliksystem wird das Signal herangezogen.The method of controlling the movement of the tool is supported by the model. The model calculates motion parameters and / or quantities such as the pressure of the hydraulic medium in the hydraulic system. For the most part, autonomous means that the calculation of the above variables is done without reference to the input signal. Only for improving and / or balancing the model with the hydraulic system, the signal is used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sind die Bewegungsparameter ein Drehmoment oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine. Die (vorgesehene) Drehzahl und das (vorgesehene) Drehmoment werden durch das Modell bereitgestellt. Vorteilhaft dienen die Größen zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine.In a further advantageous embodiment of the method, the movement parameters are a torque or a rotational speed of the electric machine. The (intended) speed and the (intended) torque are provided by the model. Advantageously, the variables are used to control and / or regulate the electrical machine.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens berechnet das Modell eine Prozesskraft, einen Druckwert eines Hydraulikmediums und/oder eine Prozessgeschwindigkeit. Anhand der Prozesskraft, des Druckwertes des Hydraulikmediums und/ oder der Prozessgeschwindigkeit wird die elektrische Maschine gesteuert oder geregelt.In a further advantageous embodiment of the method, the model calculates a process force, a pressure value of a hydraulic medium and / or a process speed. Based on the process force, the pressure value of the hydraulic medium and / or the process speed, the electric machine is controlled or regulated.

Die hier berechneten Größen werden der Steuereinrichtung bereitgestellt. Die Größen können zum Teil die Signale von Drucksensoren ersetzen. Vorteilhaft kann durch eine Berechnung der oben genannten Größen ein Drucksensor und/oder ein Kraftsensor entfallen oder zeitweilig fehlerhaft sein, ohne dass die Steuereinrichtung ausfällt.The quantities calculated here are provided to the control device. The sizes can partially replace the signals from pressure sensors. Advantageously, by calculating the above-mentioned variables, a pressure sensor and / or a force sensor can be omitted or temporarily faulty, without the control device failing.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter beschrieben und erläutert. Dabei können einzelne Merkmale aus den einzelnen Figuren durch den Fachmann zu neuen Ausgestaltungen der Erfindung kombiniert werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Es zeigen

FIG 1
eine erste Ausführung des Hydrauliksystems,
FIG 2
eine zweite Ausführung des Hydrauliksystems,
FIG 3
eine dritte Ausführung des Hydrauliksystems sowie
FIG 4
eine vierte Ausführung des Hydrauliksystems.
In the following the invention will be further described and explained with reference to figures. In this case, individual features of the individual figures can be combined by the skilled person to new embodiments of the invention, without departing from the inventive concept. Show it
FIG. 1
a first embodiment of the hydraulic system,
FIG. 2
a second embodiment of the hydraulic system,
FIG. 3
a third embodiment of the hydraulic system as well
FIG. 4
a fourth embodiment of the hydraulic system.

FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Hydrauliksystems. Das Hydrauliksystem weist ein Werkzeug W auf, auf dem ein Werkstück WS positioniert ist. Das Werkzeug W ist mit einem Hydraulikzylinder HZ verbunden. Der Hydraulikzylinder HZ weist eine untere Kammer K1 und eine obere Kammer K2 auf. Die untere Kammer K1 des Hydraulikzylinders HZ ist mit einem Hydraulikmedium K gefüllt. Das Hydraulikmedium K wird bei einer Bewegung des Werkzeugs W nach unten (dargestellt durch den Pfeil) durch einen Durchflussregler DR in einen Tank T überführt. Beim Durchströmen des Hydraulikmediums K durch den Durchflussregler DR überführt der Durchflussregler DR die Strömungsenergie des Hydraulikmediums K in eine Rotationsenergie, wobei die Rotationsenergie zu einer elektrischen Maschine M übertragen wird. FIG. 1 shows a first embodiment of the hydraulic system. The hydraulic system has a tool W on which a workpiece WS is positioned. The tool W is connected to a hydraulic cylinder HZ. The hydraulic cylinder HZ has a lower chamber K1 and an upper chamber K2. The lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ is filled with a hydraulic medium K. The hydraulic medium K is transferred during a movement of the tool W down (shown by the arrow) through a flow regulator DR in a tank T. As the hydraulic medium K flows through the flow regulator DR, the flow regulator DR converts the flow energy of the hydraulic medium K into a rotational energy. wherein the rotational energy is transmitted to an electric machine M.

Die elektrische Maschine M weist einen Geber G auf, wobei der Geber G zur Bestimmung der Winkelstellung bzw. zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit der elektrischen Maschine M vorgesehen ist. Der Durchflussregler DR und die elektrische Maschine M sind durch eine Welle gekoppelt. Die Welle ist mit dem Rotor der elektrischen Maschine M verbunden. Die elektrische Maschine M und der Durchflussregler DR ergeben zusammen eine Pumpe P. Da die elektrische Maschine M einen Geber G aufweist, bildet die elektrische Maschine M, der Durchflussregler DR sowie der Geber G eine Servopumpe. Die elektrische Maschine M ist mit einer Steuereinrichtung SE verbunden. Die Steuereinrichtung SE weist weiter einen Eingang für den Geber G auf. Die Steuereinrichtung SE umfasst einen Umrichter U. Zur Berechnung von Bewegungsparametern wie Drehgeschwindigkeit und/oder Drehmoment der elektrischen Maschine M weist die Steuereinrichtung SE ein Modell MD auf. Das Modell MD weist optional eine Kennlinie KL auf. Die Kennlinie KL verbindet beispielsweise die induzierte Bewegung der elektrischen Maschine M mit einem Drehmoment oder einer Versorgungsspannung, wobei die Versorgungsspannung mit Hilfe des Umrichters U auf die elektrische Maschine M beaufschlagt wird. Das Hydraulikmedium K, das aus dem Durchflussregler DR ausströmt, wird in einen Tank T überführt. Der Durchflussregler DR in Verbindung mit der elektrischen Maschine M kann das Hydraulikmedium K auch von dem Tank T wieder zurück in die untere Kammer K1 des Hydraulikzylinders HZ überführen. Zur Regelung der elektrischen Maschine M ist aufgrund des Modells MD kein Drucksensor DS notwendig. Dies ist durch Durchstreichen gekennzeichnet.The electrical machine M has an encoder G, wherein the encoder G is provided for determining the angular position or for determining the rotational speed of the electric machine M. The flow regulator DR and the electric machine M are coupled by a shaft. The shaft is connected to the rotor of the electric machine M. The electric machine M and the flow controller DR together form a pump P. Since the electric machine M has a sensor G, the electric machine M, the flow controller DR and the encoder G forms a servo pump. The electric machine M is connected to a control device SE. The control device SE further has an input for the encoder G. The control device SE comprises a converter U. To calculate motion parameters such as rotational speed and / or torque of the electric machine M, the control device SE has a model MD. The model MD optionally has a characteristic curve KL. The characteristic KL connects, for example, the induced movement of the electric machine M with a torque or a supply voltage, the supply voltage being applied to the electric machine M with the aid of the converter U. The hydraulic medium K, which flows out of the flow regulator DR, is transferred to a tank T. The flow regulator DR in conjunction with the electric machine M can also transfer the hydraulic medium K from the tank T back into the lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ. To control the electric machine M, no pressure sensor DS is necessary due to the model MD. This is indicated by crossing out.

FIG 2 zeigt eine zweite Ausführung des Hydrauliksystems. Bei der zweiten Ausführung des Hydrauliksystems ist die untere Kammer K1 des Hydraulikzylinders HZ über einen ersten Durchflussregler DR und über einen zweiten Durchflussregler DR mit der oberen Kammer K2 des Hydraulikzylinders HZ verbunden. FIG. 2 shows a second embodiment of the hydraulic system. In the second embodiment of the hydraulic system, the lower chamber K1 of the hydraulic cylinder HZ is connected to the upper chamber K2 of the hydraulic cylinder HZ via a first flow regulator DR and via a second flow regulator DR.

Hierbei dient der erste Durchflussregler DR zur Umwandlung der Strömungsenergie des Hydraulikmediums K mit Hilfe der elektrischen Maschine M in elektrische Energie. Die Strömungsenergie des Hydraulikmediums K wird mit Hilfe der elektrischen Maschine M in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird mit Hilfe des Umrichters U, insbesondere ein Stromrichter, einem Energiespeicher B zugeführt. In dem Energiespeicher B kann die elektrische Energie, die bei der Bearbeitung des Werkstücks WS frei wird, gespeichert werden. Die elektrische Energie, die im Energiespeicher B gespeichert ist, wird vorteilhaft zur Rückführung des Hydraulikmediums K von der oberen Kammer K2 wieder in die untere Kammer K1 verwendet. Dazu dient der weitere Durchflussregler DR in Verbindung mit einer (weiteren) elektrischen Maschine M. Zum Ausgleich des Druckwertes in dem Hydrauliksystem dient ein Tank T, der zur Aufnahme bzw. zur Abgabe des Hydraulikmediums K vorgesehen ist.Here, the first flow regulator DR serves to convert the flow energy of the hydraulic medium K by means of the electric machine M into electrical energy. The flow energy of the hydraulic medium K is converted by means of the electric machine M into electrical energy. The electrical energy is supplied with the aid of the inverter U, in particular a power converter, an energy storage B. In the energy storage B, the electrical energy that is released during the machining of the workpiece WS can be stored. The electrical energy stored in the energy storage B is advantageously used for returning the hydraulic medium K from the upper chamber K2 back into the lower chamber K1. For this purpose, the further flow regulator DR is used in conjunction with a (further) electric machine M. To compensate for the pressure value in the hydraulic system is a tank T, which is provided for receiving or for discharging the hydraulic medium K.

Die elektrische Maschine M, welche mit dem Geber G ausgestattet ist, kann auch über ein autarkes Modell MD als Teil der Steuereinrichtung SE gesteuert werden. Zur Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine M ist das Signal S des Gebers G nicht notwendig. Somit ist bei einer Fehlfunktion des Gebers G das Hydrauliksystem weiterhin einsatzbereit. Die fehlende Notwendigkeit des Gebers G zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine M ist durch die gestrichelte Verbindung gekennzeichnet. Weiter kann, wie bereits ausgeführt, der Geber G nur zeitbereichsweise mit der Steuereinrichtung SE verbunden sein.The electrical machine M, which is equipped with the encoder G, can also be controlled via a self-sufficient model MD as part of the control device SE. For controlling or regulating the electric machine M, the signal S of the encoder G is not necessary. Thus, in case of malfunction of the encoder G, the hydraulic system is still ready for use. The lack of necessity of the encoder G for controlling or regulating the electric machine M is indicated by the dashed connection. Next, as already stated, the encoder G only be connected in time with the control device SE.

FIG 3 zeigt eine dritte Ausführung des Hydrauliksystems. Bei der gezeigten Ausführung weist das Hydrauliksystem einen Elektrizitätssensor ES auf, der der Steuereinrichtung SE zugeordnet ist. Der Elektrizitätssensor ES misst die Spannung U_ist und/oder den Strom I_ist in der elektrischen Maschine M. Der Elektrizitätssensor ES ist vorteilhaft dem Umrichter U zugeordnet, wobei der Umrichter U der Steuereinrichtung SE zugeordnet ist. Der Elektrizitätssensor ES stellt ein Signal S bereit, wobei das Signal S an das Modell MD übertragen wird. Das Modell MD berechnet aus dem Signal S zumindest einen Bewegungsparameter, welcher an die Steuereinrichtung und/ oder den Umrichter U übertragen wird. Anhand des Bewegungsparameters wird die elektrische Maschine M gesteuert bzw. geregelt ohne dass ein Geber G ein Signal S an die Steuereinrichtung SE übertragen muss. Das Signal S kann auch von einer sonstigen Stelle der Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Signal S von einer übergeordneten Steuerung der Presse bereitgestellt werden. FIG. 3 shows a third embodiment of the hydraulic system. In the embodiment shown, the hydraulic system has an electricity sensor ES, which is assigned to the control device SE. The electricity sensor ES measures the voltage U_act and / or the current I_act in the electric machine M. The electricity sensor ES is advantageously assigned to the converter U, the converter U being assigned to the control device SE. The electricity sensor ES provides a signal S, wherein the signal S is transmitted to the model MD. The model MD calculates from the signal S at least one movement parameter, which is transmitted to the control device and / or the inverter U. Based on the motion parameter, the electric machine M is controlled or regulated without a transmitter G having to transmit a signal S to the control device SE. The signal S can also be provided by another location of the control device. For example, the signal S may be provided by a higher level control of the press.

Anstelle des Elektrizitätssensors ES kann die Steuereinrichtung SE auch ein Signal von einem weiteren Messmittel wie einem Geber G, einem Positionssensor PS oder einem Kraftsensor KS erhalten, wobei das Signal S insbesondere zur Verbesserung des Modells MD vorgesehen ist.Instead of the electricity sensor ES, the control device SE can also receive a signal from a further measuring means such as an encoder G, a position sensor PS or a force sensor KS, wherein the signal S is provided in particular for improving the model MD.

FIG 4 zeigt eine vierte Ausführung des Hydrauliksystems. Bei dieser Ausführung ist dem Hydraulikzylinder HZ bzw. dem Werkzeug W ein Positionssensor OS zugeordnet. Der Positionssensor OS bestimmt die Position des Werkzeugs W. Der Positionssensor OS stellt ein Signal S für die Steuereinrichtung SE zur Verfügung. Weiter weist das Werkzeug W einen Kraftsensor KS auf. Der Kraftsensor KS stellt ebenfalls ein Signal S der Steuereinrichtung SE zur Verfügung. Die Steuereinrichtung SE dient zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine M anhand der zugeführten Signale S. Zumindest ein, der Steuereinrichtung SE zugeführtes, Signal S dient entweder zur Verbesserung des Modells MD oder als Ausgangspunkt zur Berechnung eines Bewegungsparameters durch das Modell MD. Vorteilhaft wird das zumindest eine Signal S in einen Druckwert D umgewandelt, wobei der Druckwert D dem Modell MD und/oder der Steuereinrichtung SE zur Verfügung gestellt wird. Das Modell MD berechnet aus dem Druckwert D einen Bewegungsparameter, wobei der Bewegungsparameter von dem Modell MD an den Umrichter U überführt wird. Der Umrichter U kann anhand der Bewegungsparameter die elektrische Maschine M regeln. FIG. 4 shows a fourth embodiment of the hydraulic system. In this embodiment, the hydraulic cylinder HZ or the tool W is assigned a position sensor OS. The position sensor OS determines the position of the tool W. The position sensor OS provides a signal S for the control device SE. Furthermore, the tool W has a force sensor KS. The force sensor KS also provides a signal S of the control device SE available. The control device SE is used to control and / or regulate the electrical machine M on the basis of the supplied signals S. At least one signal S supplied to the control device SE serves either to improve the model MD or as a starting point for the calculation of a motion parameter by the model MD. Advantageously, the at least one signal S is converted into a pressure value D, the pressure value D being made available to the model MD and / or the control device SE. The model MD calculates a movement parameter from the pressure value D, the movement parameter being transferred from the model MD to the converter U. The converter U can regulate the electrical machine M on the basis of the movement parameters.

Durch die Regelung der elektrischen Maschine M wird die Position bzw. die Bewegung des Werkzeugs W geregelt.By regulating the electric machine M, the position or movement of the tool W is controlled.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs W und ein Hydrauliksystem zur Steuerung oder Regelung eines Werkzeugs W. Weiter betrifft die Erfindung eine Ziehkissenpresse und eine Steuereinrichtung SE. Ein Modell MD als Teil einer Steuereinrichtung SE berechnet einen Druckwert D, eine Prozessgeschwindigkeit, eine Prozesskraft und/oder weitere Bewegungsparameter, die zur Stabilisierung einer Regelung einer elektrischen Maschine M als Teil des Hydrauliksystems vorgesehen ist. Mit Hilfe der elektrischen Maschine M und einem Durchflussregler DR, lassen sich die Bewegung des Werkzeugs W durch die elektrische Maschine M steuern oder regeln. Mit Hilfe der Bewegungsparameter wird die elektrische Maschine M gesteuert. Durch die Berechnung des Druckwerts, der Prozessgeschwindigkeit und/oder der Prozesskraft durch das Modell MD und die Bereitstellung der Werte an die Steuereinrichtung SE kann die elektrische Maschine M geregelt werden. Ein bisher notwendiger Drucksensor DS kann somit entfallen.In summary, the invention relates to a method for controlling a movement of a tool W and a hydraulic system for controlling or regulating a tool W. Further, the invention relates to a die cushion press and a control device SE. A model MD as part of a control device SE calculates a pressure value D, a process speed, a process force and / or further movement parameters, which is provided for stabilizing a control of an electrical machine M as part of the hydraulic system. With the help of the electric machine M and a flow regulator DR, the movement of the tool W can be controlled or regulated by the electric machine M. With the help of the movement parameters, the electric machine M is controlled. By calculating the pressure value, the process speed and / or the process force through the model MD and the provision of the values to the control device SE, the electric machine M can be controlled. A hitherto necessary pressure sensor DS can thus be dispensed with.

Claims (15)

Hydrauliksystem zur Steuerung oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs (W), insbesondere eines Ziehkissens einer Ziehkissenpresse, aufweisend - einen Hydraulikzylinder (HZ), der mit dem Werkzeug (W) gekoppelt ist, - einen Durchflussregler (DR), der mit dem Hydraulikzylinder (HZ) verbunden ist, wobei der Durchflussregler an eine elektrische Maschine (M) gekoppelt ist, - eine Steuereinrichtung (SE), die zur Steuerung der elektrischen Maschine (M) ausgebildet ist, - mindestens ein Messmittel (KS, OS, G, ES) zum Erfassen eines Belastungszustandes und/oder einer Bewegung des Werkzeugs (W) oder der elektrischen Maschine (M), wobei das mindestens eine Messmittel (KS, OS, G, ES) zur Ausgabe eines Signals (S) bei Vorliegen eines Belastungszustands und/oder einer Bewegung des Werkzeugs (W) oder der elektrischen Maschine (M) an die Steuereinrichtung (SE) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (KS, OS, G, ES) als Kraftsensor (KS), als Positionssensor (OS) und/oder als Elektrizitätssensor (ES) und/oder als Geber (G) ausgebildet ist, und dass die Steuereinrichtung (SE) ein Modell (MD) des Hydrauliksystems aufweist und dass das Modell (MD) Bewegungsparameter zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine (M) bereitstellt.Hydraulic system for controlling a movement of a tool (W), in particular a drawing cushion of a die cushion press, comprising a hydraulic cylinder (HZ) coupled to the tool (W), a flow regulator (DR) connected to the hydraulic cylinder (HZ), the flow regulator being coupled to an electric machine (M), a control device (SE), which is designed to control the electrical machine (M), - At least one measuring means (KS, OS, G, ES) for detecting a load condition and / or a movement of the tool (W) or the electric machine (M), wherein the at least one measuring means (KS, OS, G, ES) for outputting a signal (S) in the presence of a load state and / or a movement of the tool (W) or the electric machine (M) to the control device (SE) is formed .
characterized in that the measuring means (KS, OS, G, ES) as a force sensor (KS), as a position sensor (OS) and / or as an electricity sensor (ES) and / or as an encoder (G) is formed, and that the control device ( SE) has a model (MD) of the hydraulic system and that the model (MD) provides motion parameters for controlling the electric machine (M). Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (KS) dem Werkzeug (W) zugeordnet ist.Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the force sensor (KS) is associated with the tool (W). Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (MD) einen Druckwert (D) eines Hydraulikmediums (D), insbesondere zur Regelung der elektrischen Maschine (M), berechnet.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the model (MD) a pressure value (D) of a hydraulic medium (D), in particular for controlling the electrical machine (M) calculated. Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (MD) zur Berechnung einer Prozesskraft und/oder eine Prozessgeschwindigkeit vorgesehen ist.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the model (MD) for calculation a process force and / or a process speed is provided. Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Geber (G) und/oder der Elektrizitätssensor (SE) der elektrischen Maschine (M) zugeordnet sind.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (G) and / or the electricity sensor (SE) of the electrical machine (M) are assigned. Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (SE) einen Umrichter (U) aufweist, und der Umrichter (U) zum Steuern und/oder Regeln der elektrischen Maschine (M) vorgesehen ist.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (SE) has a converter (U), and the converter (U) is provided for controlling and / or regulating the electric machine (M). Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrizitätssensor (ES) zur Ermittlung des Stroms (I_ist) in der elektrischen Maschine (M) und/oder der Spannung (U_ist) in der elektrischen Maschine (M) ausgebildet ist, dass der Elektrizitätssensor (ES) zur Bereitstellung eines Signals (S) an den Umrichter (U) ausgebildet ist und dass der Umrichter (U) zur Steuerung und/oder Regelung des Stroms (I_ist) und/oder der Spannung (I_ist) in der elektrischen Maschine (M) vorgesehen ist.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the electricity sensor (ES) for determining the current (I_ist) in the electric machine (M) and / or the voltage (U_ist) in the electric machine (M) is formed, that the Electricity sensor (ES) for providing a signal (S) to the inverter (U) is formed and that the inverter (U) for controlling and / or regulating the current (I_ist) and / or the voltage (I_ist) in the electrical machine ( M) is provided. Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (MD) autark ist.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the model (MD) is self-sufficient. Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (MD) ein selbstlernendes Modell ist.Hydraulic system according to one of the preceding claims, characterized in that the model (MD) is a self-learning model. Ziehkissenpresse, aufweisend ein Hydrauliksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.A draw cushion press comprising a hydraulic system according to any one of the preceding claims. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Bewegung eines Werkzeugs (W) mittels eines Hydrauliksystems, umfassend die Schritte: A) Erfassen eines Belastungszustandes und/oder einer Bewegung eines Werkzeugs (W) und/oder einer elektrischen Maschine (M) mit einem Messmittel (ES, OS, KS, G); B) Erzeugen eines Signals (S) an eine Steuereinrichtung (SE) des Hydrauliksystems, wenn ein Belastungszustand und/oder eine Bewegung des Werkzeugs (W) und/oder der elektrischen Maschine (M) erfasst ist; C) Bereitstellen des Signals (S) als Eingangsgröße für ein Modell (MD) des Hydrauliksystems; D) Bereitstellen von zumindest einem Bewegungsparameter zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine (M) des Hydrauliksystems, dadurch gekennzeichnet dass, dass Messmittel (ES, OS, KS, G) als Kraftsensor (KS), als Positionssensor (OS), als Geber (G) und/oder als Elektrizitätssensor (ES) ausgebildet ist, und dass die Bereitstellung des zumindest einen Bewegungsparameter zur Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine (M) mittels eines Modells (MD) erfolgt.Method for controlling and / or regulating a movement of a tool (W) by means of a hydraulic system, comprising the steps: A) detecting a load condition and / or a movement of a tool (W) and / or an electric machine (M) with a measuring means (ES, OS, KS, G); B) generating a signal (S) to a control device (SE) of the hydraulic system when a load condition and / or movement of the tool (W) and / or the electric machine (M) is detected; C) providing the signal (S) as input to a model (MD) of the hydraulic system; D) providing at least one movement parameter for controlling or regulating the electric machine (M) of the hydraulic system, characterized in that measuring means (ES, OS, KS, G) as a force sensor (KS), as a position sensor (OS), as a sensor (G) and / or as an electricity sensor (ES) is formed, and that the provision of the at least one Movement parameters for controlling or regulating the electric machine (M) by means of a model (MD) takes place. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Bewegungsparameter weitgehend autark erfolgt und dass das durch das mindestens eine Messmittel (KS, ES, OS, G) bereitgestellte Signal (S) zur Verbesserung des Modells (MD) dient.A method according to claim 11, characterized in that the calculation of the movement parameters is largely self-sufficient and that provided by the at least one measuring means (KS, ES, OS, G) signal (S) for improving the model (MD) is used. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsparameter ein Drehmoment oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine (M) sind.A method according to claim 11 or 12, characterized in that the movement parameters are a torque or a rotational speed of the electric machine (M). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (MD) eine Prozesskraft oder eine Prozessgeschwindigkeit berechnet und anhand der Prozesskraft und/oder der Prozessgeschwindigkeit die elektrische Maschine (M) steuert oder regelt.Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the model (MD) calculates a process force or a process speed and controls the electric machine (M) based on the process force and / or the process speed. Steuereinrichtung (SE) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14.Control device (SE) for carrying out the method according to one of Claims 11 to 14.
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