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Title:
HYDRAULIC FORMING MACHINE FOR PRESSING WORKPIECES, MORE PARTICULARLY FORGING HAMMER, AND METHOD FOR OPERATING A HYDRAULIC FORMING MACHINE, MORE PARTICULARLY A FORGING HAMMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/157360
Kind Code:
A1
Abstract:
The underlying invention relates particularly to a hydraulic forming machine (1), more particularly a forging hammer (1), for workpiece forming, comprising a hydraulic cylinder (4) for driving a ram (2) designed for workpiece forming, and a hydraulic circuit (8) designed for operation of the hydraulic cylinder (4), wherein the hydraulic circuit (8) has an actuating member (12) with an adjustably variable volume flow via which a first hydraulic working space (9) of the hydraulic cylinder (4) used to accelerate the ram (2) during the execution of a working stroke (A) for workpiece forming can be provided with hydraulic fluid. The hydraulic circuit (8) is designed to adjust and to vary the volume flow of the valve (12) or actuating member depending on a target speed (Vsoll) of the ram (2) to be achieved in an acceleration phase of a working stroke (A) and to optimise the subsequent movement phase.

Inventors:
OTTO MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/051490
Publication Date:
July 28, 2022
Filing Date:
January 24, 2022
Export Citation:
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Assignee:
LANGENSTEIN & SCHEMANN GMBH (DE)
International Classes:
B21J9/12; B30B15/16
Domestic Patent References:
WO2017216737A12017-12-21
WO2013167610A12013-11-14
WO2013167610A12013-11-14
Foreign References:
RU2327542C22008-06-27
US5499525A1996-03-19
US20100132349A12010-06-03
US20180185900A12018-07-05
CA3111771A12020-04-02
CN204756134U2015-11-11
CN101947619A2011-01-19
DE19680008C12002-01-24
DE19680008C12002-01-24
DE102015105400A12016-10-13
Other References:
"VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik", 1995, VDI-VERLAG, pages: 1107
Attorney, Agent or Firm:
SCHRÖER, Gernot H. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Hydraulische Umformmaschine (1 ) , insbesondere Schmiedehammer (1 ) , zur Werkstückumformung umfassend einen Hydraulikzylinder (4) zum Antrieb eines zur Werkstückumformung eingerichteten Bären (2) , und einen zum Betrieb des Hydraulikzylinders (4) eingerichteten Hydraulikkreis (8) , wobei der Hydraulikkreis (8) ein Ventil (12) mit einstellbar variablem Volumenstrom aufweist, über welches ein zur Beschleunigung des Bären (2) bei der Ausführung eines Arbeitshubs (A) zur Werkstückumformung verwendeter erster hydraulischer Arbeitsraum (9) des Hydraulikzylinders (4) mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist, und wobei: der Hydraulikkreis (8) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom des Ventils (12) in Abhängigkeit einer in einer Beschleunigungsphase eines Arbeitshubs (A) zu erreichenden Sollgeschwindigkeit (Vsoll) des Bären (2) einzustellen und zu variieren, und der Hydraulikkreis (8) ein den ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) mit einem Reservoir (26) für Hydraulikfluid verbindendes Nachsaugventil (25) umfasst, das eingerichtet ist zur Füllung des ersten hydraulischen Arbeitsraums (9) mit Hydraulikfluid aus dem Reservoir (26) in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase, in welcher die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) im Wesentlichen erhalten bleibt.

2. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Ventil (1 ) als ein regelbares Ventil ausgebildet ist, und vorzugsweise ein Stetig- Wegeventil, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil (12) umfasst.

3. Hydraulische Umformmaschine (1 ) , insbesondere Schmiedehammer (1 ) , zur Werkstückumformung, insbesondere nach Anspruch 1 , umfassend einen Hydraulikzylinder (4) zum Antrieb eines zur Werkstückumformung eingerichteten Bären (2) , der mit dem Hydraulikzylinder (4) mechanisch gekoppelt ist, und einen zum Betrieb des Hydraulikzylinders (4) eingerichteten Hydraulikkreis (8) mit einem Stellglied (12) zum Stellen eines Volumen- Stroms an Hydraulikfluid zur Füllung eines ersten hydraulischen Arbeitsraums (9) des Hydraulikzylinders (4) bei der Ausführung eines der Werkstückumformung unmittelbar vorangehenden Arbeitshubs (A) mit einer Beschleunigungsphase zur Beschleunigung des Bären (2) auf eine Sollgeschwindigkeit (Vsoll) und eine auf die Beschleunigungsphase folgende Bewegungsphase, in welcher die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) im Wesentlichen erhalten bleibt, wobei der Hydraulikkreis (8) und das Stellglied (12) dazu eingerichtet sind, den Volumenstrom : in der Beschleunigungsphase in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit (Vsoll) so zu einzustellen und zu variieren, dass die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) erreicht wird, und den Volumenstrom in der darauffolgenden Bewegungsphase auf einen Nachströmvolumenstrom zu verringern, derart, dass der in der Bewegungsphase im ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) herrschende Hydraulikdruck im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Stellglied (12) ein steuer- oder regelbares Ventil und/oder eine steuer- oder regelbare Pumpe umfasst, wobei das Ventil vorzugsweise ein Stetig-Wege- ventil, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil (12) umfasst, und wobei die Pumpe vorzugsweise eine Ser- vopumpe umfasst. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, umfassend des Weiteren zumindest einen Drucksensor (15, 18, 22) eingerichtet zur Messung des in dem ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum (9, 10) während des Arbeitshubs und/oder Rückhubs herrschenden Hydraulikdrucks, und wobei der Hydraulikkreis oder die Stelleinheit, insbesondere eine Kontrolleinheit, dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom während eines Arbeitszyklus des Bären (2) , zumindest jedoch in der Bewegungsphase, in Abhängigkeit des gemessenen Hydraulikdrucks einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Hydraulikkreis (8) , insbesondere eine Stelleinheit (12) oder Kontrolleinheit (23) , dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom derart einzustellen und zu variieren, dass der Hydraulikdruck im ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) in der Bewegungsphase einem vorgegebenen o- der vorgebbaren Druck entspricht oder in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Druckbereich gelegen ist, wobei der vorgegebene oder vorgebbare Druck oder Druckbereich vorzugsweise zwischen 2 bis 6 bar, weiter bevorzugt zwischen 3 bis 4 bar beträgt, und/oder der Volumenstrom in der Beschleunigungsphase derart eingestellt wird, dass die Bewegungsphase im Bereich von 10% bis 30% , insbesondere von 10% bis 20% , des Hubs des Hydraulikzylinders (4) entspricht, und/oder der Volumenstrom in der Beschleunigungsphase derart eingestellt oder variiert wird, dass die Länge der Beschleunigungsphase und entsprechend die Länge der Bewegungsphase und/oder deren Verhältnis in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit (Vsoll) , eingestellt wird. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Hydraulikkreis (8) , insbesondere eine Kontrolleinheit (23) , dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit (Vsoll) einzustellen und zu variieren, wobei, vorzugsweise, der Hydraulikkreis (8) , insbesondere die Kontrolleinheit (23) , dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom basierend auf einer Wertetabelle für Sollgeschwindigkeiten einzustellen und/oder basierend auf gemessenen Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten (X bzw. V) des Bären (2) dynamisch einzustellen, wobei die Umformmaschine (1 ) weiter vorzugsweise zumindest eine Sensoreinheit (24) zur Messung und/oder Speicherung von Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären (2) umfasst. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hydraulikkreis (8) eingerichtet ist, das Ventil (12) oder das Stellglied in der auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase zumindest zeitweise im Wesentlichen vollständig zu schließen. Hydraulische Umformmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Hydraulikkreis (8) dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom derart einzustellen und zu variieren, insbesondere regeln, dass die Beschleunigungsphase bei gleichzeitiger Minimierung der Bewegungsphase maximiert ist, und/oder für einen Arbeitshub zur Beschleunigung des Bären (2) , ausgehend von einem im Bewegungsablauf des Bären (2) gelegenen Umkehrpunkt mit Bärgeschwindigkeit Null, hin zur Sollgeschwindigkeit (Vsoll) nur einen Teil des gesamten Hubs des Hydraulikzylinders (4) zu verwenden. Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Umformmaschine (1 ) zur Werkstückumformung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in einem zur Werkstückumformung ausgeführten Arbeitshub (A) ein zur Werkstückumformung vorgesehener Bär (2) durch einen damit gekoppelten Hydraulikzylinder (4) in einer Beschleunigungsphase beschleunigt wird, wobei in dem Arbeitshub (A) ein erster hydraulischer Arbeitsraum (9) des Hydraulikzylinders (4) über ein Ventil (12) mit einstellbar variablem Volumenstrom durch einen Hydraulikkreis (8) mit Hydraulikfluid gespeist wird, wobei der Hydraulikkreis (8) in der Beschleunigungsphase den Volumenstrom eines Ventils (12) in Abhängigkeit einer in der Beschleunigungsphase zu erreichenden Sollgeschwindigkeit (Vsoll) des Bären (12) einstellt und variiert, und wobei der erste hydraulische Arbeitsraum (9) in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungs- oder Bremsphase, in welcher die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) im Wesentlichen erhalten bleibt, durch ein im Hydraulikkreis (8) vorhandenes und den ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) mit einem Reservoir (26) für Hydraulikfluid verbindendes Nachsaugventil (25) gefüllt wird.

1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ventil (12) als ein steuerbares o- der regelbares Ventil ausgebildet ist, und vorzugsweise ein Stetig-Wege- ventil, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil (12) umfasst, und wobei bei dem Verfahren der Volumenstrom eingestellt und variiert wird, indem der Hydraulikkreis (8) das Ventil (12) regelt. 2. Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Umformmaschine (1 ) zur Werkstückumformung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in einem zur Werkstückumformung ausgeführten Arbeitshub (A) ein zur Werkstückumformung vorgesehener Bär (2) durch einen mit diesem mechanisch gekoppelten Hydraulikzylinder (4) in einer Beschleunigungsphase beschleunigt wird, wobei in dem Arbeitshub ein erster hydraulischer Arbeitsraum (9) des Hydraulikzylinders (4) über ein Stellglied (12) mit einstellbar variablem Volumenstrom durch einen Hydraulikkreis (8) mit Hydraulikfluid gespeist wird, wobei der Hydraulikkreis (8) in der Beschleunigungsphase den Volumenstrom durch das Stellglied (12) in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit (Vsoll) so einstellt und variiert, dass die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) erreicht wird, und in einer auf die Beschleunigungsphase unmittelbar folgenden Bewegungsphase, in welcher die Sollgeschwindigkeit (Vsoll) im Wesentlichen erhalten bleibt, den Volumenstrom auf einen Nachströmvolumenstrom verringert, insbesondere regelt, dass der in der Bewegungsphase im ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) herrschende Hydraulikdruck im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. 3. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Stellglied (12) ein regelbares Ventil und/oder eine regelbare Pumpe umfasst, wobei das Ventil vorzugsweise ein Stetig-Wegeventil, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil (12) umfasst, und wobei die Pumpe vorzugsweise eine Servopumpe umfasst, und wobei bei dem Verfahren der Volumenstrom des Stellglieds (12) in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit (Vsoll) geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Volumenstrom basierend auf einem im ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum (9, 10) mittels eines Drucksensors (15, 18, 22) gemessenen Hydraulikdrucks dynamisch eingestellt und verändert, insbesondere geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Volumenstrom derart eingestellt und variiert wird, dass der Hydraulikdruck im ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) in der Bewegungsphase, die eine Bremsphase ist, einem vorgegebenen oder vorgebbaren Druck entspricht oder in einem vorgegebenen Druckbereich gelegen ist, wobei der vorgegebene Druck oder Druckbereich zwischen 2 bis 6 bar, bevorzugt 3 bis 4 bar beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Volumenstrom in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit (Vsoll) eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, wird, wobei der Volumenstrom vorzugsweise basierend auf einer Wertetabelle für Sollgeschwindigkeiten und/oder basierend auf gemessenen Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären (2) eingestellt, insbesondere dynamisch eingestellt, wird, wobei weiter vorzugsweise Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten (X bzw. V) des Bären (2) durch zumindest eine Sensoreinheit (24) gemessen und/oder gespeichert werden und bei der Einstellung des Volumenstroms verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ventil (12) in der auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase zumindest zeitweise im Wesentlichen vollständig geschlossen wird, und in der Bewegungsphase Hydraulikfluid im Wesentlichen vollständig über das Nachsaugventil (25) dem ersten hydraulischen Arbeitsraum (9) zugeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der Volumenstrom derart eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, wird, dass die Zeitdauer der Beschleunigungsphase bei gleichzeitiger Minimierung der Zeitdauer der Bewegungsphase maximiert wird, wobei, optional, die Zeitdauer der Bewegungsphase 10 % der Zeitdauer der Beschleunigungsphase beträgt und/oder wobei für einen Arbeitshub zur Beschleunigung des Bären (2) , ausgehend von einem im Bewegungsablauf des Bären (2) gelegenen Umkehrpunkt mit Bärgeschwindigkeit Null, hin zur Sollgeschwindigkeit (Vsoll) nur ein Teil des gesamten Hubs des Hydraulikzylinders (4) verwendet wird, und wobei ein darauffolgender Rückhub vorzugsweise entsprechend verkürzt wird.

Description:
Titel: Hydraulische Umformmaschine zum Pressen von Werkstücken, insbesondere Schmiedehammer, und Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Umformmaschine, insbesondere eines Schmiedehammers

Beschreibung

Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft eine Umformmaschine, insbesondere einen Schmiedehammer, und ein Verfahren zum Betreiben einer Umformmaschine, insbesondere eines Schmiedehammers.

Zum Pressen von Werkstücken bei der Kaltumformung, insbesondere bei der Blechumformung, oder bei der Warmumformung, insbesondere beim Schmieden von metallischen, schmiedbaren Werkstoffen, sind verschiedene Umformmaschinen bekannt (siehe beispielsweise VDI-Lexikon Band Produktionstechnik Verfahrenstechnik, Herausgeber: Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113). Wenigstens ein Stößel bzw. Bär mit einem ersten Umformwerkzeug der Umformmaschine wird von einem Antrieb angetrieben und relativ zu einem zweiten Umformwerkzeug der Umformmaschine bewegt, so dass zwischen den Umformwerkzeugen das Werkstück durch Umformkräfte umgeformt werden kann.

Bekannte hydraulische Umformmaschinen nutzen einen hydraulischen Antrieb mittels eines hydraulischen Mediums bzw. Hydraulikfluids, wie Öl oder Wasser, dessen Druckenergie von in Hydraulikzylindern laufenden Kolben, insbesondere beim Schmiedehammer, zunächst in kinetische Bewegungsenergie und schließlich, während des Umformvorgangs, in mechanische Umformarbeit umgesetzt wird. Der hydraulische Antrieb des Kolbens kann ein Pumpenantrieb mit einer Pumpe und einem elektrisch regelbaren Pumpenmotor (siehe z. B. DE 19680 008 C1 ) oder auch ein hydraulischer Speicherantrieb mit Druckspeicher und motorangetriebener Pumpe zum Herstellen des Drucks in dem Druckspeicher sein (siehe z.B. WO 2013/167610 A1).

Aus der DE 102015 105400 A1 ist ein Schmiedehammer mit einem Schlagwerkzeug bekannt, das zur Ausführung eines Arbeitshubs bzw. Rückhubs mit einem hydraulischen Differentialzylinder gekoppelt ist. Zum Antrieb des Differentialzylinders ist eine Hydropumpe vorgesehen, die über ein einfaches Wegeventil mit den Zylinderräumen des Differentialzylinders verbunden ist.

Bei den bekannten Umformmaschinen, insbesondere den Schmiedehämmern, besteht jedoch noch Potential zur Verbesserung der Bewegungsabläufe des Bären bzw. der damit verbundenen Werkzeuge, beispielsweise zur Verbesserung der Erreichung einer exakten Umformgeschwindigkeit und/ oder deren Reproduzierbarkeit. Ferner wäre es wünschenswert, Umformmaschinen der genannten Art dahingehend zu verbessern, dass beim Betrieb das Auftreten von Kavitationen im Hydraulikkreis, insbesondere in den hydraulischen Arbeitsräumen des Hydraulikzylinders, den Ventilen und den Leitungen des Steuerblocks zumindest verringert, vorteilhafter Weise sogar im Wesentlichen oder ganz vermieden werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es insoweit, eine neue bzw. verbesserte hydraulische Umformmaschine, insbesondere einen Schmiedehammer, bereitzustellen. Insbesondere soll eine solche Umformmaschine bereitgestellt werden, die eine verbesserte Bewegungsteuerung und -regelung des Bären mit angekoppeltem Schlagwerkzeug zur Umformung ermöglicht und/oder die eine Bewegungsteuerung mit verringerter oder verminderter Kavitationsbildung im hydraulischen Medium bzw. im Hydraulikfluid, insbesondere in den hydraulischen Arbeitsräumen des Hydraulikzylinders, den Ventilen und den Leitungen des Steuerblocks ermöglicht. Des Weiteren soll ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Umform maschine, insbesondere eines Schmiedehammers, bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Ausgestaltungen.

Nach einer vorrichtungsseitigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine hydraulische Umformmaschine, insbesondere ein Schmiedehammer, zur Werkstückumformung vorgesehen.

Die hydraulische Umformmaschine, im Folgenden auch kurz Umformmaschine genannt, umfasst einen Hydraulikzylinder, der ausgebildet und eingerichtet ist zum Antrieb eines zur Werkstückumformung eingerichteten Bären oder Stößels.

An den Bären bzw. Stößel sind im Betrieb üblicherweise für die jeweilige Umformaufgabe spezifische Werkzeuge gekoppelt, die bei Einwirken auf ein umzuformendes Werkstück am Ende eines Arbeitshubs oder Presshubs das Werkstück umformen.

Auf den Arbeitshub folgt ein Rückhub bzw. Rückzug des Hydraulikzylinders, wodurch der Bär bzw. der Stößel in eine Position zur Ausführung eines darauffolgenden Arbeitshubs gebracht wird.

Der Hydraulikzylinder, beispielsweise ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder, wie z.B. ein Differenzialzylinder, kann, wie üblicherweise vorhanden, einen in einem Zylinderraum hin und her bewegbaren Kolben umfassen. Der Kolben ist mit einem Ende einer Kolbenstange gekoppelt, wobei das andere Ende der Kolbenstange z.B. mit dem Bären gekoppelt ist. Durch die Bewegung des Kolbens wird entsprechend der Bär bewegt. Durch zyklische Bewegung des Kolbens können wiederholt Umformungsoperationen ausgeführt werden.

Zur Ausführung eines Arbeitshubs, unter dem in dieser Anmeldung eine Bewegung des Hydraulikzylinders, insbesondere des Bären verstanden wird, die in einer Umformoperation mündet, wird ein erster hydraulischer Arbeitsraum des Hydraulikzylinders mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Gleichzeitig wird aus einem, auf der entgegen gesetzten Seite des Kolbens gelegenen zweiten hydraulischen Arbeitsraum Hydraulikfluid verdrängt. Insbesondere bei einem Schmiedehammer mit Differentialzylinder kann der zweite Arbeitsraum während des Betriebs zur Ausführung von Arbeitszyklen (jeweils Arbeitshub und Rückhub) ständig mit Druck beaufschlagt sein. Bei der Ausführung eines Arbeitshubs kann der erste hydraulische Arbeitsraum mit dem gleichen Druck (Systemdruck) wie der zweite hydraulische Arbeitsraum beaufschlagt werden. Dabei wirkt das dem ersten hydraulischen Arbeitsraum zugeführte Hydraulikfluid auf die Kolbenfläche des Kolbens, und der Druck des im zweiten hydraulischen Arbeitsraum anstehende Hydraulikfluid wirkt auf die, durch die angekoppelte Kolbenstange gegenüber der Kolbenfläche entsprechend kleinere Ringfläche des Kolbens. Durch das dem ersten hydraulischen Arbeitsraum zugeführte Hydraulikfluid entsteht also eine auf den Kolben wirkende Kraft, die größer ist als die vom zweiten hydraulischen Arbeitsraum über die Ringfläche des Ringraums auf den Kolben wirkende Kraft (Produkt aus Druck und Fläche). Es entsteht eine resultierende Kraft, die den Kolben beschleunigt und somit den Arbeitshub erzeugt. Zum Rückhub bzw. Rückzug des Kolbens, einhergehend mit einer entsprechenden Bewegung des Bären, wird die Druckbeaufschlagung im ersten hydraulischen Arbeitsraum beendet und der ständig auf die Ringfläche des zweiten hydraulischen Arbeitsraum wirkende Druck erzeugt eine zu der beim Arbeitshub Kraft wirkenden Kraft entgegengesetzte Kraft, die den Rückhub bzw. Rückzug bewirkt. Bei einem Schmiedehammer wird die im Arbeitshub zu einer beschleunigenden Kraft auf den Kolben führende Druckbeaufschlagung des ersten hydraulischen Arbeitsraums üblicherweise vor Beginn der Umformung beendet, so dass die ab Beenden der den Kolben beschleunigenden Druckbeaufschlagung im zweiten Arbeitsraum über die Ringfläche auf den Kolben wirkende Kraft zunächst negativ beschleunigend auf die Bewegung des Kolbens wirkt, bevor die Umformung und der sich wiederum daran anschließende Rückhub stattfindet. Damit der Rückhub stattfinden kann, ist es erforderlich, dass das Hydraulikfluid aus dem ersten hydraulischen Arbeitsraum entweichen kann, insbesondere solange die Rückhubbewegung stattfindet. Das aus dem ersten hydraulischen Arbeitsraum entweichende Hydraulikfluid wird üblicherweise in einen Tank geleitet. In der Phase des Arbeitshubs zwischen der Beendigung der zu einer Beschleunigung des Kolbens führenden Druckbeaufschlagung im ersten hydraulischen Arbeitsraum und dem Beginn des Rückhubs ist es erforderlich, dass Hydraulikfluid weiterhin in den ersten hydraulischen Arbeitsraum strömen bzw. fließen kann, insbesondere zur Vermeidung von Unterdrücken und daraus resultierenden Kavitationen. Gemäß erfindungsgemäßer Ausgestaltungen wird das zuströmen bzw. zufließen in den ersten hydraulischen Arbeitsraum in dieser Phase über ein Nachsaugventil oder über ein insbesondere regelbares Stellglied ermöglicht.

Die hydraulischen Arbeitsräume werden hierin auch kurz als Arbeitsraum bezeichnet. Mithin bezeichnet ein erster Arbeitsraum den ersten hydraulischen Arbeitsraum und ein zweiter Arbeitsraum den zweiten hydraulischen Arbeitsraum.

Die hydraulische Umformmaschine umfasst ferner einen zum Betrieb des Hydraulikzylinders eingerichteten Hydraulikkreis. Der Begriff Hydraulikkreis ist in dem hierin verwendeten Sinne insbesondere allgemein zu verstehen. Insbesondere sollen vom Begriff Hydraulikkreis nicht nur Hydraulikleitungen umfasst sein, sondern je nach Kontext auch zusätzliche Bestandteile und Komponenten wie Steuereinheiten, Regeleinheiten, Ventile, Pumpen usw., die zum hydraulischen Betrieb des Hydraulikzylinders vorhanden bzw. erforderlich sind.

Der Hydraulikkreis umfasst in einer Ausgestaltung ein Ventil mit einstellbar variablem Volumenstrom. Unter dem Begriff einstellbar variabel soll dabei verstanden werden, dass der Volumenstrom des Ventils einstellbar ist und gleichzeitig variable, insbesondere zeitlich variable, beispielsweise regelbare, Einstellungen des Volumenstroms ermöglicht. Ein solches Ventil unterscheidet sich von einem herkömmlichen Auf-Zu-Ventil mit lediglich zwei anwählbaren Schaltstellungen, darin, dass mehrere bzw. eine Vielzahl von Schaltstellungen gezielt einstellbar sind. Insbesondere können solche Ventile derart ausgebildet sein, dass der Volumenstrom im Wesentlichen kontinuierlich bzw. stufenlos einstellbar ist, und dass der Öff nungszustand des Ventils, insbesondere Öff- nungsweite und Öffnungszeit gezielt, z.B. im Zeitverlauf gemäß einer Funktion der Zeit oder in Abhängigkeit anderer Größen, einstellbar, insbesondere regelbar, ist. In Frage kommen insbesondere regelbare Ventile, die eine regeltechnische Einstellung des Volumenstroms bzw. der Öff nungsweite und/oder Öffnungszeit ermöglichen. Beispiele für derartige Ventile sind weiter unten genannt, wobei an dieser Stelle als Beispiel bereits ein Regelwegeventil genannt sei, bei dem die Öff nungsweite spannungs- oder stromgesteuert veränderbar ist, und je nach anliegender Spannung gezielt stufenlos geöffnet oder geschlossen werden kann, beispielsweise gemäß einer Funktion der Zeit, z.B. einer Rampe.

Das Ventil ist derart im Hydraulikkreis verbaut, dass über dieses der zur Beschleunigung des Bären bei der Ausführung des Arbeitshubs zur Werkstückumformung verwendeter erster hydraulischer Arbeitsraum des Hydraulikzylinders mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Das Ventil kann z.B. den ersten Arbeitsraum über Hydraulikleitungen mit einem Hydraulikspeicher, insbesondere - Druckspeicher und/oder einer Pumpeneinheit verbinden. Wird das Ventil geöffnet, wird der erste Arbeitsraum mit dem vom Speicher und/oder der Pumpeneinheit kommenden Hydraulikfluid beaufschlagt. Der in dem Hydraulikfluid herrschende Hydraulikdruck wirkt auf die Pressfläche des Hydraulikzylinders und erzeugt eine Kraft zur Ausführung des Arbeitshubs. Wird ein Differenzial- zylinder verwendet, wird als Pressfläche üblicherweise die von der Kolbenstange abgewandte Seite des Kolbens, d.h. die Kolbenfläche, und als Rückzugsfläche die kolbenstangenseitige Ringfläche verwendet. Zum Rückhub bzw. Rückzug kann die Ringfläche im zweiten Arbeitsraum mit einem Druckspeicher und/oder einer Pumpeneinheit verbunden werden, z.B. bei gleichzeitiger Verbindung des ersten Arbeitsraum mit einem Tank zur Verringerung des an der Kolbenfläche anliegenden Drucks, so dass die über die Ringfläche erzeugte Druckkraft ausreichend ist, die zu bewegenden Komponenten, z.B. Bär, Werkzeug, Kolbenstange, Kolben, Hydraulikfluid des ersten Arbeitsraums usw. zu bewegen, und den Hydraulikzylinder bzw. Kolben rückzuziehen.

Der Hydraulikkreis der vorliegenden Ausgestaltung ist insbesondere dazu eingerichtet, den Volumenstrom des Ventils in Abhängigkeit einer in einer Beschleunigungsphase des Arbeitshubs zu erreichenden Sollgeschwindigkeit des Bären einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis einen Regler oder eine Regeleinheit, umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Volumenstrom, beispielsweise die Öffnungsweite des Ventils im Zeitverlauf so einzustellen, dass die Sollgeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Hubbereichs des Kolbens erreicht wird. Zur Einstellung und Variation des Volumenstroms kann eine entsprechende Kontrolleinheit, insbesondere Regeleinheit, beispielsweise in einer Wertetabelle hinterlegte Daten verwenden, die für die jeweiligen Betriebsbedingungen und Betriebsparameter, wie z.B. Umformmaschine, Bärtyp, Bärgewicht, Werkzeughöhe, Werkzeuggewicht, Art der Umformung, Art des Werkstoffs usw., im Zeitverlauf einzustellende Volumenströme zur Erreichung der gewünschten Sollgeschwindigkeit angeben, oder aus denen die Kontrolleinheit die einzustellenden Volumenströme ermitteln kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Umformmaschine eine oder mehrere Druck-, Wege-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensoren aufweisen, und die Kontrolleinheit kann Messdaten solcher Sensoren bei Einstellung der Volumenströme zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit verwenden. Die Kontrolleinheit kann in Ausgestaltungen dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom zumindest zeit- bzw. teilweise, auf der Grundlage von Messwerten der genannten Sensoren, insbesondere dynamisch, einzustellen, beispielsweise um bei einem Arbeitshub die Sollgeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Hubbereichs zu erhalten. Nach Erreichen der erforderlichen Sollgeschwindigkeit wird die zu einer in Richtung des Arbeitshubs wirkende Beschleunigung des Kolbens dadurch beendet, dass der Zufluss von Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum angepasst wird.

Der Hydraulikkreis kann in einer ersten Ausgestaltung ein den ersten hydraulischen Arbeitsraum mit einem Reservoir, insbesondere einem Nachsaugtank, für Hydraulikfluid verbindendes Nachsaugventil umfassen. Das Nachsaugventil ist dazu eingerichtet, den ersten Arbeitsraum beim Arbeitshub in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase mit Hydraulikfluid aus dem Reservoir zu füllen.

Bei der Bewegungsphase des Arbeitshubs kann es sich insbesondere um eine Bremsphase handeln, in der der Bär nicht weiter hydraulisch beschleunigt wird und die, zu deren Anfang erreichte, gewünschte bzw. eingestellte bzw. zur Umformung benötigte Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen erhalten bleibt. Von einer Bremsphase kann dann gesprochen werden, wenn in der Bewegungsphase weitere beschleunigende Kräfte, wie z.B. die Schwerkraft, auf den Bären einwirken, die zu einer weiteren Erhöhung der Sollgeschwindigkeit führen würden. Ist beispielsweise die Umformmaschine so eingerichtet, dass in der Beschleunigungsphase die Schwerkraft bzw. eine Komponente der Schwerkraft in Richtung der Bewegung des Bären und den damit bewegten Komponenten, wie Stößel, Werkzeug usw., wirkt, wirkt die Schwerkraft bzw. die Komponente der Schwerkraft als eine beschleunigende Kraft. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Umformmaschine so eingerichtet ist, dass der Bär oder Stößel parallel zur Schwerkraft bzw. senkrecht zum Maschinengrund bzw. Maschinenfundament bewegt wird, und die Bewegung in der Beschleunigungsphase in Richtung der Schwerkraft bzw. auf den Maschinengrund hin gerichtet ist. Ist in der Beschleunigungsphase durch Beaufschlagung des ersten Arbeitsraums mit Hydraulikfluid die Sollgeschwindigkeit erreicht, wirkt die Schwerkraft bei dem genannten Maschinenaufbau weiter als eine beschleunigende Kraft. Damit die erreichte Sollgeschwindigkeit gehalten werden kann ist insoweit eine der Schwerkraft entgegenwirkende Bremskraft erforderlich, d.h. die Bewegungsphase bildet eine Bremsphase. Bei anderen Aufbauten, beispielsweise bei einer Aufwärtsbewegung des Bären entgegen der Schwerkraft in der Beschleunigungsphase kann die Bewegungsphase entsprechend andere Krafteinwirkungen aufweisen. Insgesamt ist die Bewegungsphase so eingerichtet, dass die in der Beschleunigungsphase erreichte Sollgeschwindigkeit im Wesentlichen beibehalten wird.

Durch einen ständig im Ringraum des Zylinders anstehenden Druck können in der auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase des Arbeitshubs Bremskräfte, also negativ beschleunigende Kräfte, erzeugt werden. Während der Bremsphase ist die Beaufschlagung des ersten hydraulischen Arbeitsraums mit einem zu einer Beschleunigung in Richtung des Arbeitshubs führenden Druck beendet. Da sich der Kolben in der Bewegungsphase weiter in Richtung des Arbeitshubs bewegt, ist es erforderlich, dass nach Beendigen der zur Beschleunigung führenden Druckbeaufschlagung im ersten Arbeitsraum Hydraulikfluid in diesen nachströmen kann. Denn das sich beim Arbeitshub auch in der Bewegungsphase weiterhin vergrößernde Volumen im ersten Arbeitsraum des Zylinders würde sonst zu einer Verringerung des Drucks und somit zu Kavitation, also Ausgasung der im Hydraulikfluid gelösten Luft, mit daraus folgenden Kavitationsschäden und einem Abriss der Hydraulikfluidsäule führen.

Bei den hierin vorgeschlagenen Ausgestaltungen kann der Hydraulikkreis derart eingerichtet sein, dass der in der Bewegungsphase, die eine Bremsphase ist, der im ersten Arbeitsraum herrschende Druck beispielsweise oberhalb von 1 bar, jedenfalls aber oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. So können im ersten Arbeitsraum durch Ausgasen des Hydraulikfluids verursachte Kavitationen vermieden werden.

Zur Vermeidung von Kavitationen im ersten Arbeitsraum während der Bremsphase kann beispielsweise der Volumenstrom von Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum derart eingestellt sein bzw. geregelt werden, dass der Druck im ersten Arbeitsraum im Wesentlichen über dem Kavitationsdruck gehalten werden kann. Dadurch wird einem weiteren Abfall des Drucks im ersten Arbeitsraum entgegengewirkt, mit dem Ziel einen Abfall des Drucks unter den Kavitationsdruck zu vermeiden bzw. im Wesentlichen zu verhindern. Der in der Bremsphase erforderliche Volumenstrom in den ersten Arbeitsraum kann entsprechend der hierin vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines separaten Nachsaugventils bzw. Nachströmventils und/oder durch eines zur Ausführung des Arbeitshubs vorgesehenen Stellglieds, z.B. ein Regelwegeventil, bereitgestellt werden.

In ersten Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 1, ist es durch die Verwendung eines im Volumenstrom stellbaren, insbesondere regelbaren Ventils, in vorteilhafter Weise z.B. möglich, den Volumenstrom in der Beschleunigungsphase abhängig von der Sollgeschwindigkeit so zu stellen, dass die Nachsaugphase, d.h. die Phase, in welcher der erste Arbeitsraum über das Nachsaugventil Hydraulikfluid nachsaugt bzw. in welcher in den ersten Arbeitsraum Hydraulikfluid nachströmt, verkürzt, vorzugsweise minimiert bzw. optimiert, ist. Bei kleinen Sollgeschwindigkeiten kann beispielsweise der Volumenstrom in den ersten Arbeitsraum während der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs entsprechend kleiner gestellt werden, so dass sich die Beschleunigungsphase bis zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit über einen größeren Teil des Hubs erstreckt, wodurch die Nachsaugphase, verglichen mit einem Betrieb bei maximalem Volumenstrom bzw. Druck in der Beschleunigungsphase, vorteilhaft verkürzt werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da kurze Nachsaugphasen grundsätzlich weniger Kavitationsrisiko bergen als lange Nachsaugphasen. Dadurch, dass das Ventil im Volumenstrom einstellbar und variabel ist, können für unterschiedliche Sollgeschwindigkeiten, die u.a. ja abhängig sind von der jeweiligen Umformaufgabe und des verwendeten Materials, die Beschleunigungsphase maximiert bzw. optimiert und die Nachsaugphase entsprechend minimiert bzw. optimiert werden. Der Vorteil einer derartigen variablen Einstellung der Beschleunigungs- und Nachsaugphase, insbesondere mit minimaler bzw. optimierter Nachsaugphase, liegt weiterhin auch darin, dass das Reservoir bzw. der Nachsaugtank kleiner dimensioniert werden kann. Ferner sind bei verkürzter bzw. minimaler bzw. optimaler Nachsaugphase die dem Reservoir entnommenen und wieder zugeführten Volumina an Hydraulikfluid entsprechend kleiner, so dass das Reservoir in aufeinanderfolgenden Umformzyklen insgesamt beruhigter ist, was zusätzliche Vorteile hinsichtlich der Vermeidung von Kavitationen mit sich bringt. Im Übrigen ist ein Betrieb mit verkürzter bzw. minimaler bzw. optimaler Nachsaugphase auch weniger anfällig für Kavitationen im ersten Arbeitsraum, da Kavitationen insoweit im Wesentlichen nur in der Nachsaugphase auftreten.

In Ausgestaltungen kann das Ventil, wie bereits angedeutet, als regelbares Ventil ausgebildet sein. Für das Ventil eignen sich beispielsweise Stetig-Wege- ventile, Proportional-Wegeventile, Servo-Wegeventile und/oder Regel-Wegeventile. Zur Regelung eines solchen Ventils kann der Hydraulikkreis eine entsprechende Regeleinheit umfassen. Die Regeleinheit kann dazu eingerichtet sein, das Ventil, und damit den Volumenstrom so zu stellen, dass abhängig von der zu erreichenden Sollgeschwindigkeit, und dem verfügbaren Hub des Hydraulikzylinders die Sollgeschwindigkeit bei gleichzeitiger kurzer, insbesondere minimaler bzw. optimaler, Bewegungsphase erreicht werden kann. Dabei können die jeweilige Ist-Position und/oder Ist-Geschwindigkeit oder die Position oder Geschwindigkeit charakterisierende Größen beispielsweise durch ein oder mehrere Sensoren der Umformmaschine ermittelt werden. Bei einer Regelung kann beispielsweise die Ist-Geschwindigkeit als Regelgröße und die Sollgeschwindigkeit als Führungsgröße verwendet werden, und die Regelung kann eine entsprechende Einstellung und Variation des Volumenstroms bewirken. In der Regelstrecke können ferner der zur Erreichung der Sollgeschwindigkeit überfahrene Hubbereich (Verhältnis von Beschleunigungsphase zu Bewegungsphase) und andere Größen verwendet werden. Abhängig von der durch die Regelung ermittelten Abweichung zwischen Ist- und Sollgeschwindigkeit kann die Regelung das Ventil, d.h. den Volumenstrom entsprechend stellen, beispielsweise derart, dass die Sollgeschwindigkeit bei einem vorgegebenen Hubweg des Hydraulikzylinders erreicht werden kann. Alternativ kann das Ventil, d.h. der Volumenstrom, beispielsweise basierend auf Werten einer Wertetabelle, gestellt bzw. geregelt werden. Eine solche Wertetabelle kann beispielsweise aus Testläufen oder Simulationen erhalten werden.

In zweiten Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 3 ist eine hydraulische Umformmaschine, insbesondere ein Schmiedehammer, zur Werkstückumformung vorgesehen.

Die hydraulische Umformmaschine nach Patentanspruch 3 umfasst einen Hydraulikzylinder zum Antrieb eines zur Werkstückumformung eingerichteten Bären und einen zum Betrieb des Hydraulikzylinders eingerichteten Hydraulikkreis mit einem Stellglied zum Stellen eines Volumenstroms an Hydraulikfluid zur Füllung eines ersten hydraulischen Arbeitsraums des Hydraulikzylinders bei der Ausführung eines der Werkstückumformung unmittelbar vorangehenden Arbeitshubs. Der Arbeitshub umfasst eine Beschleunigungsphase zur Beschleunigung des Bären auf eine Sollgeschwindigkeit und eine auf die Beschleunigungsphase, insbesondere unmittelbar, folgende Bewegungsphase. Der Hydraulikkreis und das Stellglied sind in dieser Ausgestaltung dazu eingerichtet, den Volumenstrom in den ersten Arbeitsraum in der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs zur Beschleunigung des Bären auf die Sollgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit so zu einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln, dass die Sollgeschwindigkeit erreicht wird. Ferner sind der Hydraulikkreis und das Stellglied dazu eingerichtet, den Volumenstrom in der darauffolgenden Bewegungsphase des Arbeitshubs auf einen Nachströmvolumenstrom derart zu verringern, insbesondere kontrolliert zu verringern bzw. den Volumenstrom so einzustellen und zu variieren oder zu regeln, dass der in der Bewegungsphase im ersten hydraulischen Arbeitsraum herrschende Hydraulikdruck im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Bei der Bewegungsphase kann es sich analog zur obigen Diskussion um eine Bremsphase handeln. Der Kavitationsdruck ist hierbei bezüglich des Hydraulikfluids im ersten hydraulischen Arbeitsraum zu sehen. Zum Einstellen und Variieren, insbesondere Regeln, des Volumenstroms kann die Umformmaschine eine Regeleinheit umfassen.

Die hydraulische Umformmaschine kommt, verglichen mit der Umform maschine nach Patentanspruch 1 ohne Nachsaugventil und Nachsaugtank aus. Der zur Vermeidung von kavitationskritischem Druck notwendige Volumenstrom wird dem ersten Arbeitsraum in der Bewegungsphase über das Stellglied, bei Schmiedehämmern auch Schlagventil genannt, zugeführt.

Im Folgenden soll die Phase, in welcher zur Vermeidung von Kavitationen im ersten Arbeitsraum, Hydraulikfluid über das Stellglied in diesen zugeführt wird, als Nachströmphase bzw. Nachströmen bezeichnet werden, da es sich tatsächlich nicht um ein Nachsaugen handelt, da insbesondere dies vermieden werden soll.

Zum Nachströmen kann das Stellventil ab dem Ende der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs, d.h. bei erreichter Sollgeschwindigkeit, druckgeregelt werden, d.h. der Öffnungsquerschnitt und der damit verbundene Volumenstrom können in Echtzeit in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Kolbenraum verändert werden. Insbesondere ist es möglich, dass das Stellglied nach Beendigung der Beschleunigungsphase nicht schlagartig, sondern stetig geschlossen wird, bis eine Regelung des Stellglieds einsetzt, die dann den Druck im ersten Arbeitsraum auf einen oberhalb des Kavitationsdrucks regelt. Die zur Regelung des Stellglieds notwendigen Parameter können durch Sensoren ermittelt bzw. rückgeführt werden (Regelkreis). Beispielsweise kann im Rahmen der Regelung des Drucks im ersten Arbeitsraum auf einen oberhalb des Kavitationsdrucks gelegenen Wert der Druck im ersten Arbeitsraum durch einen oder mehrere am ersten hydraulischen Arbeitsraum installierte Drucksensoren ermittelt bzw. rückgeführt werden. Ein Abriss der Hydraulikfluidsäule bzw. Kavitation und deren Schäden können dadurch im Wesentlichen oder vollständig verhindert werden.

Ein Vorteil der im Zusammenhang mit Patentanspruch 3 beschriebenen Ausgestaltung liegt insbesondere darin, dass das im Zusammenhang mit der Ausgestaltung nach Patentanspruch 1 beschriebene Nachsaugventil entfallen kann. Stattdessen wird die Füllung des ersten Arbeitsraums mit Hydraulikfluid in der Bewegungsphase bzw. Nachströmphase bzw. Nachströmen, insbesondere in der Bremsphase, durch entsprechende Stellung, insbesondere Regelung, des Stellglieds erreicht.

Insbesondere kann das Stellglied derart eingestellt und variiert, insbesondere gesteuert bzw. geregelt werden, dass über das Stellglied in der Bewegungsphase, insbesondere Bremsphase, ausreichend Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum nachströmen kann. Beispielsweise derart, dass Kavitationen vermieden werden. Insbesondere kann das Nachströmen von Hydraulikfluid so eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, werden, dass der Druck im ersten Arbeitsraum über dem Kavitationsdruck gehalten wird, und dass die in der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs erreichte oder eingestellte Sollgeschwindigkeit in der Bewegungsphase des Arbeitshubs im Wesentlichen konstant gehalten bzw. beibehalten wird.

Eine Stellung, insbesondere Regelung, des Volumenstroms des Stellglieds kann beispielsweise basierend auf einer jeweils gemessenen Ist-Position, einer jeweils gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder eines im ersten Arbeitsraum jeweils gemessenen Ist-Drucks erfolgen. Zur Messung der jeweiligen Ist-Werte kann die Umformmaschine entsprechende Sensoren, d.h. einen oder mehrere Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Drucksensoren umfassen.

Bei Verwendung des Ist-Drucks des ersten Arbeitsraums kann die Stellung des Stellglieds beispielsweise ab dem Zeitpunkt des Erreichens der Sollgeschwindigkeit zusätzlich oder ausschließlich auf Grundlage des gemessenen Ist- Drucks erfolgen. Die Stellung des Stellglieds kann jedoch auch in der Beschleunigungsphase auf Grundlage des jeweils gemessenen Ist-Drucks erfolgen. Beispielsweise kann der während der Beschleunigungsphase gemessene Ist-Druck dazu verwendet werden, die Länge der Beschleunigungsphase und/oder das Bewegungsprofil oder den Bewegungsablauf des Bären geeignet einzustellen. Insbesondere ist es möglich, den zeitlichen und/oder örtlichen Bewegungsablauf des Bären durch eine Sollwerttabelle oder Sollwertfunktion für den Druck im ersten Arbeitsraum zu beschreiben, und den Ist-Druck anhand der Sollwerttabelle oder der Sollwertfunktion durch Stellung des Stellglieds einzustellen. Analoges gilt für Position und Geschwindigkeit des Bären. Möglich ist ebenfalls, dass der Volumenstrom entsprechend einer vorgegebenen Wertetabelle und/oder (Sollwert-) Funktion eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, wird.

Sollwerttabellen oder (Sollwert-)f unktionen können bei gegebenen Randbedingungen, umfassend z.B. Masse des Bären und damit bewegter Komponenten, Hubweg des Hydraulikzylinders, Art des Hydraulikfluids (Viskosität usw.), durch Test- oder Probeläufe und/oder durch Simulation ermittelt werden. Die Sollwerttabellen oder (Sollwert-)f unktionen können z.B. auf einem elektronischen Speicher der Umformmaschine hinterlegt sein oder werden, und einer Stelleinheit, insbesondere einer Regelung, zur Stellung des Stellglieds zur Verfügung gestellt werden.

Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Umformmaschine umfassend das Stellglied mit einstellbar variablem Volumenstrom kann, analog zu den obigen Ausgestaltungen, vorteilhaft erreicht werden, dass die Beschleunigungsphase relativ zur Bewegungsphase bzw. Bremsphase verlängert werden kann. Durch Verkürzung bzw. Optimierung der Bewegungsphase, insbesondere Bremsphase, können insbesondere Kavitationen in ersten Arbeitsraum verringert oder gar ganz vermieden werden, da solche Kavitationen, wie erwähnt, in dieser Phase auftreten können. Mit der vorgeschlagenen Möglichkeit der Stellung des Stellglieds basierend auf dem Ist-Druck im ersten Arbeitsraum ist es basierend auf einer direkten Druckmessung ebenfalls möglich der Entstehung von Kavitationen entgegenzuwirken. Beispielsweise kann der Druck in der Bewegungsphase durch entsprechende Regelung des Stellglieds so geregelt werden, dass ein Absinken des Ist-Drucks unter den Kavitationsdruck vermieden wird. Mit der beschriebenen druck-basierten Stellung des Stellglieds in der Nachströmphase können insbesondere das Nachsaugventil und der Nachsaugtank entfallen. Ein auf Seiten des hydraulischen Betriebs liegender Vorteil kann z.B. darin gesehen werden, dass Stellglieder üblicherweise kleinere Ansprechzeiten wie Nachsaugventile aufweisen, so dass Kavitationen mit höherer Sicherheit vermieden werden können. Beispielsweise kann es bei Nachsaugventilen, welche in Aufbau und Funktion einem Rückschlagventil entsprechen, vorkommen, dass diese bei vergleichsweise kurzen Nachsaugphasen nicht oder nicht vollständig öffnen und/oder bei hohen Sollgeschwindigkeiten wegen der höheren Ansprechzeiten nicht ausreichend schnell öffnen. Diese Nachteile können mit der druck-basier- ten Regelung des Stellglieds in der Nachströmphase, in der Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum nachströmt, vermieden werden.

In Ausgestaltungen kann das Stellglied ein regelbares Ventil und/oder eine regelbare Pumpe umfassen. Das Ventil kann beispielsweise ein Stetig-Wegeven- til, ein Proportional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel- Wegeventil umfassen. Die Pumpe kann beispielsweise eine Servopumpe umfassen. Der Einsatz der genannten Ventile bzw. Pumpen ermöglicht die Umsetzung vorteilhafter, insbesondere relativ kurzer, Stellzeiten zur Stellung und zur Variation der Volumenströme, und insbesondere eine vergleichsweise genaue und/oder wiederholbare Durchführung eines Bewegungszyklus zur Werkstückumformung. Mit derartigen Stellgliedern können auch vergleichsweise kurze Stellzeiten und vergleichsweise schnelle Reaktions- und Ansprechzeiten erreicht werden, wodurch Kavitationen, insbesondere selbst bei kurzen Bremsphasen bzw. Nachströmphasen, zumindest weitgehend oder gar gänzlich vermieden werden können.

Nach Ausgestaltungen kann die hydraulische Umformmaschine des Weiteren zumindest einen Drucksensor umfassen. Der Drucksensor ist zumindest dazu eingerichtet, den in dem ersten und/oder zweiten hydraulischen Arbeitsraum während des Arbeitshubs und/oder Rückhubs herrschenden Hydraulikdruck zu Messen. Der Drucksensor kann beispielsweise in eine mit dem ersten oder zweiten Arbeitsraum verbundene Hydraulikleitung integriert oder daran angeschlossen sein.

Der Hydraulikkreis oder die Stelleinheit, insbesondere eine Kontroll- oder Regeleinheit, kann dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom während eines Arbeitszyklus des Bären, zumindest jedoch in der Bewegungsphase, vorzugsweise auch beim Rückhub, in Abhängigkeit des mit dem zumindest einen Drucksensor gemessenen Hydraulikdrucks einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln. Eine Regelung kann auf einem vorgegebenen oder vorgebbaren Hydraulikdruck, Hydraulikdruckintervall und/oder einem vorgegebenen oder vorgebbaren zeitlichen oder örtlichen Hydraulikdruckverlauf als Führungsgröße basieren. Beispielsweise kann der Hydraulikdruck bzw. dessen Verlauf für die Zeitspanne eines Arbeitshubs oder Rückhubs oder für die Position des Bären oder des Kolbens des Hydraulikzylinders während eines Arbeitshubs oder Rückhubs vorgegeben oder vorgebbar sein.

Entsprechende Hydraulikdrücke und/oder -Verläufe können z.B. aus einem Testbetrieb der Umformmaschine und/oder aus Simulationen gewonnen werden.

Die obige Formulierung nach der der Volumenstrom zumindest in der Bewegungsphase in Abhängigkeit des Hydraulikdrucks eingestellt und variiert werden kann, soll insbesondere bedeuten, dass die Einstellung oder Veränderung des Volumenstroms auf Grundlage des im ersten Arbeitsraum gemessenen Hydraulikdrucks, (d.h. des Ist-Hydraulikdrucks) nicht auf die Bewegungsphase beschränkt ist, sondern auch in der Beschleunigungsphase ausgeführt werden kann. Ferner ist es möglich, einen im zweiten Arbeitsraum gemessenen Hydraulikdruck beim Arbeits- und/oder Rückhub zu berücksichtigen.

Gemäß Ausgestaltungen kann der Hydraulikkreis oder die Stelleinheit, insbesondere eine Kontrolleinheit, beispielsweise eine Regeleinheit, dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom derart zu einzustellen und zu variieren, dass der Hydraulikdruck im ersten hydraulischen Arbeitsraum in der Bewegungsphase einem vorgegebenen oder vorgebbaren Druck entspricht oder in einem vorgegebenen oder vorgebbaren Druckbereich gelegen ist. Beispielsweise kann der vorgegebene oder vorgebbare Druck oder Druckbereich zwischen 2 bis 6 bar, insbesondere 3 bis 4 bar betragen. Vorzugsweise ist der vorgegebene Druck o- der Druckbereich derart vorgegeben, dass in der Bewegungsphase, insbesondere der Bremsphase, der Hydraulikdruck im ersten Arbeitsraum oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Mithin können Kavitationen zumindest weitgehend vermieden werden. Gemäß Ausgestaltungen ist der Hydraulikkreis, insbesondere eine Kontrolleinheit, z.B. eine Steuer- oder Regeleinheit, dazu eingerichtet, den Volumenstrom in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit einzustellen und zu variieren. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis, insbesondere die Kontrolleinheit, dazu eingerichtet sein, den Volumenstrom basierend auf einer Wertetabelle für Sollgeschwindigkeiten einzustellen und/oder basierend auf gemessenen Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären oder des Kolbens und/oder gemessener Hydraulikdrücke dynamisch einzustellen, insbesondere zu regeln. Dazu kann die Umformmaschine beispielsweise zumindest eine Sensoreinheit zur Messung und/oder Speicherung von Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären oder Kolben und/oder der Hydraulikdrücke umfassen.

Gemäß hierin vorgeschlagener Ausgestaltungen kann der der Hydraulikkreis dazu eingerichtet sein, das Ventil oder das Stellglied in der auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase des Arbeitshubs zumindest zeitweise im Wesentlichen vollständig zu schließen, insbesondere kurz vor bzw. exakt zu Beginn der Umformung um mögliche hydraulische Rückschläge ins System zu vermeiden. In Ausgestaltungen der Umformmaschine mit Nachsaugventil bei welcher in der Bewegungsphase, insbesondere Bremsphase, das zur Vermeidung von Kavitationen erforderliche Hydraulikfluid über das Nachsaugventil bereitgestellt wird, ist das Nachsaugventil dazu als Rückschlagventil ausgeführt.

Gemäß Ausgestaltungen ist der Hydraulikkreis dazu eingerichtet, den Volumenstrom derart einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln, dass die Beschleunigungsphase bei gleichzeitiger Minimierung bzw. Optimierung der Bewegungsphase maximiert ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Volumenstrom in der Beschleunigungsphase derart eingestellt wird, dass die Nachsaugphase bzw. Nachströmphase im Bereich von 10% bis 30%, insbesondere von 10% bis 20%, des Hubs des Hydraulikzylinders entspricht. Insbesondere kann der Volumenstrom zur Beschleunigung des Bären so eingestellt und variiert werden, dass die nach der Beschleunigungsphase verbleibende Zeitspanne bis unmittelbar vor dem Umformvorgang größer ist als die Stell-, Ansprech- und/oder Schaltzeiten des Ventils, des Nachsaugventils oder des Stellglieds ist. Dabei kann, durch entsprechendes Einstellen und Variieren des Vo- lumenstroms in der Beschleunigungsphase, die Länge der Beschleunigungsphase und entsprechend die Länge der Bewegungs- oder Bremsphase bzw. deren Verhältnis z.B. auch in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit, eingestellt werden.

Beispielsweise kann der Volumenstrom bei niedrigen Sollgeschwindigkeiten langsamer und mit kleinerem Anstieg bzw. kleinerer Änderungsgeschwindigkeit hochgeregelt oder gestellt werden, damit die Sollgeschwindigkeit in einer späten Phase des Arbeitshubs, z.B. im letzten Drittel des Arbeitshubs, erreicht wird. Bei hohen Sollgeschwindigkeiten kann der Volumenstrom entsprechend schneller hochgeregelt werden, beispielsweise derart, dass die Sollgeschwindigkeit ebenfalls in einer späten Phase des Arbeitshubs erreicht wird.

In Ausgestaltungen ist es möglich, dass für einen Arbeitshub zur Beschleunigung des Bären, ausgehend von einem im Bewegungsablauf des Bären gelegenen Umkehrpunkt mit Bärgeschwindigkeit Null, hin zur Sollgeschwindigkeit nur ein Teil des gesamten Hubs des Hydraulikzylinders verwendet wird. Entsprechend kann der Rückhub verkürzt werden, insbesondere derart, dass in dem, von der Rückhubposition startend und bis zur Umformposition verfügbaren Teilhub die Sollgeschwindigkeit sicher, insbesondere reproduzierbar, erreicht werden kann. Die für jeweils gegebene Sollgeschwindigkeiten geeigneten Rückhubpositionen können beispielsweise aus Test- oder Probeläufen und/oder durch Simulation gewonnen werden, und beispielsweise in Form einer Wertetabelle in einer Datenbank einer Kontrolleinheit oder Regeleinheit der Umformmaschine oder des Hydraulikkreises bereitgestellt werden.

Bei Verkürzung des Ruckhubwegs, beispielsweise bei vergleichsweise kleinen Sollgeschwindigkeiten, ist es möglich, die Frequenz für Umformoperationen der Umform maschine zu erhöhen, und/oder durch die Verkürzung des Rückhubwegs Energie einzusparen.

Gemäß verfahrensseitigen Ausgestaltungen der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Umformmaschine zur Werkstückumformung vorgesehen. Zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise eine Umformmaschine verwendet werden, die gemäß einer der hierin erfindungsgemäß beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet bzw. eingerichtet ist.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem zur Werkstückumformung ausgeführten Arbeitshub ein zur Werkstückumformung vorgesehener bzw. eingerichteter Bär durch einen mit dem Bären gekoppelten Hydraulikzylinder in einer Beschleunigungsphase beschleunigt. In der Beschleunigungsphase wird in dem Arbeitshub ein erster hydraulischer Arbeitsraum des Hydraulikzylinders über ein Ventil mit einstellbar variablem Volumenstrom durch einen Hydraulikkreis mit Hydraulikfluid gespeist. Insbesondere umfasst das Verfahren die Speisung des ersten Arbeitsraums durch das Ventil mit einstellbar variablem Volumenstrom.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist vorgesehen, dass der Hydraulikkreis in der Beschleunigungsphase den Volumenstrom des Ventils in Abhängigkeit einer in der Beschleunigungsphase zu erreichenden Sollgeschwindigkeit des Bären einstellt und variiert, insbesondere regelt.

Ferner ist nach einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der erste hydraulische Arbeitsraum in einer auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase, insbesondere Bremsphase, durch ein im Hydraulikkreis vorhandenes und den ersten hydraulischen Arbeitsraum mit einem Reservoir für Hydraulikfluid verbindendes Nachsaugventil gefüllt wird.

Die im Zusammenhang mit der hierin vorgeschlagenen Umformmaschine beschriebenen Vorteile können entsprechend mit dem Verfahren erreicht werden. Insbesondere ist es durch die Einstellung und Variation des Volumenstroms, insbesondere einer Regelung des Volumenstroms, in Abhängigkeit der zu erreichenden Sollgeschwindigkeit möglich, bei der Umformmaschine mit Nachsaugventil die Nachsaugphase zu verkürzen, wodurch z.B. eine Beruhigung des Hydraulikfluids im Reservoir erreicht werden kann und/oder die Gefahr von Kavitationen im ersten Arbeitsraum verringert werden kann. Durch eine Einstellung und Variation des Volumenstroms, ist es insbesondere möglich, das pro Zeiteinheit in den ersten Arbeitsraum fließende Volumen an Hydraulikfluid und auch das Zeitintervall, in dem Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum fließt einzustellen, insbesondere basierend auf einer Regelung bzw. einem Regelkreis. Mithin ist es beispielsweise möglich, die Öffnungsweite des Ventils und die Öff nungsdauer, insbesondere die Füllzeit, gezielt und variabel einzustellen. Der Volumenstrom kann beispielsweise entsprechend einer Funktion der Zeit eingestellt und/oder variiert werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Dauer der Beschleunigungsphase einzustellen, insbesondere in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit. Für kleine Sollgeschwindigkeiten kann beispielsweise eine kleine Öffnungsweite verbunden mit einer im Vergleich zu großen Öffnungsweiten entsprechend längeren Füllzeit von einer Regelung umgesetzt werden. Bei großen Sollgeschwindigkeiten kann die Öffnungsweite größer gewählt werden. Mithin ist es insbesondere möglich, sowohl bei kleinen als auch bei großen Sollgeschwindigkeiten die Beschleunigungsphase beispielsweise bis kurz vor dem Umformvorgang auszudehnen, so dass die Bewegungsphase bzw. Bremsphase, in der Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum nachgesaugt wird, auf ein Minimum reduziert werden kann, bzw. für ein funktionssichereres Nachsaugen optimiert werden kann.

Gemäß verfahrensseitigen Ausgestaltungen kann das das Ventil als ein regelbares Ventil ausgebildet sein. Das Ventil kann ein Stetig-Wegeventil, ein Pro- portional-Wegeventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil umfassen. Das Verfahren kann dabei Regelung des Volumenstroms umfassen, wobei insbesondere Öffnungsweite und Öffnungsdauer des Ventils geregelt werden können.

Gemäß eines nach einem weiteren Aspekt der Erfindung verfahrensseitig vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben einer hydraulischen Umform maschine zur Werkstückumformung, wird in einem zur Werkstückumformung ausgeführten Arbeitshub ein zur Werkstückumformung vorgesehener Bär durch einen damit gekoppelten Hydraulikzylinder in einer Beschleunigungsphase beschleunigt. Die Umform maschine kann entsprechend einer hierin erfindungsgemäß beschriebenen Ausgestaltung ausgebildet sein. Gemäß dem Verfahren nach dem weiteren Aspekt wird in dem Arbeitshub ein erster hydraulischer Arbeitsraum des Hydraulikzylinders über ein Stellglied mit einstellbar variablem Volumenstrom durch einen Hydraulikkreis mit Hydraulikfluid gespeist. In der Beschleunigungsphase wird der Volumenstrom durch das Stellglied in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit durch den Hydraulikkreis so eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, dass die Sollgeschwindigkeit erreicht wird. In der auf die Beschleunigungsphase unmittelbar folgenden Bewegungsphase verringert der Hydraulikkreis den Volumenstrom durch entsprechendes Stellen des Stellglieds auf einen Nachströmvolumenstrom derart, dass der in der Bewegungsphase (Bremsphase) im ersten hydraulischen Arbeitsraum herrschende Hydraulikdruck im Wesentlichen oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Das Stellen bzw. einstellen und Variieren des Stellglieds kann insbesondere ein Regeln des Stellglieds umfassen.

Analog zu oben ermöglicht das vorgeschlagene Stellglied eine Anpassung der Beschleunigungsphase, insbesondere der Länge der Beschleunigungsphase, an die Sollgeschwindigkeit. Insbesondere ist es möglich, die Beschleunigungsphase so einzustellen, dass die darauffolgende Bewegungsphase bzw. Bremsphase auf ein Minimum verkürzt bzw. optimiert wird.

Ferner ist es durch das Stellglied bzw. das Ventil mit einstellbar variablem Volumenstrom möglich, das Öffnungs- und Schließverhalten zu beeinflussen. Verglichen mit einem schlagartig erfolgenden Öffnen und Schließen der Hydraulikzufuhr in den ersten Arbeitsraum, wie bei Umformmaschine mit einem Auf-Zu- Ventil nach dem Stand der Technik, ist es mit der vorgeschlagenen Erfindung möglich, das Öffnungs- und Schließverhalten gezielt zu beeinflussen bzw. einzustellen und zu variieren, insbesondere zu regeln und das Zu- und Abschalten der Hydraulikfluidströme, z.B. Ölströme, an die Trägheit realer Bauteile anzugleichen (Rampen) um einen Abreißen der Hydraulikfluidströme entgegenzuwirken bzw. um dies zu verhindern.

Nach einer Ausgestaltung kann das Stellglied ein regelbares Ventil und/oder eine regelbare Pumpe umfassen. Mit solchen Stellgliedern ist es möglich, den Volumenstrom im Zeitverlauf, beispielsweise entsprechend einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitfunktion einzustellen, insbesondere zu steuern oder zu regeln. Damit verbundene Vorteile wurden vorweg bereits genannt.

Das Ventil kann beispielsweise ein Stetig-Wegeventil, ein Proportional-Wege- ventil, ein Servo-Wegeventil und/oder ein Regel-Wegeventil umfassen. Die Pumpe kann beispielsweise eine Servopumpe umfassen.

Bei dem Verfahren kann bei Verwendung der genannten Stellglieder der Volumenstrom in Abhängigkeit der Sollgeschwindigkeit geregelt werden.

Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Volumenstrom während des Arbeitshubs, insbesondere während der Bewegungsphase so eingestellt, dass in dem ersten hydraulischen Arbeitsraum ein vorgegebener oder vorgebbarer Hydraulikdruck oder Hydraulikdruckverlauf im Wesentlichen erreicht wird. Der Volumenstrom kann beispielsweise basierend auf einem im ersten hydraulischen Arbeitsraum mittels eines Drucksensors gemessenen Hydraulikdrucks dynamisch eingestellt und variiert, insbesondere geregelt werden. Bei dem Verfahren kann entsprechend der Hydraulikdruck im ersten Arbeitsraum gemessen werden. Der Hydraulikdruck oder Hydraulikdruckverlauf kann aus einer Wertetabelle oder Datenbank ausgelesen werden und dazu verwendet werden, den Volumenstrom einzustellen, insbesondere zu regeln oder steuern. Möglich ist auch, dass in einem Arbeitszyklus im zweiten Arbeitsraum herrschende Hydraulikdruck gemessen wird, und zur Regelung des Arbeitshubs und/oder Rückhubs herangezogen wird.

Nach einer Ausgestaltung wird der Volumenstrom derart eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, dass der Hydraulikdruck im ersten hydraulischen Arbeitsraum in der Bewegungsphase einem vorgegebenen oder vorgebbaren Druck entspricht oder in einem vorgegebenen Druckbereich gelegen ist. Der vorgegebene Druck oder Druckbereich kann zwischen 2 bis 6 bar, bevorzugt zwischen 3 bis 4 bar liegen. Insbesondere kann der Volumenstrom derart eingestellt und variiert, insbesondere gesteuert werden, dass der Hydraulikdruck im ersten Arbeitsraum über dem Kavitationsdruck des Hydraulikfluids liegt. Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Volumenstrom in Abhängigkeit der jeweils zu erreichenden Sollgeschwindigkeit eingestellt und variiert, insbesondere gesteuert bzw. geregelt. Dabei wird der Volumenstrom vorzugsweise basierend auf einer Wertetabelle für Sollgeschwindigkeiten und/oder basierend auf gemessenen Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären eingestellt und variiert, insbesondere dynamisch eingestellt. Die Wertetabelle kann beispielsweise aus Testläufen oder durch Simulation ermittelt sein. Bei dem Verfahren ist es ferner möglich, dass Orts- und/oder Geschwindigkeitsdaten des Bären oder einer damit bewegten Komponente der Umformmaschine und/der gemessene Hydraulikdrücke, durch zumindest eine Sensoreinheit gemessen und/oder gespeichert, insbesondere zwischengespeichert, werden. Die gemessenen und/oder gespeicherten Daten können bei der Einstellung und Variation, insbesondere Regelung, des Volumenstroms verwendet werden.

Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ventil oder die Stelleinheit in der auf die Beschleunigungsphase folgenden Bewegungsphase zumindest zeitweise im Wesentlichen vollständig geschlossen werden. Ist das Ventil oder Stellglied im Wesentlichen vollständig geschlossen wird in einer verfahrensgemäßen Ausgestaltung mit Nachsaugventil in der Bewegungsphase, insbesondere Bremsphase, Hydraulikfluid im Wesentlichen vollständig über das Nachsaugventil dem ersten hydraulischen Arbeitsraum zugeführt. Bei Ausgestaltungen ohne Nachsaugventil ist vorgesehen, das Stellglied derart zu stellen, insbesondere regeln, dass ausreichend Hydraulikfluid über das Stellglied nachströmen kann.

Nach einer verfahrensseitigen Ausgestaltung wird der Volumenstrom derart eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, dass die Zeitdauer der Beschleunigungsphase bei gleichzeitiger Minimierung der Zeitdauer der Bewegungsphase maximiert bzw. optimiert wird. Beispielsweise kann dadurch die Beschleunigungsphase derart eingestellt werden, dass die Sollgeschwindigkeit kurz vor der Umformoperation erreicht wird, so dass in Ausgestaltungen die Nachsaugphase, in weiteren Ausgestaltungen die Nachströmphase verkürzt bzw. optimiert und damit verbundene Nachteile, z.B. Abriss des Hydraulikfluidstroms, Entstehung von Kavitationen usw., zumindest weitgehend vermieden werden können. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der anhängenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

FIG. 1 schematisch einen beispielhaften Aufbau einer ersten Ausgestaltung eines Schmiedehammers;

FIG. 2 beispielhaft und schematisch eine an einem als Schlagventil verwendeten Regelwegeventil des Schmiedehammers der ersten Ausgestaltung anliegende Spannung in Abhängigkeit der Zeit für einen Arbeitstakt;

FIG. 3 ein Öff nungsdiagramm eines Rückhubventils beim Betrieb des Schmiedehammers der ersten Ausgestaltung;

FIG. 4 schematisch einen beispielhaften Aufbau einer zweiten Ausgestaltung eines Schmiedehammers;

FIG. 5 beispielhaft und schematisch eine an einem als Schlagventil verwendeten Regelwegeventil des Schmiedehammers der zweiten Ausgestaltung anliegende Spannung in Abhängigkeit der Zeit für einen Arbeitstakt;

FIG. 6 ein beispielhaft schematisches Positions- und Geschwindigkeitsdiagramm eines Bären während eines Arbeitszyklus.

FIG. 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau eines hydraulisch betriebenen Schmiedehammers 1 eines ersten Ausführungsbeispiels. Der Schmiedehammer 1 stellt ein Beispiel für eine Umformmaschine dar.

Der Schmiedehammer 1 umfasst einen Bären 2 mit einem daran befestigten Werkzeug 3 zur Umformung eines (nicht gezeigten) Werkstücks. Der Bär 2 ist mit einem Hydraulikzylinder 4 gekoppelt. Genauer ist der Bär über eine Kolbenstange 5 mit einem in einem Zylinderrohr 6 bewegbaren Kolben 7 mechanisch gekoppelt.

Der Hydraulikzylinder 4 wird über einen Hydraulikkreis 8 gesteuert. Ein erster Arbeitsraum 9 des Hydraulikzylinders 4 und ein zweiter Arbeitsraum 10 sind über Hydraulikleitungen mit dem Hydraulikkreis 8 verbunden. Dem ersten Arbeitsraum 9 ist eine Pressfläche des Kolbens 7, auch Kolbenfläche genannt, zugewandt, und dem zweiten Arbeitsraum 10 ist eine von der Pressfläche abgewandte Rückzugfläche des Kolbens 7, auch Ringfläche genannt, zugewandt.

Der Hydraulikkreis 8 umfasst eine Pumpeneinheit 11 mit einer motorgetriebenen Pumpe und Steuerventilen, wobei die Pumpeneinheit 11 dazu eingerichtet ist, einen vorgegebenen Systemdruck zu erzeugen.

Der Pumpeneinheit 11 nachgeschaltet ist ein Regelventil bzw. Regelwegeventil 12 mit Sicherheitsstufe, das in einer ersten Wege-Schaltstellung die Pumpeneinheit 11, den zweiten Arbeitsraum 10 und die Speichereinheit 19 vom ersten Arbeitsraum 9 trennt, und in einer zweiten Wege-Schaltstellung den ersten Arbeitsraum 9 mit der Pumpeneinheit 11, dem zweiten Arbeitsraum 10 und die Speichereinheit 19 verbindet. Das Regelwegeventil 12 bildet ein Schlagventil zur Regelung eines Arbeitshubs bzw. eines Schmiedeschlags.

Zwischen dem Regelwegeventil 12 und dem ersten Arbeitsraum 9 sind ein Bremsventil 14 und ein erster Drucksensor 15 vorgesehen. Das Regelwegeventil 12, das Bremsventil 14 und der erste Drucksensor 15 sind über einen an einem oberen Ende des Zylinderrohrs 6 vorhandenen ersten Anschluss 16 mit dem ersten Arbeitsraum 9 verbunden.

Die Pumpeneinheit 11 ist mit einem an einem unteren Ende des Zylinderrohrs 6 vorhandenen zweiten Anschluss 17 verbunden. An der zwischen der Pumpeneinheit 11 und dem zweiten Anschluss 17 verlaufenden Hydraulikleitung sind ein zweiter Drucksensor 18, ein Druckspeicher 19 und ein Sicherheitsventil 20 angeschlossen. Ein zwischen dem ersten Anschluss 16 und dem zweiten Anschluss 17 gelegener dritter Anschluss 21 am Zylinder 6 führt zu einem Ventil 27, das die zum dritten Anschluss führende Leitung wahlweise sperren oder auf einen Hydrauliktank 13 schalten kann. Die Leitung umfasst weiterhin einen dritten Drucksensor 22 und eine Drossel 28, mittels der eine Verbindung vom ersten Anschluss 16 zum Ventil 27 realisiert ist. Der dritte Anschluss 21 liegt näher am ersten Anschluss 16, beispielsweise in einem den ersten Anschluss 16 umfassenden oberen Drittel des Zylinderrohrs 6.

Der Hydraulikkreis 8 umfasst des Weiteren eine Kontrolleinheit 23, die über (nicht gezeigte) Daten-, Steuer-, und Regelleitungen mit den zu steuernden bzw. regelnden Komponenten des Schmiedehammers 1 verbunden sind, beispielsweise der Pumpeneinheit 11, dem Regelwegeventil 12, den Drucksensoren 15, 18, 22 und einer Wegemesseinheit 24. Die Wegemesseinheit 24 ist dazu eingerichtet, die Position bzw. den vom Bären 2 zurückgelegten Weg zu erfassen und/der die Geschwindigkeit des Bären 2 zu ermitteln, z.B. aus einer Wegemessung.

Der erste Arbeitsraum 9 ist an einem oberen Ende des Zylinderrohrs 6 vorhandenen Anschluss über ein Nachsaugventil 25 mit einem Reservoir 26 verbunden.

Bei dem Schmiedehämmer 1 nach FIG. 1 ist die Kontrolleinheit 23, insbesondere der Hydraulikkreis 8, dazu eingerichtet, die zur Werkstückumformung eines Werkstücks durch Bewegungsenergie des Bären 2 erzeugte Schlagenergie, insbesondere eine zur Schlagenergie korrespondierende Sollgeschwindigkeit, einzustellen, was nachfolgend noch genauer beschrieben wird.

Ausgehend von der in FIG. 1 gezeigten Situation, in welcher der Bär 2 und entsprechend der Kolben 7 in einem oberen Umkehrpunkt sind, wird der Bär 2 mit Werkzeug 3 beschleunigt, indem der erste Arbeitsraum 9 über das Regelwegeventil 12 mit Hydraulikfluid, insbesondere Hydrauliköl, beaufschlagt wird. Entsprechend füllt sich der erste Arbeitsraum 9, wodurch sich der Kolben 7 und entsprechend der Bär 2 in einem Arbeitshub A nach unten, d.h. auf das umzuformende Werkstück hin, bewegen. Bei der Beaufschlagung des ersten Arbeitsraums 9 wird der mit dem Kolben 7 gekoppelte Bär 2 beschleunigt.

Der Hydraulikkreis 8 ist dabei derart eingerichtet, dass der Bär 2 auf eine vorgegebene oder vorgebbare Sollgeschwindigkeit, korrespondierend zu einer vorgegebenen oder vorgebbaren Schlagenergie, beschleunigt wird.

Bei Erreichen des im Bereich des zweiten Anschlusses 17 gelegenen unteren Umkehrpunkts des Kolbens 7 erfolgt im Umformpunkt eine Umformung eines Werkstücks, wobei der Bär 2 die aus der Sollgeschwindigkeit resultierende Schlagenergie auf das Werkstück überträgt.

Auf die Umformung des Werkstücks erfolgt ein Rückhub R. Dabei wirkt der ständig im zweiten Arbeitsraum 10 anstehende Hydraulikdruck beschleunigend in die Rückhubrichtung auf den Kolben 7 und entsprechend den Bären 2. Das im ersten Hydraulikraum 9 befindliche Fluid kann beim Rückhub über den dritten Anschluss 21 zum Ventil 27 strömen. Dieses gibt zumindest während des Rückhubs den Weg zum Hydrauliktank 13 frei, so dass das Hydraulikfluid dorthin abfließen kann.

Überfährt bzw. verschließt der Kolben 7 am Ende der Rückhubphase bzw. im oberen Drittel des Zylinders 6 den dritten Anschluss 21 fließt das Hydraulikfluid bis zum endgültigen Stoppen des Kolbens 7 und entsprechend des Bären 2 mit Werkzeug 3 vom ersten Anschluss 16 über die Drossel 28 zum Ventil 27, das weiterhin zum Hydrauliktank 13 verschalten ist. Das Regelwegeventil 12 ist während der gesamten Rückhubphase vollständig oder zumindest im Wesentlichen geschlossen.

Arbeitshub A und Rückhub R bilden einen Arbeitstakt des Schmiedehammers 1 der wiederholend durchlaufen werden kann.

Die Steuerung bzw. Regelung des Arbeitshubs A und Rückhubs R wird im Nachfolgenden noch genauer beschrieben. Das Regelwegeventil 12, stellt ein Beispiel für ein Ventil mit einstellbar variablem Volumenstrom dar. Je nachdem welche Spannung bzw. welcher Strom, insbesondere Steuer- oder Regelsignale, an das Regelwegeventil 12 angelegt werden, kann dieses stufenlos geöffnet und geschlossen werden. Insbesondere kann das Regelwegeventil 12 durch entsprechende Steuer- oder Regelsignale, die von der Kontrolleinheit 23 ermittelt bzw. erzeugt werden, gezielt, z.B. in Form einer Rampe, auf- und zugesteuert werden. Ferner sind die Kontrolleinheit 23 und das Regelwegeventil 12 so eingerichtet, beispielsweise und jedoch nicht beschränkend über ein Nockensteuerwerk, dass die Öffnungszeit für eine vorgegebene Zeit, beispielsweise mit einer Genauigkeit von 0,5 ms, gesteuert werden kann. Mithin kann der Volumenstrom des Regelwegeventils 12 eingestellt und variiert werden, wobei für eine Regelung des Regelwegeventils 12 insgesamt mehrere Stellgrößen zur Verfügung stehen, d.h. die Ventilöffnung als solche, und die Öffnungszeit und der zeitliche Verlauf der Ventilöffnung.

Der Hydraulikkreis 8 und die Kontrolleinheit 23 sind derart eingerichtet, dass der Volumenstrom des Regelwegeventils 12 in Abhängigkeit einer in einer Beschleunigungsphase eines Arbeitshubs A zu erreichenden Sollgeschwindigkeit des Bären 2 geregelt wird.

An dieser Stelle sei ergänzend noch erwähnt, dass bei der gezeigten Ausgestaltung des Schmiedehammers der Bär parallel zur Richtung der Schwerkraft S auf und ab bewegt wird.

FIG. 2 zeigt hierzu beispielhaft die am Regelwegeventil 12 anliegende Spannung U in Abhängigkeit der Zeit t für einen Arbeitstakt umfassend Arbeitshub A und Rückhub R. Ausgehend von der in FIG. 1 gezeigten Situation zu Beginn des Arbeitshubs im ersten Zeitpunkt t1, wird das Regelwegeventil 12 mit einer ersten Spannung U1 angesteuert. Über das Regelwegeventil 12 wird, entsprechend der zur ersten Spannung LI1 korrespondierenden Öffnungsweite des Regelwegeventils 12, der erste Arbeitsraum 9 mit Hydraulikfluid beaufschlagt, wobei am Eingang des Regelwegeventils 12 der Systemdruck anliegt. Der Bär 2 wird durch das in den ersten Arbeitsraum 9 eintretende Hydraulikfluid, und die auf den Bären 2 wirkende Schwerkraft S, beschleunigt. Im weiteren Verlauf wird die am Regelwegeventil 12 anliegende Spannung U entsprechend einer Rampe hochgefahren, bis zu einer zweiten Spannung U2.

Dabei werden die anfängliche erste Spannung U1, die Rampe und die zweite Spannung U2 von der Kontrolleinheit 23 derart geregelt bzw. eingestellt, dass in einem zweiten Zeitpunkt t2 die für den jeweiligen Umformvorgang erforderliche bzw. gewünschte Sollgeschwindigkeit, sprich die jeweils gewünschte Schlagenergie, erreicht ist. Die Spannungen U1 und U2 und die Rampe können beispielsweise aus einer Wertetabelle für Sollgeschwindigkeiten oder Schlagenergien, insbesondere spezifisch für einen vorgegebenen Arbeitszyklus, entnommen werden oder entsprechend eingestellt sein.

Entsprechende Wertetabellen können beispielsweise durch Simulation und/oder Testbetrieb des Schlaghammers erstellt werden. Bei einer Simulation können beispielsweise Parameter wie Gewicht des Bären 2 und der mit dem Bären 2 bewegten Komponenten (z.B. Kolbenstange 5, Kolben 7, Werkzeug 3), den technischen Daten des Hydraulikzylinders 4 (z.B. Gesamthubweg, Pressfläche) und den Betriebsparametern des Hydraulikkreis 8 (z.B. Systemdruck, Eigenschaften des Hydraulikfluids, Temperatur) verwendet werden.

Abgesehen von einer Rampe, d.h. einer linearen Funktion von der Zeit, kommen auch andere, insbesondere nicht-lineare, Funktionen in Betracht.

Nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit im Zeitpunkt ts wird das Regelwegeventil 12 bei dem Schmiedehammer 1, der gemäß der Ausgestaltung nach FIG. 1 das Nachsaugventil 25 umfasst, geschlossen. An diesem Zeitpunkt kann Hydraulikfluid über das Nachsaugventil 25 in den ersten Zylinderraum 9 strömen. Nach der Umformung erfolgt, wie oben beschrieben, der Rückhub.

Nach Abbremsen des Bären 2 im oberen Umkehrpunkt kann die Kontrolleinheit 23 den Hydraulikkreis 8, insbesondere das Regelwegeventil 12, für einen nachfolgenden Arbeitszyklus regeln, wobei der Arbeitszyklus entsprechend des vorweg beschriebenen Bewegungs-, Steuerungs- und Regelungsablaufs ausgeführt werden kann. FIG. 3 zeigt ein Öffnungsdiagramm des Ventils 27 (Rückhubventil) während eines Arbeitszyklus (R, A) des Schmiedehammers 1. Das Ventil 27 ist während des Arbeitshubs A geschlossen, und wird nach dem Umformen (Zeitpunkt t2) geöffnet, wodurch der erste Arbeitsraum 9 mit dem Hydrauliktank 13 verbunden wird. Dadurch kann das Hydraulikfluid beim Rückhub aus dem ersten Arbeitsraum 9 über den dritten Anschluss 21 und, nachdem der Kolben 7 den dritten Anschluss 21 überfahren hat, über die Drossel 28 in den Hydrauliktank 13 abfließen.

FIG. 4 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau einer zweiten Ausgestaltung eines Schmiedehammers 1. In FIG. 4 sind gleiche bzw. funktionsgleiche Komponenten und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in FIG. 1 bezeichnet.

Der Schmiedehammer 1 der zweiten Ausgestaltung weist im Unterschied zu dem Schmiedehammer 1 der ersten Ausgestaltung kein Nachsaugventil und entsprechend auch keinen Nachsaugtank auf. Damit bei dem Schmiedehammer 1 der zweiten Ausgestaltung nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit in der Bremsphase Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum 9 strömen kann, ist die Kontrolleinheit 23 derart eingerichtet, dass diese das Regelwegeventil 12 nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit nicht vollständig schließt. Dabei regelt die Kontrolleinheit 23 das Regelwegeventil 12 derart, dass ausreichend Hydraulikfluid nachströmen kann und der im ersten Arbeitsraum 9 herrschende Druck oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids bleibt. Die Bremswirkung wird, wie bei der ersten Ausgestaltung, durch den im Ringraum des zweiten Arbeitsraums 10 anstehenden Systemdruck erreicht.

Insbesondere kann das Regelwegeventil 12 derart geregelt werden, dass der Druck im ersten Arbeitsraum 9 deutlich kleiner als der Systemdruck, jedoch über dem Kavitationsdruck liegt. Bei einer derartigen Regelung des Regelwegeventils 12 in der Bewegungsphase kann im Wesentlichen der gleiche Brems-Effekt wie bei Verwendung des Nachsaugventils 25 erreicht werden, wobei das Bremsen, wie erwähnt, durch den im Ringraum des zweiten Arbeitsraums 10 anstehenden Systemdruck bewirkt wird. Der der Volumenstrom des Regel- Wegeventils 12 kann beispielsweise so geregelt werden, dass der Druck im ersten Arbeitsraum 9 zwischen 2 bis 6 bar, oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt.

Die Regelung des Regelwegeventils 12 in der Bewegungsphase bei der zweiten Ausgestaltung des Schmiedehammers nach FIG. 4 kann beispielsweise auf Grundlage des vom ersten und/oder dritten Drucksensors 15 bzw. 22 erfassten Drucks erfolgen.

Die Verwendung des Regelwegeventils 12 in der Betriebsart gemäß der zweiten Ausgestaltung hat gegenüber der Betriebsart der ersten Ausgestaltung den Vorteil, dass Regelwegeventile i.d.R kürzere Reaktionszeiten als Nachsaugventile aufweisen, so dass Kavitationen mit höherer Sicherheit vermieden werden können. Insbesondere in der Phase beim Übergang von der Beschleunigungsphase zur Bewegungsphase des Arbeitshubs bieten die kurzen Reaktionszeiten von Regelwegeventilen einen Vorteil gegenüber vergleichsweise träge reagierenden Nachsaugventilen. Insbesondere vorteilhaft gegen die Ausbildung von Kavitation ist jedoch, dass das Regelwegeventil 12 vom Beschleunigungsvolumenstrom auf den Nachströmvolumenstrom stetig, z.B. entsprechend einer linearen oder auch nicht-linearen anderen Funktion, eingestellt werden kann, ohne dass es zwischenzeitlich vollständig geschlossen werden muss. Der Hydraulikfluidstrom kann demzufolge nicht unterbrochen werden, Kavitation wird im Wesentlichen oder ganz vermieden.

FIG. 5 zeigt beispielhaft und schematisch eine an dem Schlagventil 12 der zweiten Ausgestaltung des Schmiedehammers 1 anliegende Spannung in Abhängigkeit der Zeit für einen Arbeitshub A. Wie aus FIG. 5 ersichtlich ist, kann das Regelwegeventil 12 in der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs A bis zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit im Zeitpunkt ts analog zur ersten Ausgestaltung gesteuert werden. Jedoch wird bei der Betriebsweise gemäß der zweiten Ausgestaltung das Regelwegeventil 12 bei Erreichen der Sollgeschwindigkeit nicht vollständig geschlossen, sondern derart geregelt, z.B. gemäß einer linearen Funktion, dass weiterhin Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum 9 nachströmen kann. Wie bereits erwähnt, ist die Regelung derart einge- richtet, dass der Druck im ersten Hydraulikraum 9 oberhalb des Kavitationsdrucks des Hydraulikfluids liegt. Da das Regelwegeventil 12 nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit in der Bremsphase des Arbeitshubs A nicht vollständig geschlossen wird, kann ferner vermieden werden, dass die Hydraulikfluidströme abreißen.

FIG. 6 zeigt ein Positions- und Geschwindigkeitsdiagramm des Bären 2 während eines Arbeitszyklus des Schmiedehammers der ersten und zweiten Ausgestaltung. Genauer zeigt FIG. 6 den Verlauf der Position X des Bären 2 und die Geschwindigkeit V des Bären 2 in Abhängigkeit der Zeit t. Die ersten bis dritten Zeitpunkte t1 bis t3 entsprechen denjenigen der FIG. 2, 3 und 5.

Ab dem ersten Zeitpunkt t1 wird der Bär 2 durch entsprechende Regelung des Volumenstroms des Regelwegeventils 12 beschleunigt, wobei die Regelung im vorliegenden Beispiel derart erfolgt, dass die Geschwindigkeit V linear ansteigt bis zum Erreichen der Sollgeschwindigkeit Vsoll. Mit der vorgeschlagenen Erfindung lassen sich jedoch auch andere Geschwindigkeit-Zeit-Verläufe, d.h. nicht nur lineare Verläufe, umsetzen.

Ab Erreichen der Sollgeschwindigkeit Vsoll erfolgt die Regelung des Hydraulikkreises 8 nach einer der oben beschrieben Betriebsweisen, wobei die Bewegungsphase des Arbeitshubs A, in der sich der Bär 2 mit im Wesentlichen konstanter Sollgeschwindigkeit Vsoll bewegt, in FIG. 6 zeitlich nicht aufgelöst dargestellt ist.

Die Regelung in der Bewegungsphase (Bremsphase) erfolgt im vorliegenden Beispiel derart, dass die Sollgeschwindigkeit Vsoll erst kurz vor dem Umformpunkt erreicht wird, die Nachsaugphase bei der Betriebsweise der ersten Ausgestaltung bzw. die Nachströmphase bei der Betriebsweise der zweiten Ausgestaltung also vorteilhaft verkürzt ist.

Die Position X des Bären 2 verändert sich entsprechend der linearen Geschwindigkeitsänderung gemäß einer parabolischen Funktion von der Ausgangsposition 0 über den im Arbeitszyklus ausgeführten Hub H. Beim Umformvorgang zum zweiten Zeitpunkt t2 wird der Bär 2 abgebremst und bewegt sich auf Grund der Rückprallenergie und der wie oben beschriebenen Rückhubsteuerung des Hydraulikkreises 8 zurück zur Ausgangsposition 0.

Für den Rückhub wird der Hydraulikkreis 8 wie oben beschrieben gesteuert, wobei im vorliegenden Beispiel der Bär 2 beim Rückhub eine lineare Änderung der Geschwindigkeit V erfährt. Im oberen Umkehrpunkt zum dritten Zeitpunkt t3 hat der Bär 2 die Geschwindigkeit Null.

Da die Rückzugsfläche des Kolbens 7 eine Ringfläche, und damit kleiner als die Pressfläche des Kolbens 7 ist, ist die Beschleunigung des Bären 2 beim Rückhub R geringer als beim Arbeitshub A. In FIG. 6 ist der Abbremsvorgang im Bereich des oberen Umkehrpunkts nicht zeitaufgelöst dargestellt.

Anstelle des Regelwegeventils 12 kann auch eine regelbare Pumpe, beispielsweise eine Servopumpe, verwendet werden. Mit einer solchen Pumpe kann entsprechend zum Regelwegeventil 12 der Volumenstrom wie oben beschrieben eingestellt und variiert, insbesondere geregelt, werden.

Die beschriebenen Ausgestaltungen eines Schmiedehammer 1, im Allgemeinen einer korrespondierend eingerichteten Umformmaschine mit entsprechender Regelung, weisen insbesondere die folgenden Vorteile auf.

Durch die Verwendung von Ventilen oder Pumpen mit einstellbar variablem Volumenstrom ist es möglich, die Zufuhr von Hydraulikfluid vergleichsweise sanft zu ändern, wobei schlagartige Änderungen vermieden werden können. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass Kavitationen vermieden werden können, die bei schlagartiger Änderung des Volumenstroms beispielsweise durch einen Abriss des Hydraulikfluidstroms auf Grund der Trägheit des Hydraulikfluids verursacht werden können.

Die mit der vorgeschlagenen Umformmaschine mögliche Steuerung oder Regelung des Hydraulikkreises macht es möglich, bei vorgegebener Sollgeschwindigkeit, bzw. Schlagenergie oder Energievorwahl, die Beschleunigungsphase bis kurz vor auftreffen des Bären 2 bzw. Werkzeugs 3 auf dem Werkstück auszudehnen, bzw. den Bären 2 bis kurz vor Auftreffen auf das Werkstück gezielt zu beschleunigen, so dass die Nachsaugphase, in der unerwünschte Kavitationen auftreten können, sowie die Nachströmphase auf ein Minimum verkürzt bzw. optimiert werden können. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis die Umformmaschine so steuern und den Volumenstrom so regeln, dass bei kleinen Sollgeschwindigkeiten bzw. kleinen Umformenergien eine geringere Beschleunigung des Bären 2 über den gesamten Hub eingestellt wird als bei großen Sollgeschwindigkeiten bzw. großen Umformenergien.

Bei Verwendung einer Wegemesseinheit 24 in Kombination mit vergleichsweise schnell regelbaren Regelwegeventilen 12 oder Pumpen und auf Grund vergleichsweise kurzer Reaktionszeiten solcher Stelleinheiten kann der Arbeitshub gezielt und gesteuert durchfahren werden.

Mit der vorgeschlagenen Umformmaschine können ferner Vorteile hinsichtlich Konstruktion des Hydraulikkreises 8 erreicht werden. Insbesondere kann auf die bei aus dem Stand der Technik bekannten Schmiedehämmern 1 verwendeten, vergleichsweise aufwändigen Schlagventile verzichtet werden. Bei Ausführungsformen ohne Nachsaugventil 25, wie es bei der zweiten Ausgestaltung nach FIG. 4 der Fall ist, können insoweit konstruktive Vereinfachungen erreicht werden, als das Nachsaugventil 25 und das Reservoir 26 und zugehörige Hydraulikleitungen und -komponenten entfallen können.

Es wird eine hydraulische Umformmaschine 1 bereitgestellt, insbesondere ein Schmiedehammer 1, zur Werkstückumformung, umfassend einen Hydraulikzylinder 4 zum Antrieb eines zur Werkstückumformung eingerichteten Bären 2, und einen zum Betrieb des Hydraulikzylinders 4 eingerichteten Hydraulikkreis, wobei der Hydraulikkreis 8 ein Ventil 12 und/oder Stellglied mit einstellbar variablem Volumenstrom aufweist, über welches ein zur Beschleunigung des Bären 2 bei der Ausführung eines Arbeitshubs A zur Werkstückumformung verwendeter erster hydraulischer Arbeitsraum 9 des Hydraulikzylinders 4 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Der Hydraulikkreis 8 ist dazu eingerichtet, den Volumenstrom des Ventils 12 bzw. Stellglieds in Abhängigkeit einer in einer Beschleunigungsphase eines Arbeitshubs A zu erreichenden Sollgeschwindigkeit Vsoll des Bären 2 einzustellen und zu variieren, und die sich anschließenden Bewegungsphase des Arbeitshubs A zu optimieren.

Die Betriebsweisen der Schmiedehämmer 1 der beiden beschriebenen Ausgestaltungen haben insbesondere den jeweils im Wesentlichen gleichermaßen erreichbaren Vorteil, dass Kavitationen im Hydraulikfluid nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit vermieden werden können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Bär geregelt beschleunigt wird, so dass die sich an die Beschleunigungsphase anschließende Bewegungsphase, d.h. Bremsphase, des Arbeitshubs optimiert ist, insbesondere hinsichtlich des Auftretens von Kavitationen.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Schmiedehämmern umfasst der Hydraulikkreis ein mit dem ersten Arbeitsraum über ein Nachsaugventil verbundenes Hydraulikfluidreservoir, den Nachsaugtank. Bei diesen Ausführungen öffnet das Nachsaugventil, das als Rückschlagventil ausgeführt ist, ab einem bestimmten Druckverhältnis zwischen Nachsaugtank und Kolbenraum und Hydraulikfluid kann zufließen. Nach den aus dem Stand der Technik bekannten Schmiedehämmern wird in der Beschleunigungsphase des Arbeitshubs immer mit maximalem Druck und Volumenstrom beschleunigt. Daraus resultieren für hohe Sollgeschwindigkeiten lange Beschleunigungsphasen und kurze Brems- bzw. Nachsaugphasen. Bei kleinen Sollgeschwindigkeiten hingegen resultieren kürzere Beschleunigungsphasen und längere Brems- bzw. Nachsaugphasen. Da das Nachsaugen hinsichtlich Kavitation generell kritisch ist, insbesondere bei vergleichsweise langen Nachsaugphasen, und die Nachsaugphase von vielen nicht oder schwierig zu beeinflussenden Faktoren wie Fertigungstoleranzen der Komponenten des Nachsaugventils (Federsteifigkeit, Reibung der Lauffläche, Masse, etc.), Temperatur des Hydraulikmediums, Eigenschaften des Fluids selbst, Füllstand im Nachsaugtank bzw. -behälter (geodätischer Druck), etc. abhängt, sind die bekannten Schmiedehämmer hinsichtlich Funktionssicherheit (z.B. Kavitation) eher kritisch zu sehen. Davon ausgehend ist es eine Erkenntnis der zu Grunde liegenden Erfindung, dass das Nachsaugen durch geeignete Steuerung/Regelung der Beschleunigungsphase hinsichtlich Funktionssicherheit optimiert (Ausgestaltung nach FIG. 1) oder gar gänzlich eliminiert werden kann (Ausgestaltung nach FIG. 4). Letzteres ermöglicht beispielsweise einen kavitationsfreien Antrieb.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Nachsaugen minimiert bzw. optimiert werden. Am Stellglied kann dabei immer der maximale Druck (z.B. der Systemdruck, insbesondere der vom Hydrauliksystem für die Beaufschlagung des Hydraulikzylinders zur Ausführung eines Hubs maximal zur Verfügung stehende oder stellbare Druck) anliegen, wobei der Volumenstrom und somit der Beschleunigungsdruck in den ersten Arbeitsraum an die Sollgeschwindigkeit angepasst wird/werden. Damit kann unabhängig davon, ob eine hohe oder kleine Sollgeschwindigkeit erreicht werden soll, z.B. immer ein nahezu gleicher Beschleunigungsweg eingestellt werden. Bremsweg bzw. Nachsaugphase können auf diese Weise so weit wie möglich minimiert werden, so dass die damit verbundene Funktionsunsicherheit minimiert ist. Die Optimierung des Bremswegs bzw. der Nachsaugphase kann insbesondere die Trägheit, z.B. der Hydraulikfluidsäule oder des Nachsaugventils mit seinen Komponenten berücksichtigen, derart, dass die Nachsaugphase stets größer ist als die Reaktionszeit des Systems. Mithin ermöglicht die vorgeschlagene Erfindung eine Optimierung des Bremswegs bzw. der Nachsaugphase zur Erhöhung der Funktionssicherheit. Die Bremsphase bzw. das Verhältnis von Beschleunigungsphase zu Bremsphase können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgestimmt werden. Mithin kann sichergestellt werden, dass die für die Einstellung des zur Vermeidung von Kavitation erforderlichen Volumenstroms notwendige Zeit bzw. der dafür notwendige Hub zur Verfügung stehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Nachsaugen eliminiert bzw. es kann ein kavitationsfreier Antrieb umgesetzt werden. Hierbei wird das Hydraulikfluid in der Bremsphase über das Schlagventil zugeführt, so dass kein Nachsaugventil und Nachsaugtank erforderlich sind. Der zur Vermeidung von kavitationskritischem Druck notwendige Volumenstrom wird dem ersten Arbeitsraum über das Schlagventil zugeführt. Dazu wird das Schlagventil ab dem Ende der Beschleunigungsphase vorzugsweise druckgeregelt, d.h. der Öff- nungsquerschnitt und der damit verbundene Volumenstrom werden in Echtzeit in Abhängigkeit von den Verhältnissen im Kolbenraum verändert. Insbesondere kann vermieden werden, dass nach Beendigung der Beschleunigungsphase das Schlagventil schlagartig geschlossen wird. Vielmehr kann das Schlagventil stetig geschlossen werden, bis die (Druck-) Regelung des Schlagventils einsetzt.

Die zur Regelung des Schlagventils erforderlichen Parameter können z.B. durch einen am ersten hydraulischen Arbeitsraum installierten Drucksensor ermittelt bzw. rückgeführt werden. Ein Abriss der Hydraulikfluidsäule bzw. Kavitation und deren Schäden werden dadurch im Wesentlichen oder vollständig vermieden.

Insgesamt zeigt sich, dass die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst wird.

Bezugszeichen liste

1 Schmiedehammer

2 Bär

3 Werkzeug

4 Hydraulikzylinder

5 Kolbenstange

6 Zylinderrohr

7 Kolben

8 Hydraulikkreis

9 erster Arbeitsraum

10 zweiter Arbeitsraum

1 1 Pumpeneinheit

12 Regelwegeventil (Schlagen)

13 Hydrauliktank

14 Bremsventil

15 erster Drucksensor

16 erster Anschluss

17 zweiter Anschluss

18 zweiter Drucksensor

19 Druckspeicher

20 Sicherheitsventil

21 dritter Anschluss

22 dritter Drucksensor

23 Kontrolleinheit

24 Wegemesseinheit

25 Nachsaugventil

26 Reservoir

27 Ventil (Steigen)

28 Drossel

A Arbeitshub

R Rückhub

S Schwerkraft

U Spannung t Zeit G Geschwindigkeit

X Position

H Hub

O Offenstellung




 
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