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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schmiedehammers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2006 041 223 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Schmiedehammers bekannt, bei welchem Steuerungs- und Regelungsfehler durch eine numerische Simulation kompensiert werden sollen. Simulationen bringen den grundsätzlichen Nachteil mit sich, dass diese rechentechnisch aufwendig sind und auf der Basis von Annahmen ausgeführt werden, so dass das Ergebnis einer Simulation nicht unbedingt dem praktischen Ergebnis entspricht. Insbesondere bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Werkstücken bedeutet die Vorbereitung der einzelnen Simulationen einen erheblichen Aufwand.
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Weiterhin ist aus der
DE 103 32 888 C5 ein Verfahren zum Umformen wenigstens eines Werkstücks bekannt, bei welchem ein Schlagwerkzeug während einer Schlagbewegung aus einer vorgegebenen oder vorgebbaren Ausgangslage mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Auftreffgeschwindigkeit auf das auf einem Träger befindliche Werkstück prallt und bei welchem die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung abhängig von der Lage des Schlagwerkzeugs und abhängig von der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit gesteuert oder geregelt wird, wobei die momentane Lage des Schlagwerkzeugs während der Schlagbewegung stets gemessen wird und mit den gemessenen momentanen Lage- werten des Schlagwerkzeugs und der vorgegebenen Auftreffgeschwindigkeit die Geschwindigkeitswerte während der Schlagbewegung berechnet werden, bei welchem das Schlagwerkzeug aus der Ausgangslage beschleunigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Lage zwischen der Ausgangslage und dem Werkstück abgebremst wird, um die vorgegebene Auftreffgeschwindigkeit zu erreichen, bei welchem das Schlagwerkzeug nach dem Aufprall durch eine Rückholbewegung in eine vorgegebene oder vorgebbare Endlage zurückgehoben wird, bei welchem die Geschwindigkeit des Schlagwerkzeugs während der Rückholbewegung in die Endlage abhängig von der Lage des Schlagwerkzeugs gesteuert oder geregelt wird und bei welchem die Endlage des Rückhubs von der Ausgangslage der zuvor durchgeführten Schlagbewegung verschieden ist und bei dem die Endlage abhängig vom zu bearbeitenden Werkstück und von der gewünschten Auftreffgeschwindigkeit bei der darauffolgenden Schlagbewegung gewählt wird.
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Schließlich ist aus der
JP 2000-317 566 A ein Steuerverfahren zur Steuerung eines Schlags einer Schmiedemaschine bekannt, bei welchem ein Bremszeitpunkt abhängig vom Schmiedefortschritt automatisch eingestellt wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schmiedehammer beim Schmieden von unterschiedlichen Werkstücken mit minimalem Vorbereitungsaufwand und Berechungsaufwand hinsichtlich der Einhaltung der für die aufeinander folgenden Schläge vorgesehen Schlagenergiewerte und hinsichtlich des Antriebsenergiebedarfs möglichst optimal zu betreiben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, möglichst kurze Taktzeiten zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben Verfahrensschritte gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Schmiedehammers werden von der Sensoreinrichtung nach einem Schlag des Oberwerkzeugs auf das Werkstück eine Rückhubgeschwindigkeit und eine Rückhubbeschleunigung des Oberwerkzeugs erfasst und werden diese Werte an die Kontrolleinrichtung übermittelt,
- – wobei zuvor oder zeitgleich von der Kontrolleinrichtung auf der Basis eines für einen weiteren Schlag vorgesehnen Schlagenergiewerts eine optimale Starthöhe (SSH) für das Oberwerkzeug ermittelt wurde bzw. wird,
- – wobei von der Kontrolleinrichtung auf der Basis der gemessenen Werte und der optimalen Starthöhe eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungs- und Bremsfunktion ermittelt wird,
- – wobei das Steuerventil von der Kontrolleinrichtung entsprechend der ermittelten Bremsfunktion oder der ermittelten Beschleunigungs- und Bremsfunktion angesteuert wird,
- – wobei die beiden nachfolgend genannten Schritte alternativ oder kumulativ zur Anwendung kommen,
– wobei die Kontrolleinrichtung beim Vorliegen einer Differenz zwischen optimaler Starthöhe und einer tatsächlich erreichter Starthöhe (TSH) eine Korrekturfunktion für eine bei dem Folgehub zur Anwendung kommende Bremsfunktion bzw. Beschleunigungs- und Bremsfunktion ermittelt, um die gewünschte Starthöhe nach dem nächsten Schmiedeschlag exakter zu erreichen, und wobei das Steuerventil von der Kontrolleinrichtung nach dem weiteren Schlag entsprechend einer auf der Basis einer Rückhubgeschwindigkeit und einer Rückhubbeschleunigung des Oberwerkzeugs und der Korrekturfunktion ermittelten Bremsfunktion oder Beschleunigungs- und Bremsfunktion angesteuert wird und/oder
– wobei entweder in dem Fall, dass die tatsächlich erreichte Starthöhe unterhalb der optimalen Starthöhe liegt, von der Kontrolleinrichtung für den folgenden Schmiedeschlag eine Beschleunigungskurve zur Ansteuerung des Steuerventils errechnet wird, durch welche das Oberwerkzeug beschleunigt wird oder in dem Fall, dass die tatsächlich erreichte Starthöhe oberhalb der optimalen Starthöhe liegt, von der Kontrolleinrichtung für den folgenden Schmiedeschlag eine Bremskurve zur Ansteuerung des Steuerventils errechnet wird, durch welche das Oberwerkzeug gebremst wird.
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Durch eine derartige Selbstkontrolle bzw. Selbstjustierung bzw. Selbstkorrektur ist es möglich, die für einen Schmiedevorgang vorgegebenen Parameter für die Schlagenergie trotz durch die zwischengeschaltete Hydraulik entstehende Abweichungen schon während des Schmiedvorgangs eines ersten Werkstücks mit zunehmender Genauigkeit einzuhalten bzw. zu korrigieren, wobei durch das präzise Anfahren der jeweiligen Sollhöhe ein energieintensives Nachfahren vermieden wird und die Taktzeit verkürzt wird. Abweichungen von der Sollhöhe können ab dem zweiten Schmiedeschlag in ihrer Auswirkung auf den Schmiedevorgang durch eine zusätzliche Beschleunigung oder Abbremsung des Oberwerkzeugs mit minimalem Aufwand und ohne Zeitverzögerung korrigiert werden.
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Dadurch dass die Bremsfunktion von der Kontrolleinrichtung unter der Vorgabe ermittelt wird, dass zur Erreichung der Sollhöhe in einer möglichst kurzen Verfahrzeit eine für den Dauerbetrieb maximal zulässige Bremsleistung angewendet wird, ist es möglich, die Taktzeit zwischen den einzelnen Schmiedeschlägen ohne eine Überbelastung des Schmiedehammers weiter zu optimieren.
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Sofern eine Sollhöhe nur durch eine zusätzlich Beschleunigung des Oberwerkzeugs durch den Hydraulikzylinder erreicht werden kann, ist es vorgesehen, dass die Beschleunigungs- und Bremsfunktion von der Kontrolleinrichtung unter der Vorgabe ermittelt wird, dass zur Erreichung der Sollhöhe in einer möglichst kurzen Verfahrzeit eine für den Dauerbetrieb maximal zulässige Beschleunigungsleistung und/oder eine für den Dauerbetrieb maximal zulässige Bremsleistung angewendet wird. Hierdurch ist es möglich, die Taktzeit zwischen den einzelnen Schmiedeschlägen ohne eine Überbelastung des Schmiedehammers weiter zu optimieren.
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Die Erfindung sieht auch vor, den Schlagenergiewert für jeden an dem Werkstück durchzuführenden Schmiedeschlag aus einem Speicher der Kontrolleinrichtung abzurufen. Hierdurch sind diese Informationen frühzeitig und ohne Verzögerung für alle Berechnungen verfügbar.
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Schließlich sieht die Erfindung vor, den für den an dem Werkstück durchzuführenden zweiten oder weiteren Schmiedeschlag vorgesehenen Schlagenergiewert unter Verwendung von wenigstens einem während des vorhergehenden Schmiedeschlags von wenigstens einer der Sensoreinrichtungen gemessenen Istwert durch die Kontrolleinrichtung zu überprüften und bei Abweichung dieses Istwert von einem Sollwert die Sollhöhe für den nächsten Schmiedschlag zu korrigieren, wobei der Istwert insbesondere an dem Werkstück gemessen wird und/oder wobei der Istwert insbesondere an dem Oberwerkzeug gemessenen wird und/oder wobei der Istwert insbesondere in einem Hydraulikkreislauf gemessenen wird und/oder wobei der Istwert insbesondere an dem Rahmen des Schmiedehammers oder in einer Umgebung des Schmiedhammers gemessen wird. Hierdurch ist eine Überwachung und Korrektur des Schmiedvorgangs möglich, so dass Qualitätsschwankungen in der Produktion reduziert werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt:
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1: eine schematische Ansicht eines Schmiedehammers und
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2: eine v/t-Diagramm für das Oberwerkzeug.
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In der 1 ist ein Schmiedehammer 1 in schematischer Darstellung gezeigt. Der Schmiedehammer 1 ist zum Schmieden eines Werkstücks 2 vorgesehen und ist als Kurzhub-Gesenkhammer 3 ausgebildet. Der Schmiedehammer 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 4, einen Bär 5, ein Obergesenk 6, ein Untergesenk 7, einen Maschinenrahmen 8, ein Steuerventil 9, eine elektronische Kontrolleinrichtung 10 und vier Sensoreinrichtung 11, 12, 13 und 14. Der Bär 5 und das Obergesenk 6 bilden ein von dem Hydraulikzylinder 4 bewegtes Oberwerkzeug 15. Der Schmiedehammer 1 umfasst weiterhin einen Hydraulikkreislauf 16, in welchen der Hydraulikzylinder 4 und das Steuerventil 9 eingebunden sind. Das Steuerventil 9 ist an einen Ölzulauf 17 und einen Ölablauf 18 angeschlossen und über Leitungen 19, 20 mit dem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 4 verbunden. Die Sensoreinrichtung 11 bis 14 und das Steuerventil 9 sind über Datenleitungen 11a, 12a, 13a, 13b, 14a und 9a mit der Kontrolleinrichtung 10 verbunden. Die Kontrolleinrichtung 10 umfasst einen Mikroprozessor 10a und einen Speicher 10b.
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Nach einem ersten Schmiedeschlag des Oberwerkzeugs 15 auf das Werkstück 1 prallt das Oberwerkzeug 15 von dem Werkstück 2 zurück. Hierbei werden eine Rückhubgeschwindigkeit und eine Rückhubbeschleunigung des Oberwerkzeugs von der ersten Sensoreinrichtung 11 erfasst, wobei die Sensoreinrichtung 11 als Wegmesssystem ausgebildet ist. Weiterhin ist es gemäß nicht dargestellten Ausführungsvarianten auch vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung zusätzlich wenigsten einen nicht dargestellten Initiator umfasst oder dass die Sensoreinrichtung ausschließlich Initiatoren umfasst. Die erfassten Werte werden über die Datenleitung 11a an die Hammersteuerung bzw. Kontrolleinrichtung 10 übermittelt. Zuvor oder zeitgleich wurde bzw. wird von der Kontrolleinrichtung 10 auf der Basis eines für einen weiteren Schmiedeschlag vorgesehnen Schlagenergiewerts, welcher in dem Speicher 10b verfügbar ist, eine optimale Starthöhe SSH für das Oberwerkzeug 15 ermittelt, wobei die Ermittlung durch eine Berechnung in dem Mikroprozessor 10a oder durch Auslesen einer in dem Speicher 10b gespeicherten Wertetabelle erfolgt. Anschließend wird von der Kontrolleinrichtung 10 unter Verwendung der gemessenen Werte, nämlich der Rückhubgeschwindigkeit und der Rückhubbeschleunigung, und unter Verwendung der optimalen Starthöhe eine Bremsfunktion oder eine Beschleunigungs- und Bremsfunktion durch Berechnung oder Auslesen einer Tabelle ermittelt. Dann wird das Steuerventil 9 von der Kontrolleinrichtung 10 über die Datenleitung 9a entsprechend der ermittelten Bremsfunktion oder der ermittelten Beschleunigungs- und Bremsfunktion angesteuert und so das Oberwerkzeug 15 von dem Hydraulikzylinder 4 entsprechend der Bremsfunktion oder entsprechend der Beschleunigungsfunktion und der Bremsfunktion verfahren. Am Ende der Verfahrbewegung oder nach Abschluss der Verfahrbewegung wird von der Kontrolleinrichtung 10 beim Vorliegen einer Differenz zwischen der optimale Starthöhe SSH und einer tatsächlich erreichten Starthöhe TSH eine Korrekturfunktion für eine bei einem nachfolgenden Hub bzw. Folgehub zur Anwendung kommende Bremsfunktion bzw. Beschleunigungs- und Bremsfunktion ermittelt. Schließlich wird das Steuerventil 9 von der Kontrolleinrichtung 10 nach einem weiteren Schmiedeschlag sowohl unter Verwendung einer von der Sensoreinrichtung 11 neu erfassten Rückhubgeschwindigkeit des Oberwerkzeugs 15 als auch unter Verwendung einer von der Sensoreinrichtung 11 neu erfassten Rückhubbeschleunigung des Oberwerkzeugs 15 als auch unter Verwendung der beim vorhergehenden Rückhub ermittelten Korrekturfunktion mit einer hieraus ermittelten Bremsfunktion oder Beschleunigungs- und Bremsfunktion angesteuert. Alternativ oder zusätzlich zu der Ermittlung und Anwendung der Korrekturfunktion ist es vorgesehen, bei einem Nichtereichen der optimalen Starthöhe SSH, das Oberwerkzeug beim folgenden Hammerschlag mit Hilfe des Hydraulikzylinders 4 zu beschleunigen, wobei hierfür von der Kontrolleinrichtung eine Beschleunigungsfunktion berechnet wird oder bei einem Überfahren der optimalen Starthöhe SSH, das Oberwerkzeug beim folgenden Hammerschlag mit Hilfe des Hydraulikzylinders 4 abzubremsen, wobei hierfür von der Kontrolleinrichtung eine Bremsfunktion berechnet wird.
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Zur weiteren Überwachung und Fehlerkorrektur ist es optional vorgesehen, nach jedem Schmiedeschlag auf das Werkstück 2 mit wenigstens einer weiteren Sensoreinrichtung 12 bis 14 wenigstens einen Istwert zu erfassen und diesen mit Hilfe der Kontrolleinrichtung mit einem Sollwert zu vergleichen. Hierbei ist es alternativ oder kumulativ vorgesehen, die Sensoreinrichtung 12 als optische Sensoreinrichtung 12 auszuführen, welche eine Abmessung des Werkstücks 2 erfasst, oder die Sensoreinrichtung 13 als Durchflussmengensensoreinrichtung 13 auszuführen, welche einen in den Leitungen 19 und/oder 20 strömenden Strom des Hydrauliköls erfasst oder die Sensoreinrichtung 14 als Schwingungssensoreinrichtung 14 auszubilden, welche den Körperschall im Maschinenrahmen 8 erfasst. Die von den Sensoreinrichtungen 12 bis 14 sowie von der Sensoreinrichtung 11 erfassten Daten bzw. Werte können selbstverständlich auch per Funk an die Kontrolleinrichtung 10 übertragen werden.
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In der 2 ist anhand eines v/t-Diagramms für das Oberwerkzeug gezeigt wie sich die Taktzeit durch einen aktiven Eingriff in den Rückhub verkürzen lässt, wobei die gestrichelte Linie einen Verlauf VA zeigt, welcher sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Schmiedehammers ergibt. Die durchgezogene Linie zeigt einen Verlauf VB, welcher sich bei einem herkömmlichen Betrieb eines Schmiedehammers ergibt. Bei beiden Verläufen VA und VB wird das Oberwerkzeug 15 zur Ausführung eines ersten Schmiedeschlags aus dem oberen Totpunkt heraus beschleunigt und weist zum Zeitpunkt I die höchste Geschwindigkeit auf und wird bis zum Zeitpunkt II derart abgebremst, dass dieses – wie vorgesehen – mit beispielsweise 10% seiner maximalen Schlagenergie auf das Werkstück trifft. Beim Rückhub wird das Oberwerkzeug wieder bis auf eine zum Zeitpunkt III erreichte Maximalgeschwindigkeit beschleunigt. Der weitere Verlauf VA ist nun dadurch gekennzeichnet, dass das Oberwerkzeug 15 abgebremst wird, um auf der vorgesehenen optimalen Starthöhe SSH zum Zeitpunkt IV anzuhalten. Von dieser Starthöhe SSH aus beschleunigt das Oberwerkzeug wieder und trifft, ohne dass gebremst werden muss, mit beispielsweise 20% seiner maximalen Schlagenergie wieder auf das Werkstück auf. Im weiteren Verlauf VA ist bis zum Zeitpunkt VI wieder die sich aus dem Rückprall vom Werkstück und/oder einer hydraulischen Beschleunigung durch den Hydraulikzylinder ergebende Beschleunigung des Werkzeugs 15 erkennbar. Die erreichte Maximalgeschwindigkeit des Werkzeugs 15 wird dann durch Energiezufuhr über den Hydraulikzylinder bis zum Zeitpunkt VII aufrecht erhalten, um nach einem Bremsvorgang zum Zeitpunkt VIII dann eine neue Starthöhe SSH zu erreichen, aus welcher das Werkzeug nach einer Beschleunigung mit beispielsweise 50% seiner maximalen Schlagenergie auf das Werkstück trifft.
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Abweichend hiervon wird bei dem herkömmlichen Verlauf VB im Zeitpunkt III über den Hydraulikzylinder Energie zugeführt, um die erreichte Geschwindigkeit zu halten und zum Zeitpunkt VI den oberen Totpunkt zu erreichen. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, kann der zweite Hammerschlag, bei welchem beispielsweise 20% der maximalen Schlagenergie zur Verfügung stehen sollen, beim herkömmlichen Verlauf VB erst zu einem Zeitpunkt XI ausgeführt werden, welcher zeitlich nach einem Zeitpunkt X liegt, zu welchem bei dem erfindungsgemäßen Verlauf VA bereits der dritte Hammerschlag ausgeführt wird. Die Zeitersparnis ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verlauf VA im Wesentlichen dadurch, dass die gewünschte Starthöhe SSH beim Rückhub direkt angefahren wird, wobei das direkte Anfahren nur dadurch mit hinreichender Genauigkeit erfolgen kann, dass die Kontrolleinrichtung durch einen SOLL-IST-Vergleich der angefahrenen Starthöhe nach dem ersten und nach jedem weiteren Hammerschlag selbst lernend bzw. selbst korrigierend ist. In der 2 ist ein Intervall um den Zeitpunkt V zur Erläuterung vergrößert dargestellt. In der vergrößerten Darstellung ist neben dem Zeitpunkt V ein vor dem Zeitpunkt V liegender Zeitpunkt V1 eingezeichnet. Um den Zeitpunkt V1 erfolgt ein Umsteuern des bzw. der Ventile, so dass bis zum Auftreffen auf das Werkstück im Zeitpunkt V ein leichter Verlust an Geschwindigkeit eintritt.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen, statt des einen Steuerventils 9 ein erstes Steuerventil zu verwenden, welches den Ölzulauf kontrolliert, und ein zweites Steuerventil zu verwenden, welches den Ölablauf kontrolliert. Hierbei sind sowohl das Steuerventil 9 als auch die beiden Einzelsteuerventile erfindungsgemäß immer als Proportionalventile bzw. Servoventile ausgebildet. Hierbei wird unter einem Proportionalventil bzw. einem Servoventil im Sinne der Erfindung ein Steuerventil verstanden, welches als Proportional-Wegeventil bzw. Stetigventil ausgebildet ist, bei welchem neben diskreten Schaltstellungen auch eine stetige Veränderung der Ventilöffnung möglich ist und so veränderliche Volumenströme erzeugt werden können.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einer Bremsfunktion eine Funktion verstanden, durch welche ein Volumenstrom in Abhängigkeit von der Zeit definiert ist, mit welchem Hydrauliköl des Hydraulikkreislaufs 16 durch das Steuerventil 9 aus dem Ölzulauf 19 in eine untere Kammer 4a des Hydraulikzylinders 4 strömt und mit welchem Hydrauliköl des Hydraulikkreislaufs 16 durch das Steuerventil 9 aus einer oberen Kammer 4b des Hydraulikzylinders 4 in den Ölablauf 18 zurückströmt, wobei die Volumenströme so gewählt sind, dass das sich in die Pfeilrichtung z nach oben bewegende Oberwerkzeug 15 bis zum Stillstand verlangsamt wird. Eine reine Bremsfunktion wird immer dann gewählt, wenn die vorhandene Bewegungsenergie des Oberwerkzeugs ausreichend ist, um eine gewünschte Starthöhe SSH zu erreichen.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einer Beschleunigungs- und Bremsfunktion eine Funktion verstanden, durch welche ein Volumenstrom in Abhängigkeit von der Zeit definiert ist, mit welchem Hydrauliköl des Hydraulikkreislaufs 16 durch das Steuerventil 9 aus dem Ölzulauf 19 in eine untere Kammer 4a des Hydraulikzylinders 4 strömt und mit welchem Hydrauliköl des Hydraulikkreislaufs 16 durch das Steuerventil 9 aus einer oberen Kammer 4b des Hydraulikzylinders 4 in den Ölablauf 18 zurückströmt, wobei die Volumenströme so gewählt sind, dass das sich in die Pfeilrichtung z nach oben bewegende Oberwerkzeug 15 zunächst beschleunigt wird oder auf einer Geschwindigkeit gehalten wird und anschließend bis zum Stillstand verlangsamt wird. Eine kombinierte Beschleunigungs- und Bremsfunktion wird immer dann gewählt, wenn die vorhandene Bewegungsenergie des Oberwerkzeugs nicht ausreichend ist, um eine gewünschte Starthöhe SSH zu erreichen. Von einer Beschleunigung wird im Sinne der Erfindung auch dann gesprochen, wenn die Geschwindigkeit des im Rückhub befindlichen Oberwerkzeugs durch Energiezufuhr konstant gehalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmiedehammer
- 2
- Werkstück
- 3
- Kurzhub-Gesenkhammer
- 4
- Hydraulikzylinder
- 5
- Bär
- 6
- Obergesenk
- 7
- Untergesenk
- 8
- Maschinenrahmen
- 9
- Steuerventil
- 9a
- Datenleitung
- 10
- Kontrolleinrichtung
- 10a
- Mikroprozessor
- 10b
- Speicher
- 11, 12
- Sensoreinrichtung
- 11a, 12a
- Datenleitung zu 11 bzw. 12
- 13
- Sensoreinrichtung
- 13a, 13b
- Datenleitung zu 13
- 14
- Sensoreinrichtung
- 14a
- Datenleitung zu 14
- 15
- Oberwerkzeug
- 16
- Hydraulikkreislauf
- 17
- Ölzulauf
- 18
- Ölablauf
- 19, 20
- Leitung
- SSH
- optimale Starthöhe
- TSH
- tatsächlich erreichte Starthöhe
- VA
- Verlauf
- VB
- Verlauf
- z, z'
- Pfeilrichtung
- I–XI
- Zeitpunkt