发明内容

本发明的目的是在材料成形和/或切割中，优选在高速成形和高速切割中，改善对提供给工件材料的能量的控制。本发明的另一个目的是减少在材料成形和/或切割中，优选在高速成形和高速切割中的柱塞驱动系统容量需求。进一步的目的是能够提供具有更小公差的工件材料，这些公差是通过当前的材料成形和/或切割过程实现的，并且优选地在当前的高速和/或切割过程中实现的。又一目的是防止每次成形和/或切割产品时柱塞不止一次碰撞/撞击工具。

这些目的通过根据权利要求1的方法来实现。因此，这些目的通过一种借助于工具和驱动单元的材料成形和/或切割的方法来实现，该方法包括移动驱动单元以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以使所述工件材料成形和/或切割工件材料，其中，在工具撞击工件材料之前，将工具与驱动单元可操作地分离。由于工具可操作地与驱动单元分离，因此减少或防止了反弹的风险。这改善了最终产品的性能，避免了弱化和不均匀的问题，并降低了生产失败的风险。该方法有利地用于高速成形和/或切割。然而，该方法也可以用于其他类型的材料成形和/或切割。

工具与驱动单元可操作地分离可以包括工具与驱动单元分开。

当移动驱动单元包括使驱动单元加速时，在驱动单元加速的至少主要部分期间，工具可以与驱动单元接触，并且可以向工具提供动能。工具和驱动单元可能同时开始加速。然而，在一些实施例中，在驱动单元加速的初始阶段期间，工具可以不与驱动单元接触。替代地，驱动单元可以在初始阶段之后与工具接触，在剩余的加速期间工具保持与驱动单元接触。例如，工具可以在驱动单元达到其最大速度的50％，优选20％，更优选10％之前开始其加速。在驱动单元开始加速之后驱动单元接触工具的实施例中，驱动单元和/或工具可以设置有用于使驱动单元与工具接触的阻尼器。

在一些实施例中，其中移动驱动单元包括使驱动单元加速，该驱动单元为布置成由液压系统驱动的柱塞。柱塞可以可移动地布置在气缸壳体中。气缸壳体可以安装到框架。液压系统可包括用于将柱塞朝向工件偏置的第一腔室。液压系统可包括用于使柱塞偏置远离工件的第二腔室。第一腔室和第二腔室可以由气缸壳体和柱塞形成。如下详述，在整个撞击过程中，第二腔室可被提供有液压系统的系统压力。在替代实施例中，柱塞可以被布置成以某种替代方式被驱动，例如通过炸药、通过电磁或通过气动来驱动。

可以通过调节工具的速度和/或质量来调节工具的能量。应当理解，第二工具可以存在于工件材料的相对侧上。工件材料可以为工件，诸如固体材料，例如片状形式，例如金属形式的材料。可替代地，工件材料可以为某种其他形式的材料，例如粉末形式。

可以高精度地控制驱动单元的加速和速度。然而，如上所述，由驱动单元撞击工具的过程不能完全控制工具的速度，因此不能完全控制工具的动能。通过在驱动单元加速的至少主要部分期间使工具与驱动单元接触，本发明允许改善对工具的加速和速度的控制。因此，本发明提供了对工具的动能并因此提供给工件材料的能量的改善的控制。

本发明的实施例提供了以相同的同时加速度来加速驱动单元和工具。因此，与如上所述通过驱动单元进行的过程获得的运动相比，本发明涉及工具的加速明显更慢。因此，无需考虑由于驱动单元的撞击而导致工具过度变形的风险。因此，工具可以具有减小的刚度，从而具有减小的质量。另外，在驱动单元为柱塞的情况下，与通过柱塞对工具撞击的过程中的柱塞相比，驱动单元的质量可能减小。结果，用于驱动柱塞的系统的容量可能减小。

工具与驱动单元可操作地分离。工具被布置成在涉及驱动单元运动的工件材料撞击过程中可操作地与驱动单元分离。工具被布置成在工具撞击工件材料之前可操作地与驱动单元分离。例如，在移动驱动单元包括使驱动单元加速的情况下，驱动单元可以为向上加速的柱塞。工具可以被布置成搁置在柱塞的顶部，而没有任何将工具固定到柱塞的紧固元件。因此，实现了以下例示的有利实施例。

优选地，在工具撞击工件材料之前使驱动单元减速，以使工具在工具撞击工件材料之前与驱动单元分开。因此，驱动单元可以借助于惯性继续朝向工件材料。

优选地，该方法包括在工具已经与驱动单元分开之后将工具朝向工件材料引导。在一些实施例中，工具的路径可以由引导装置控制。在一些示例中，引导装置包括固定到工具上的多个销。然而，替代方案是可能的。例如，可以布置围绕工具的框架或工具的路径以引导工具。因此，固定在工具上的一个或多个引导装置可以被布置为在工具沿着框架移动时与框架接合。工具的引导允许工具精确地定位在工件材料上。

在通过驱动单元的运动向工具提供动能之前，可以将工具定位在距工件材料至少3mm的距离处。优选地，工具与工件材料相距至少5mm的距离。最优选地，工具与工件材料相距至少8mm的距离。可以在以下实施例中提供工具相对于工件材料的优选定位，在该实施例中，工具在柱塞加速的至少主要部分期间与柱塞接触，以及在以下例示的实施例中，其中在通过驱动单元的运动向工具提供动能之前，工具是静止的，以及移动驱动单元以向工具提供动能包括用驱动单元撞击静止的工具。

驱动单元减速，以使工具不再与柱塞接触，直到工具撞击工件材料后为止。当工具与工件材料接触时，驱动单元不会达到与工具接触的位置。因此，在没有驱动单元的任何参与的情况下，由工具提供赋予用于成形工件材料的工件材料的能量。因此，可操作地分离或分开可以使驱动单元在工具撞击工件材料时不存在。因此，消除了已知系统的问题，诸如驱动单元重复一个或多个撞击的风险。

如所建议的，柱塞可以被布置成由液压系统驱动，该液压系统包括第一腔室，该第一腔室用于将柱塞液压地朝向工件材料偏置。该方法可以包括，为了柱塞的加速，液压系统被控制，以使液压流体移动到第一腔室，其中，为了柱塞减速，液压系统被控制，以使液压流体朝向第一腔室的输送减少，但足够高以避免液压流体的气穴现象。因此，可以有效地避免可能对过程有害的流体气穴现象。

优选地，在柱塞被布置成由液压系统驱动的情况下，该方法包括：为了减速，允许柱塞的一部分进入制动室，并由此允许液压流体被捕集在制动室中，由此被捕集的流体中压力的增加使柱塞减速。例如，柱塞的所述部分可以为腰部。因此，在柱塞被布置成由液压系统驱动的情况下，柱塞可以设置有腰部，该方法包括：为了减速，允许腰部进入制动室，从而允许液压流体被捕集在制动室中，由此被捕获的流体中压力的增加使柱塞减速。如上述所建议的，在设置有用于使柱塞远离工件材料偏置的第二腔室的情况下，制动室可以在朝向工件材料的方向上在第二腔室的端部处形成。

优选地，移动驱动单元包括使驱动单元加速，该驱动单元为向上加速的柱塞。因此，工具也会向上加速。

因此，在加速的至少主要部分期间，工具与柱塞的所述接触可以通过放置在柱塞上的工具来提供。因此，工具可以通过重力和加速被柱塞保持。这简化了撞击过程的布置。然而，应注意的是，可替代地，柱塞和工具可沿另一方向加速，例如向下或侧向。

在一些实施例中，工具是静止的，并且移动驱动单元以向工具提供动能包括用驱动单元撞击静止的工具。在柱塞撞击工具之前，工具可以在柱塞上方一定距离处是静止的。

在柱塞被向上加速的情况下，该方法可以包括在工具撞击工件材料之后允许工具回落到柱塞上。优选地，工具的下落在其接近柱塞时被衰减。为此，如下例所示，可以提供阻尼装置。当工具与柱塞接触时，这可以减轻冲击，从而可以减少磨损。

上述方法步骤可以形成工件材料撞击过程的一部分。在柱塞被布置成由液压系统驱动的情况下，液压系统包括用于将柱塞朝向工件材料液压偏置的第一腔室和用于控制第一腔室中的压力的阀装置，该方法可以包括接收指示柱塞位置、柱塞速度、柱塞加速、工具位置、工具速度、工具加速、第一腔室中的压力、阀装置的一个或多个响应时间、环境温度以及液压系统油的温度中的一者或多者的信号。该方法可以进一步包括存储在至少一种工件材料撞击过程中接收到的信号中的至少一些信号，和/或存储作为处理在至少一种工件材料撞击过程中接收到的信号的至少一些信号的结果而提供的数据，并且为了进一步的撞击过程，至少部分地基于所存储的信号和/或所存储的数据来调节阀装置的控制。在进一步的撞击过程中，也可以部分地基于当前传感器信号来调节阀装置的控制。因此，鉴于诸如设备的温度和老化的情况，在撞击过程中阀致动的定时可以为准确的。

根据本发明的实施例，驱动单元为包括固定到转子的突出部的旋转单元，该突出部通过转子的旋转而旋转以向工具提供动能。

所述目的还通过根据权利要求17至25中的任一项所述的设备来实现。因此，本发明还提供一种用于借助于工具和驱动单元进行材料成形和/或切割的设备，该设备布置成移动驱动单元以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以形成或切割工件材料，其中，该设备被布置为使得在工具撞击工件材料之前，工具可操作地与驱动单元分离。在移动驱动单元包括使驱动单元加速的情况下，设备可以被布置为使得工具在驱动单元加速的至少主要部分期间与驱动单元接触。从根据本发明的方法的以上描述中可以理解这种设备的优点。在一些实施例中，工具可操作地与驱动单元分离或分开。该工具可以被布置成在涉及驱动单元的加速的工件材料撞击过程中与驱动单元可操作地分离或分开。该工具被布置成在工具撞击工件材料之前可操作地与驱动单元分离或分开。

优选地，该设备被布置成在工具撞击工件材料之前使驱动单元减速，以使工具与驱动单元分开。优选地，在工具已经与驱动单元分开之后，引导装置被布置成将工具朝向工件材料引导。优选地，在通过驱动单元的运动向工具提供动能之前，工具被布置为固定的，并且该设备被布置为移动驱动单元以向工具提供动能并用驱动单元撞击固定的工具。优选地，当移动驱动单元包括使驱动单元加速时，驱动单元为被布置为由液压系统驱动的柱塞，该设备被布置为允许一部分柱塞进入制动室以使其减速，从而使液压流体被捕集在制动室内。柱塞的所述部分可以为腰部。因此，柱塞可以布置成由液压系统驱动，其中，柱塞设有腰部，该设备布置成允许腰部进入制动室以使其减速，从而允许液压流体被捕集在制动室中。

这些目的也通过根据权利要求26的方法来实现。因此，这些目的通过一种借助于工具和驱动单元的用于高速成形和/或切割的方法来实现，该方法包括加速驱动单元以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以形成和/或切割工件材料，其中，工具在驱动单元加速的至少主要部分期间与驱动单元接触。

通过在驱动单元的加速的至少主要部分期间使工具与驱动单元接触，可以向工具提供动能。优选地，工具在驱动单元的整个加速期间与驱动单元接触。因此，工具和驱动单元可以同时开始加速。然而，如所建议的，在一些实施例中，在驱动单元加速的初始阶段期间，工具可以不与驱动单元接触。可替代地，驱动单元可以在初始阶段之后与工具接触，在剩余的加速期间工具保持与驱动单元接触。如所建议的，例如，工具可以在驱动单元达到其最大速度的50％，优选20％，更优选10％之前开始其加速。在驱动单元开始加速之后驱动单元接触工具的实施例中，驱动单元和/或工具可以设置有用于使驱动单元与工具接触的阻尼器。

驱动单元可以为柱塞。在一些实施例中，驱动单元被布置成由液压系统驱动。如所建议的，驱动单元可以可移动地布置在气缸壳体中。气缸壳体可以安装到框架。液压系统可以包括第一腔室，该第一腔室用于将驱动单元朝向工件偏置。液压系统可以包括第二腔室，该第二腔室用于使驱动单元远离工件偏置。第一腔室和第二腔室可以由气缸壳体和驱动单元形成。如下详述，在整个撞击过程中，第二腔室可被提供有液压系统的系统压力。在替代实施例中，驱动单元可以被布置成以某种替代方式被驱动，例如通过炸药、通过电磁或通过气动来驱动。

如所建议的，可以通过调节工具的速度和/或质量来调节工具的能量。应当理解，第二工具可以存在于工件材料的相对侧上。工件材料可以为工件，诸如固体材料，例如片状形式，例如金属形式的材料。可替代地，工件材料可以为某种其他形式的材料，例如粉末形式。

如所建议的，可以高精度地控制驱动单元的加速和速度。然而，如上所述，由驱动单元撞击工具的过程不能完全控制工具的速度，因此不能完全控制工具的动能。通过在驱动单元加速的至少主要部分期间使工具与驱动单元接触，本发明的实施例允许改善对工具的加速和速度的控制。因此，本发明的实施例提供了对工具的动能并因此提供给工件材料的能量的改善的控制。

如所建议的，本发明的实施例提供了以相同的同时加速来加速驱动单元和工具。因此，与如上所述通过驱动单元进行的过程获得的加速相比，本发明涉及工具的加速明显更慢。因此，无需考虑由于驱动单元的撞击而导致工具过度变形的风险。因此，工具可以具有减小的刚度，从而具有减小的质量。另外，与通过驱动单元撞击工具的过程中的驱动单元相比，驱动单元的质量可能减小。结果，用于驱动驱动单元的系统的容量可能减小。

在一些实施例中，工具可与驱动单元分开。该工具可以被布置成在涉及驱动单元的加速的工件材料撞击过程中与驱动单元分开。在工具撞击工件材料之前，可以将工具布置成与驱动单元分开。例如，在驱动单元向上加速的情况下，工具可以布置成搁置在驱动单元的顶部，而没有任何将工具固定到驱动单元的紧固元件。因此，实现了以下例示的有利实施例。然而，在一些实施例中，工具可在工件材料撞击过程中固定到驱动单元。因此，工具可以通过例如包括螺栓或类似物的一个或多个可释放的紧固元件固定到驱动单元。在这样的实施例中，当工具撞击工件材料时，工具可以固定到驱动单元。

优选地，如所建议的，在工具撞击工件材料之前使驱动单元减速，以使工具在工具撞击工件材料之前与驱动单元分开。因此，驱动单元可以借助于惯性继续朝向工件材料。

优选地，如所建议的，该方法包括在工具已经与驱动单元分开之后将工具朝向工件材料引导。在一些实施例中，工具的路径可以由引导装置控制。在一些示例中，引导装置包括固定到工具上的多个销。然而，替代方案是可能的。例如，可以布置围绕工具的框架或工具的路径以引导工具。因此，固定在工具上的一个或多个引导装置可以被布置为在工具沿着框架移动时与框架接合。工具的引导允许工具精确地定位在工件材料上。

优选地，如所建议的，使驱动单元减速，以使工具不再与驱动单元接触，直到工具撞击工件材料后为止。优选地，当工具与工件材料接触时，驱动单元不会达到与工具接触的位置。因此，在没有驱动单元的任何参与的情况下，由工具提供赋予用于成形工件材料的工件材料的能量。因此，分开可以使驱动单元在工具撞击工件材料时不存在。因此，消除了已知系统的问题，诸如驱动单元重复一个或多个撞击的风险。

如所建议的，驱动单元可以被布置成由液压系统驱动，该液压系统包括第一腔室，该第一腔室用于将驱动单元液压地朝向工件材料偏置。该方法可以包括，为了驱动单元的加速，液压系统被控制，以使液压流体移动到第一腔室，其中，为了驱动单元的减速，液压系统被控制，以使液压流体朝向第一腔室的输送减少，但足够高以避免液压流体的气穴现象。因此，可以有效地避免可能对过程有害的流体气穴现象。

优选地，如所建议的，在驱动单元被布置成由液压系统驱动的情况下，该方法包括：为了减速，允许驱动单元的一部分进入制动室，并由此允许液压流体被捕集在制动室中，由此被捕集的流体中压力的增加使驱动单元减速。如所建议的，例如，驱动单元的所述部分可以为腰部。因此，在驱动单元被布置成由液压系统驱动的情况下，驱动单元可以设置有腰部，该方法包括：为了减速，允许腰部进入制动室，从而允许液压流体被捕集在制动室中，由此被捕获的流体中压力的增加使驱动单元减速。如上述所建议的，在设置有用于使驱动单元远离工件材料偏置的第二腔室的情况下，制动室可以在朝向工件材料的方向上在第二腔室的端部处形成。

优选地，驱动单元向上加速。因此，如所建议的，该工具也被向上加速。因此，在加速的至少主要部分期间，工具与驱动单元的所述接触可以通过放置在驱动单元上的工具来提供。因此，工具可以通过重力和加速被驱动单元保持。这简化了撞击过程的布置。然而，应注意的是，可替代地，驱动单元和工具可沿另一方向加速，例如向下或侧向。

如所建议的，在驱动单元被向上加速的情况下，该方法可以包括在工具撞击工件材料之后允许工具回落到驱动单元上。优选地，工具的下落在其接近驱动单元时被衰减。为此，如下例所示，可以提供阻尼装置。当工具与驱动单元接触时，这可以减轻冲击，从而可以减少磨损。

如所建议的，上述方法步骤可以形成工件材料撞击过程的一部分。在驱动单元被布置成由液压系统驱动的情况下，液压系统包括用于将驱动单元朝向工件材料液压偏置的第一腔室和用于控制第一腔室中的压力的阀装置，该方法可以包括接收指示驱动单元位置、驱动单元速度、驱动单元加速、工具位置、工具速度、工具加速、第一腔室中的压力、阀装置的一个或多个响应时间、环境温度以及液压系统油的温度中的一者或多者的信号。该方法可以进一步包括存储在至少一种工件材料撞击过程中接收到的信号中的至少一些信号，和/或存储作为处理在至少一种工件材料撞击过程中接收到的信号的至少一些信号的结果而提供的数据，并且为了进一步的撞击过程，至少部分地基于所存储的信号和/或所存储的数据来调节阀装置的控制。在进一步的撞击过程中，也可以部分地基于当前传感器信号来调节阀装置的控制。因此，鉴于诸如设备的温度和老化的情况，在撞击过程中阀致动的定时可以为准确的。

所述目的还通过根据权利要求37的计算机程序、根据权利要求38的计算机可读介质或根据权利要求39的控制单元来实现。控制单元可以被设置为单个物理单元或设置为布置成彼此通信的多个单元。

应当注意，尽管在一些实施例中，该方法可以由控制单元控制，但是在其他实施例中，该方法可以机械地控制。例如，该方法可以包括对第一腔室进行液压加压，以使驱动单元朝向工件材料偏置。该方法可以进一步包括，为了在工具撞击工件材料之前使驱动单元减速，允许驱动单元的一部分进入制动室，并且由此允许液压流体被捕集在制动室中，由此被捕集的流体中压力的增加使驱动单元减速。在这样的实施例中，可以省略控制液压系统的步骤，以减少朝向第一腔室的液压流体的输送。

所述目的还通过根据权利要求40至46中的任一项所述的设备来实现。因此，本发明的实施例还提供了一种用于借助于工具和驱动单元进行高速成形和/或切割的设备，该设备被布置为加速驱动单元以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以使所述工件材料成形和/或切割工件材料，其中，该设备被布置成使得工具在驱动单元加速的至少主要部分期间与驱动单元接触。从根据本发明的方法的实施例的以上描述中可以理解这种设备的优点。在一些实施例中，工具可与驱动单元分开。该工具可以被布置成在涉及驱动单元的加速的工件材料撞击过程中与驱动单元分开。在工具撞击工件材料之前，可以将工具布置成与驱动单元分开。如所建议的，驱动单元可以为柱塞。

优选地，如所建议的，该设备被布置成在工具撞击工件材料之前使驱动单元减速，以使工具与驱动单元分开。优选地，在工具已经与驱动单元分开之后，引导装置被布置成将工具朝向工件材料引导。优选地，驱动单元被布置为由液压系统驱动，该设备被布置为允许一部分驱动单元进入制动室以使其减速，从而使液压流体被捕集在制动室内。驱动单元的所述部分可以为腰部。因此，驱动单元可以布置成由液压系统驱动，其中，驱动单元设有腰部，该设备布置成允许腰部进入制动室以使其减速，从而允许液压流体被捕集在制动室中。

本发明的一个方面提供了一种借助于工具和驱动单元的材料成形和/或切割的方法，该方法包括操作驱动单元以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以使所述工件材料成形和/或切割工件材料，其中，在工具撞击工件材料之前，将工具与驱动单元可操作地分离。驱动单元可以布置成电磁地驱动工具。驱动单元可以包括电磁线轴，该电磁线轴被布置成提供磁场以驱动工具。在操作上使工具与驱动单元分离可以包括控制，例如切断电磁线轴以消除电磁场。在其他实施例中，操作驱动单元可以包括移动驱动单元，如上所述。

本发明还提供了一种借助于工具和柱塞进行材料成形和/或切割的方法，该方法包括加速柱塞以向工具提供动能，以使工具撞击工件材料，以形成或切割工件材料，其中，所述方法步骤构成了工件材料撞击过程的一部分，其中，柱塞被布置成由液压系统驱动，该液压系统包括用于将柱塞朝向工件材料液压偏置的第一腔室，以及用于控制第一腔室中的压力的阀装置，该方法包括接收信号，该信号指示柱塞位置、柱塞速度、柱塞加速、工具位置、工具速度、工具加速、第一腔室中的压力、阀装置的一个或多个响应时间、环境温度和液压系统油的温度中的一者或多者，该方法进一步包括存储在至少一种工件材料撞击过程中接收到的信号中的至少一些信号，和/或存储作为至少一种工件材料撞击过程中接收到的至少一些信号的结果而提供的数据，并针对进一步的撞击过程至少部分地基于所存储的信号和/或所存储的数据来调节阀装置的控制。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其他优点和有利特征。