(57)【要約】本発明は、工作機械システム（１）における工作機械（２、３、４）の、エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を決定する方法に関する。同一のワーク（５）を、時系列的に、加工のために工作機械（２、３、４）に供給可能である。工作機械は、作動点依存の機械サイクルタイム及び作動点依存のパワー需要を有する。工作機械システムは、少なくとも２つの工作機械を含み及びシステムサイクルタイム（ｔ１）を有する。機械サイクルタイムはシステムサイクルタイムより小さい。本発明による方法は、エネルギ効率に優れた作動点を、工作機械のエネルギ需要特性関数に従って決定することを特徴とする。エネルギ需要特性関数は、システムサイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を表す。さらに本発明は、対応する装置（９、２４）並びに工作機械システムに関する。【選択図】図４
2018519605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械システム（１）における工作機械（２、３、４）の、エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を決定する方法であって、同一のワーク（５）を、時系列的に、加工のために前記工作機械（２、３、４）に供給可能であり、前記工作機械（２、３、４）は、作動点依存の機械サイクルタイム及び作動点依存のパワー需要を有し、前記工作機械システムは、少なくとも２つの工作機械（２、３、４）を含み及びシステムサイクルタイム（ｔ１）を有し、前記機械サイクルタイムは、前記システムサイクルタイム（ｔ１）より小さい方法において、
前記エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を、前記工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数に従って決定し、前記エネルギ需要特性関数は、前記システムサイクルタイム（ｔ１）に亘る前記工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を表すことを特徴とする方法。
【請求項２】
エネルギ需要特性関数を、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線（３０）を参照して決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エネルギ需要特性関数（４０）は放物線（４０）であり、該放物線（４０）を、以下の方程式
ΣＥ（ｔＭＴＺ）＝（ｍ・ｔＭＴＺ＋ｂ）・ｔＭＴＺ＋ＰＷａｒｔｅｎ・ｔＷａｒｔｅｎにより決定し、その際、
ΣＥ（ｔＭＴＺ）は、システムサイクルタイム（ｔ１）に亘る前記工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要であり、因子（ｍ・ｔＭＴＺ＋ｂ）は、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線（３０）であり、ｔＭＴＺは、機械サイクルタイムであり、ｔＷａｒｔｅｎは、前記機械サイクルタイムが終了した後に、前記システムサイクルタイム（ｔ１）が終了するまでの、前記工作機械（２、３、４）の待ち時間であり、及びＰＷａｒｔｅｎは、前記待ち時間の間の、前記工作機械（２、３、４）のパワー需要であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
放物線（４０）のシステムサイクルタイム（ｔ１）との交点（４２）を決定し、及び想定された水平線（４８）を、前記交点（４２）を通して位置させることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要が、水平線（４８）の上の方に位置する際に、前記工作機械（２、３、４）の作動点（３１、４４、４５、４６）を前記交点（４２）上に位置させることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を、システムサイクルタイム（ｔ１）を維持しつつ決定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を、工作機械（２、３、４）の電気エネルギ需要に関して決定することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイムが、システムサイクルタイム（ｔ１）より小さい各工作機械（２、３、４）に対して、方法を繰り返すことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工作機械システム（１）は、ワーク（５）を研磨して、及び／又はミーリングして、及び／又は回転させて、加工するよう構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
工作機械システム（１）は、歯車の歯を研磨する、及び／又はミーリングするよう構成されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
作動点（３１、４４、４５、４６）を、粗削り時間及び粗削りのパワーにより決定することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
工作機械システム（１）における工作機械（２、３、４）の、エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を決定する装置（９、２４）であって、同一のワーク（５）を、時系列的に、加工のために前記工作機械（２、３、４）に供給可能であり、前記工作機械システム（１）は、少なくとも２つの工作機械（２、３、４）を含み及びシステムサイクルタイム（ｔ１）を有し、前記装置（９、２４）は、時間取込手段（１２、１４、１６）により、前記工作機械（２、３、４）の作動点依存の機械サイクルタイムを取込し、並びにパワー取込手段（１３、１５、１７）により、前記工作機械（２、３、４）の作動点依存のパワー需要を取込するよう構成され、前記機械サイクルタイムは、前記システムサイクルタイム（ｔ１）より小さい装置（９、２４）において、
前記装置（９、２４）は、決定手段（１８、２１、２２、２３）により、前記エネルギ効率に優れた作動点（３１、４４、４５、４６）を、前記工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数（４０）に従って決定するよう構成され、前記エネルギ需要特性関数（４０）は、前記システムサイクルタイム（ｔ１）に亘る前記工作機械（２、３、４）の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を表すことを特徴とする装置。
【請求項１３】
装置（９、２４）が、構造的及び機能的に工作機械システム（１）に一体化されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置（９、２４）。
【請求項１４】
装置（９、２４）が、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の装置（９、２４）。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置（９、２４）を含む工作機械システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のエネルギ効率に優れた作動点を決定する方法、請求項１２の上位概念に記載のエネルギ効率に優れた作動点を決定する装置、並びに工作機械システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、製造機械及び製造設備に省エネルギの静止モードを装備することが既知である。省エネルギの静止モードにおいて、これらの製造機械及び製造設備は、自動的に持続的な非作動に移行可能である。製造機械及び製造施設の数が益々増加する場合に、静止モードの存在は、一方では、環境保護、特に二酸化炭素排出の低減を考慮している。しかしながら他方では、静止モードは不要な製造費用の回避にも寄与する。なぜなら、まさしく製造機械及び製造設備は、エネルギ需要が比較的高いためである。これが、過小評価できないエネルギ費用に反映される。エネルギ費用は製品の製造費用を高め、それにより製品の競争力が低減する。
【０００３】
これに関連して、PCT出願のドイツ移行第11 2009 004 354号は、静止状態パワードローを低減するためのシステム及び方法を開示する。この場合、機械は多様な電子制御装置を備える。電子制御装置は、一方では第１の電気回路に沿って第１のリレーを介して、及び他方では第２の電気回路に沿って第２のリレーを介して、電源に電気的に接続される。リレー制御装置は、第３の電気回路に沿って電源に接続され、同時に第１のリレー及び第２のリレーと接続している。リレー制御装置は、パワー要求支持に応答して、第１のリレー又は第２リレーを開閉するように構成される。従って、不要なパワードローを、機械の静止状態において回避可能である。
【０００４】
ドイツ特許出願公開第10 2004 030 312号は、電動工具用の電動工具制御装置を開示する。制御装置は、電動工具が作動している間はフルの電源電圧を与えられる。一方で制御装置は、電動工具が静止状態にある際には、著しく低減された電圧を供給される。ドイツ特許出願公開第10 2004 030 312号に従い、制御装置は静止状態において、制御装置がスタンドバイ機能を実行可能な、まさにそれだけ量の電圧を受ける。スタンドバイ機能は、例えばマイクロコントローラの、又は電動工具の回転数を調整する電子機器の、電力供給から構成可能である。これにより、制御装置の負荷が低減され、及び効率性が改善される。従って静止状態は、電動工具の省エネルギモードを表し、電動工具の使用時を除いて、可及的に電力消費を僅かに維持する。
【０００５】
しかしながら既知の装置及び方法は、専ら個々の工作機械のエネルギ消費に集中し、個々の工作機械を、複数の工作機械からなるシステムへ統合することを考慮しておらず、及び特に、個々の工作機械が、システムとエネルギ的に相互作用することを考慮していないことが、欠点である。従って、工作機械をより良好に相互調整することで可能な省エネルギに関しては、実質的には考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】PCT出願のドイツ移行第11 2009 004 354号
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第10 2004 030 312号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、工作機械システムにおける工作機械の、エネルギ効率に優れた作動点を決定する改良された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明により、請求項１に記載の、工作機械システムにおける工作機械の、エネルギ効率に優れた作動点を決定する方法により解決される。本発明の有利な構成及び発展形態は、従属請求項より明らかとなる。
【０００９】
本発明は、工作機械システムにおける工作機械の、エネルギ効率に優れた作動点を決定する方法に関する。同一のワークを、時系列的に、加工のために工作機械に供給可能である。工作機械は、作動点依存の機械サイクルタイム及び作動点依存のパワー需要を有する。工作機械システムは、少なくとも２つの工作機械を含み及びシステムサイクルタイムを有する。機械サイクルタイムは、システムサイクルタイムより小さい。本発明による方法は、エネルギ効率に優れた作動点を、工作機械のエネルギ需要特性関数に従って決定し、エネルギ需要特性関数は、システムサイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を表すことを特徴とする。
【００１０】
エネルギ需要特性関数は、つまりは工作機械のエネルギ需要を、機械サイクルタイムに依存して表す。そのため、エネルギ需要特性関数を参照して、比較的容易に、最大限にエネルギ効率に優れた工作機械の作動点を決定可能である。エネルギ需要特性関数は、例えば実験的に一連のテストにより、又は演算的に工作機械の既知の特性を参照して、決定可能である。エネルギ需要特性関数は、システムサイクルタイムに亘る、つまりシステムサイクルタイムの時間的継続の間の、工作機械のエネルギ需要を描写する。そのことによって、本発明により、機械サイクルタイムの間の個々の工作機械のエネルギ需要が分離されて最適化されるのみならず、むしろ、工作機械のエネルギ需要が、個々の工作機械を完全な工作機械システムに統合し、そして完全な工作機械システムと相互作用するという観点で、最適化される。
【００１１】
本発明の意味において、用語「作動点」とは、工作機械の機械サイクルタイムに依存する、工作機械のパワー消費、と理解される。従来技術においては、工作機械をその最大パワー近傍領域で稼働させる作動点の選択を、通常とすることが多い。つまりこれは、工作機械のパワー需要が、一般的には比較的高いことを意味している。それに対して工作機械の機械サイクルタイムは、一般的には比較的短い。工作機械の作動点を低減すると、工作機械のパワー消費が低減されはするが、しかしながら機械サイクルタイムが高まる。従ってつまり、確かにパワー消費は低減されるが、しかしながら機械サイクルタイムの延長、及びそれによる時間的な作動能力消費の延長に直面する。そのため、作動点の低減が、必ずしもエネルギ効率に優れた作動点につながるわけではない。
【００１２】
本発明の意味において、用語「機械サイクルタイム」とは工作機械が個々のワークを加工するために必要とする時間的継続、と理解される。従って機械サイクルタイムは、単位時間当たりの、工作機械のワークの処理能力を表す。
【００１３】
本発明の意味において、用語「システムサイクルタイム」とは、工作機械システムが個々のワークを加工するために必要とする時間的継続、と理解される。システムサイクルタイムは通常、工作機械システムに含まれる工作機械のうちの、最長の機械サイクルタイムに従って、特徴付けられる。従ってシステムサイクルタイムは、単位時間当たりの、工作機械システムのワークの処理能力を表す。
【００１４】
本発明の意味において、用語「エネルギ効率に優れた作動点」とは、工作機械を完全な工作機械システムに統合するという観点で、つまり工作機械システムの更なる工作機械と相互作用するという点において、工作機械がその作動点において、更なる工作機械の作動点を変更することなく、総体的に最小のエネルギ需要を有するような、工作機械の作動点と理解される。つまり、「エネルギ効率に優れた作動点」は、必ずしも、工作機械の総計のエネルギ効率に優れた作動点を表さず、単に、工作機械システムの他の工作機械に影響することなく達成可能な、工作機械のエネルギ効率に優れた作動点を表す。工作機械システムは、通常多様な工作機械を含む。そのため、可及的に丈夫で、かつ複雑でない製造工程を可能にするために、これら工作機械の相互作用は、長時間に亘り、かつ繊細に相互調整されていた。そのため本発明による方法は、好適には上述の範囲に限定される。
【００１５】
本発明の意味において、用語「工作機械」とは、ワークを加工する状態にある機械の任意の種類、と理解される。例えば工作機械は、ワークを、鋳造、鑢掛け、ミーリング、穿孔、塗装又は加熱するよう、構成可能である。
【００１６】
本発明の好適な実施形態により、エネルギ需要特性関数は、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線を参照して決定される。工作機械の作動点を変更すると、既述のように、一方では機械サイクルタイムの間の工作機械のパワー需要が変更され、及び他方では機械サイクルタイムが変更される。作動工程が終了した後、つまり機械サイクルタイムの経過の後に、工作機械は通常、静止モードにある。静止モードは、システムサイクルタイムが終了するまで継続する。つまり、システムサイクルタイムと機械サイクルタイムの間の時間的差異が継続するのである。工作機械はこの静止モードにおいて、ほぼ一定で、及び特に機械サイクルタイムに依存しない、パワー需要を有する。従って機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線を、エネルギ需要特性関数を決定する基礎として参照することが、負荷に耐えうるエネルギ需要特性関数につながる。なぜなら、エネルギ需要特性関数は、つまりは工作機械を工作機械システムに統合するという観点で、工作機械のエネルギ需要を描写しているためである。
【００１７】
機械サイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のパワー需要を一体化することで、機械サイクルタイムに亘る工作機械のエネルギ需要が発生する。機械サイクルタイムの間のこのエネルギ需要は、システムサイクルタイムの間の工作機械の総エネルギ需要の主要部分を表す。システムサイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のパワー需要が一体化されている限り、システムサイクルタイムに亘る工作機械の完全なエネルギ需要が発生する。
【００１８】
好適には、パワー需要特性線は直線である。この直線は、異なる作動点を取込し、及び直線を異なる作動点に適合させることで決定される。従ってパワー需要特性線、つまりは実験的に取込される。これにより一般的に、信頼できる、かつ実用的なパワー需要特性線が得られる。
【００１９】
機械サイクルタイムは、パワーが高まるにつれて又は作動点が高まるにつれて、低減される。そのため、パワー需要特性線を表す直線は負の符号を有する。
【００２０】
本発明の意味において、用語「直線を適合させる」とは、パワー需要特性線又は直線を、異なる作動点により、又は異なる作動点で示された機械サイクルタイム及びパワー需要により、可及的にフィットさせる、と理解される。
【００２１】
本発明の特に好適な実施形態により、エネルギ需要特性関数は放物線である。放物線を、以下の方程式
ΣＥ（ｔＭＴＺ）＝（ｍ・ｔＭＴＺ＋ｂ）・ｔＭＴＺ＋ＰＲｕｈｅ・ｔＲｕｈｅにより決定する。その際ΣＥ（ｔＭＴＺ）は、システムサイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要である。因子（ｍ・ｔＭＴＺ＋ｂ）は、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線である。ｔＭＴＺは、機械サイクルタイムである。ｔＲｕｈｅは、機械サイクルタイムが終了した後に、システムサイクルタイムが終了するまでの、工作機械の静止時間である。及び、ＰＲｕｈｅは、静止時間の間の、工作機械のパワー需要である。エネルギ需要特性関数は、つまりシステムサイクルタイムの間の工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を、下方に開いた放物線の形状で描写する。つまり、そのようにして決定されたエネルギ需要特性関数は、工作機械のエネルギ効率に優れた作動点を決定するために、確実に適していると証明されている。
【００２２】
好適には、静止時間は、工作機械が作動モードにない、全ての時間に亘る合計である。例えば静止時間は、いわゆる基本モード、いわゆる副モード、及びいわゆるスタンドバイモードの時間を含むことができる。既述の各モードは、工作機械の個々のパワー需要を有する。通常工作機械は、静止時間が増加するにつれて、次々に更なる工作機械部品を停止させ、更なる省エネルギを可能にする。従って工作機械は、段階的に益々スタンドバイモードへと近づく。通常、スタンドバイモードにおいて、パワー需要は最小である。例えば工作機械が、歯車の歯を研磨する研磨機である限り、工作機械は、静止時間に入った際に直接、先ず副モードに切り換え可能である。副モードにおいては、先ず、研磨される歯車を保持し及び研磨工程の要求に従って動く軸駆動ユニットのみが、スイッチオフされる。静止時間が進行するにつれて、工作機械はその後、基本モードに移行する。基本モードにおいては、主軸が不活性化され、及び更に、工作機械の空気及び油圧部品がスイッチオフされる。静止時間が再度進行すると、最終的に、工作機械の冷却システム及び電子制御システムをスイッチオフ可能である。従って工作機械のパワー需要は、つまり、静止時間の間に段階的に次第に低減されるのである。
【００２３】
本発明の、更なる特に好適な実施形態により、放物線のシステムサイクルタイムとの交点を決定し、及び想定された水平線を、交点を通して位置させる。これは、工作機械のエネルギ効率に優れた作動点を確実に決定する途上において、特に適した中間ステップであると証明されている。
【００２４】
本発明の、再度更なる特に好適な実施形態により、工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要が、水平線の上の方に位置する際に、工作機械の作動点を交点上に位置させる。つまりこれは、作動点の低減に対応する。つまりこの場合、機械サイクルタイムが、つまり工作機械が作動モードにあり、及び比較的高いパワー需要を有する時間が、これによって延長されるにも関わらず、作動点を交点上へ低減することで、工作機械のエネルギ需要の低減が可能となると示される。
【００２５】
本発明の、更なる特に好適な実施形態により、エネルギ効率に優れた作動点を、システムサイクルタイムを維持しつつ決定する。従って本発明による方法は、つまり有利なことに、システムサイクルタイムを延長せず、及び従ってワークの製造を遅らせない。むしろ、システムサイクルタイムが、及びそれにより工作機械システムにおける単位時間当たりのワークの処理能力が、維持される。
【００２６】
本発明の、更なる好適な実施形態により、エネルギ効率に優れた作動点を、工作機械の電気エネルギ需要に関して決定する。通常電気エネルギ需要は、現に存在する工作機械の総エネルギ需要の主要部分を構成する。そのため本発明は、有利なことにそれに集中する。さらに電気エネルギ需要は、比較的容易に、計測及び制御される。特に、工作機械のエネルギ効率に優れた作動点は、ガス、油、又は石炭に基づくエネルギ需要に関しては、決定されない。
【００２７】
本発明の更なる好適な実施形態により、その機械サイクルタイムが、システムサイクルタイムより小さい各工作機械に対して、方法を繰り返す。ここから、工作機械システムの個別の工作機械の各々に対して、エネルギ効率に優れた各作動点が決定される、という利点が生じる。さらに、各工作機械の実際の作動点は、続いて、決定されたエネルギ効率に優れた作動点に対して適合される。工作機械システムにおいて、エネルギ効率に優れた各作動点が、機械サイクルタイムがシステムサイクルタイムより小さい各工作機械に対して、工作機械を工作機械システムに統合することを考慮しつつ決定される。それにより、つまりは全体的な工作機械システムに対して、エネルギ効率に優れた作動点が決定される。従って、つまり本発明による方法は、個々の工作機械における省エネルギのみでなく、むしろ、多数の工作機械を含むことの可能な、完全な工作機械システムにおける省エネルギを可能にする。
【００２８】
好適には、工作機械システムは、ワークを機械加工するよう構成される。ワークの機械加工は、特にエネルギ多消費型である。そのためこの場合、本発明による方法により、大きな省エネルギを実現可能である。
【００２９】
特に好適には、少なくとも２つの工作機械の全てが、ワークを機械加工するよう構成される。しかしながら代替的に、工作機械のうちの、１つのみの工作機械又は複数の工作機械が、ワークを機械加工するよう構成されることが可能かつ好適である。
【００３０】
本発明の更なる特に好適な実施形態により、工作機械システムは、ワークを研磨して、及び／又はミーリングして、及び／又は回転させて、加工するよう構成される。本発明による方法は、この種の工作機械システムに適用されると、省エネルギの可能性に関して、特に有利でありエネルギ効率に優れていると、証明されている。
【００３１】
研磨工程、又はミーリング工程、又は回転工程は、通常粗削り工程、並びにそれに続く仕上げ工程を含む。この場合粗削り工程は、比較的大きなチップ体積で、ワークから材料を取り除くステップを含む。この場合粗削り工程は、可及的に短い加工時間内でワークを所望される最終輪郭へ出来る限り近づける役割を果たす。対応して、通常粗削り工具は、大きな切り込み深さを有する比較的歯の粗い工具である。一般的に粗削り工程により、低い寸法精度のみである、較的粗い表面が残る。それに対して、粗削り工程に続く仕上げ工程において、ワークの精密かつ所望される最終輪郭が製造される。従って、通常仕上げ工具は、極めて歯が細かい工具であり、及び比較的より小さな切り込み深さを有する。そのため、比較的より滑らかな表面が達成される。
【００３２】
本発明の更なる特に好適な実施形態により、工作機械システムは、歯車の歯を研磨する、及び／又はミーリングするよう構成される。まさに歯車の歯の研磨、又はミーリングは、特にエネルギ多消費型であるため、この場合に、本発明による方法により、省エネルギのための大きな可能性が生じる。
【００３３】
本発明の、再度更なる特に好適な実施形態により、作動点を、粗削り時間及び粗削りのパワーにより決定する。従って本発明は、好適には、つまり粗削り工程に集中する。なぜなら粗削り工程は、一方ではエネルギ消費が最も大きく、及び他方では、ワークに製造される表面粗度を考慮せずに変更可能なためである。表面粗度又は輪郭精度は、いずれにせよ続く仕上げ工程において、所望通りに製造されるためである。
【００３４】
特に、好適には作動点を、仕上げ時間及び仕上げのパワーによっては決定しない。仕上げ時間及び仕上げのパワーを変更すると、製造されるワークの品質に、直接的に作用が及ぶであろう。しかしながら、ワークの品質に関する要件は、一般的に明確に限定されている。つまり、仕上げ時間及び仕上げのパワーを変更し、省エネルギにつなげることも可能ではあろうが、しかしながら一般的には、ワークの品質に不所望な影響が及ぶと思われる。
【００３５】
さらに本発明は、工作機械システムにおける工作機械の、エネルギ効率に優れた作動点を決定する装置に関する。同一のワークを、時系列的に、加工のために工作機械に供給可能である。ワーク機械システムは、少なくとも２つの工作機械を含み及びシステムサイクルタイムを有する。装置は、時間取込手段により、工作機械の作動点依存の機械サイクルタイムを取込し、並びにパワー取込手段により、工作機械の作動点依存のパワー需要を取込するよう構成される。機械サイクルタイムは、システムサイクルタイムより小さい。本発明による装置は、決定手段により、エネルギ効率に優れた作動点を、工作機械のエネルギ需要特性関数に従って決定するよう構成され、エネルギ需要特性関数は、システムサイクルタイムに亘る工作機械の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要を表すことを特徴とする。本発明による装置は、つまり本発明による方法を実行するために必要な全ての手段を含む。そのため、本発明による装置により、本発明による方法に関連して既述された利点が可能となる。
【００３６】
時間取込手段は、例えば水晶振動子に基づくクロックジェネレータとすることができる。クロックジェネレータのクロック信号は、所与の時間間隔を有し、及びカウンタによりカウントされ、及び合計される。カウンタは、電子カウンタとして構成可能であり、及び例えば、特にはマイクロコントローラである電子演算ユニットに一体化可能である。
【００３７】
パワー取込手段は、例えば既知の電圧取込手段及び既知の電流取込手段とすることができる。電圧取込手段及び電流取込手段の両方ともが、例えば電圧又は電流を、所与の時間間隔で取込し、及び取込した電流及び取込した電圧から、演算的に、工作機械に消費されたパワーを決定する。パワーを演算的に決定するために、パワー取込手段は、例えば更に電子演算ユニットを含むことが可能である。電子演算ユニットは、取込した電流に取込した電圧をかけ、及びそのようにして決定した値を、今度は秒に正規化し、工作機械のパワー消費を決定する。
【００３８】
決定手段は、例えば同様に、電子演算ユニットとして、特にマイクロコントローラとして構成可能である。好適には、電子記憶手段が、データレベル上で電子演算ユニットに対して関連する。電子演算ユニットは、電子記憶手段に、読み書きでアクセス可能である。
【００３９】
特に好適には、決定手段が更に、時間取込手段及びパワー取込手段を読み出すよう構成される。
【００４０】
工作機械のエネルギ効率に優れた作動点を決定するために、決定手段は、例えばそのために設計されたソフトウェアアルゴリズムを実行可能である。ソフトウェアアルゴリズムは、本発明による方法を実行するために、決定手段又は装置をガイドする。ソフトウェアアルゴリズムは、好適には、電子記憶手段に格納される。
【００４１】
本発明の好適な実施形態により、装置が、構造的及び機能的に工作機械システムに一体化される。ここから、本発明による方法を実行するために必要な手段及びハードウェアリソースに関しては、工作機械システムに元来存在していたハードウェアにアクセスが可能である、という利点が生じる。これにより、工作機械システムにおいて、本発明による方法を実行するための労力が低減される。代替的に、しかしながら本発明による装置は、構造的及び機能的にも、工作機械システムから分離させて存在可能である。後者の場合、例えばケーブル接続によるデータ接続を介して、本発明による方法を実行するために必要な連結を、工作機械システムに対して構築可能である。
【００４２】
特に好適には、装置が、構造的及び機能的に工作機械システムの工作機械に一体化される。多くの工作機械は、元々複雑かつ効率的な制御電子装置又は調整電子装置を含んでいる場合が多い。そのため装置は、この種の工作機械にも、構造的及び機能的に一体化可能である。
【００４３】
本発明の意味において、用語「構造的に一体化される」とは、装置が必要とされる手段と共に、工作機械システムの工作機械の制御ユニットに、又は直接的に工作機械システムの制御ユニットに、部品的に一体化される、と理解される。
【００４４】
本発明の意味において、用語「機能的に一体化される」とは、装置が、工作機械システムに存在していた、又は工作機械に元来存在していたハードウェア及び手段にアクセスが可能であり、本発明による方法を実行するためにこれらを使用する、理解される。
【００４５】
本発明の更なる好適な実施形態により、本発明による方法を実行するための装置が構成される。ここから、既述の利点が生じる。
【００４６】
最後に本発明は、本発明による装置を含む工作機械システムにも関する。従って、本発明による装置に関連して述べた利点は、本発明による工作機械システムに関しても、発生するものである。
【００４７】
以下に本発明は、図面に表された実施形態を参照して例示的に詳説される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による工作機械システムの可能な実施形態の、例示的及び概略的な図である。
【図２】本発明による工作機械システムの可能な更なる実施形態の、例示的及び概略的な図である。
【図３】機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線の、例示的なグラフである。
【図４】機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数の、例示的なグラフである。
【図５】システムサイクルタイムに亘る工作機械のエネルギ需要を、例示的に示す図である。
【図６】本発明による方法の例示的な実施形態を示す、フロー図である。
【００４９】
同一の、対象、機能ユニット及び類似の部品には、図面全体に亘り同一の符号が付される。これらの対象、機能ユニット、及び類似の部品は、記載から明示的又は暗示的に差異が生じない限り、それらの技術的な特徴に関して同一に構成される。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、本発明による工作機械システム１の可能な実施形態を、例示的及び概略的に示す。例示的に表された工作機械システム１は、工作機械２、３及び４を含む。工作機械２は、それ自体に制御ユニット７を含む。制御ユニット７は、例示に従って、時間取込手段１２、パワー取込手段１３、並びに電子演算ユニット２１を含む。工作機械３は、制御ユニット８を含む。制御ユニット８は、それ自体に時間取込手段１４、パワー取込手段１５、及び電子演算ユニット２２を含む。最後に工作機械４は、制御ユニット９を含む。制御ユニット９は、それ自体に時間取込手段１６、パワー取込手段１７、及び電子演算ユニット２３を含む。エネルギ効率に優れた工作機械システムにおける工作機械の作動点を決定する、本発明による装置２４は、例示に従って、構造的及び機能的に制御ユニット９に一体化される。従って制御ユニット９並びに装置２４は、同一である。対応して電子演算ユニット２３は、工作機械４を制御及び調整するのみでなく、更に装置２４の決定手段としての役割を果たす。さらに図示されていない記憶手段が、データレベル上で電子演算ユニット２３に関連する。同様に、制御ユニット９の時間取込手段１６及びパワー取込手段１７は、装置２４の時間取込手段１６及びパワー取込手段１７としての役割を果たす。データ接続１０を介して、制御ユニット２４又は装置２４は、制御ユニット８及び制御ユニット７と接続される。制御ユニット９又は装置９は、データ接続１０を介して、制御ユニット８の時間取込手段１４及びパワー取込手段１５、並びに制御ユニット７の時間取込手段１２及びパワー取込手段１３を読み出し可能である。さらに、例示的に表された工作機械システム１はコンベア６を含む。ワーク５がコンベア６上に配置される。ワーク５は、同じ、つまり同一のワーク５である。ワーク５は、例示に従って、金属シリンダとして構成される。ワーク５は、時系列的に、工作機械２、工作機械３及び工作機械４に供給される。工作機械２は、例示に従って２０秒の機械サイクルタイムを有する。つまりこれは、工作機械２がワークを加工するために、２０秒を要することを意味する。例示に従って、工作機械２はミーリング工程をワーク５に対して実行し、及び最大パワーで稼働される。これは、工作機械２が最大限の作動点３１、４４、４５、４６で稼働されることを意味する。工作機械２がワーク５の加工を終了した後、ワーク５はコンベア６により、工作機械３へと供給される。例示に従って工作機械３は、１６秒の機械サイクルタイムを有する。これは、ワーク５に対する工作機械３の加工時間が、１６秒かかることを意味する。工作機械３も、最大パワーで稼働される。この最大パワーは、最大限の作動点３１、４５、４６に対応する。例示に従って、工作機械３は研磨機である。研磨機は、ワーク５に対して、粗削り工程及び仕上げ工程を実行する。例示に従って工作機械４は、１８秒の機械サイクルタイムを有する。これは工作機械４が、ワーク５を加工するために、１８秒を要することを意味する。例示に従って工作機械４も、最大パワー、つまりで最大限の作動点４４で稼働される。例示に従って、工作機械４は炉である。炉は、ワーク５を熱処理する。システムサイクルタイムｔ１、つまりワーク機械システム１によるワーク５のための総加工時間は、例示に従って、最大機械サイクルタイムにより特徴付けられるか、最大機械サイクルタイムに対応する。そのため、システムサイクルタイムｔ１は、つまり２０秒である。制御ユニット９は、時間取込手段１６、パワー取込手段１７、及び決定手段１８を含む。そのため、既述のように、制御ユニット９は本発明による装置２４に対応する。例示に従って、制御ユニット９は更に、本発明による方法を実行する。本発明による方法を実行する間、制御ユニット９又は装置２４は、先ず工作機械３の作動点３１、４４、４５、４６を変化させる。工作機械３の作動点３１、４４、４５、４６を変化させることにより、工作機械３のパワー需要並びに工作機械３の機械サイクルタイムも変化する。この場合各作動点３１、４４、４５、４６は、工作機械３の機械サイクルタイムが与えられると、工作機械３のパワー需要により定義される。従って装置２４は、工作機械３の異なる作動点３１、４４、４５、４６を取込し、及び直線３０を、演算的に異なる作動点３１、４４、４５、４６により適合させる。この直線３０は、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線３０を表す。今や装置２４は、そのようにして決定されたパワー需要特性線３０を用いて、機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数４０を決定する。エネルギ需要特性関数４０は、放物線４０として構成される。この場合機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数４０は、工作機械３の機械サイクルタイムに依存する、工作機械３のエネルギ需要を表す。さらに装置９は、放物線４０上でのシステムサイクルタイムｔ１との交点４２を決定する。基準に従って選択された、放物線４０上の工作機械３の最大限の作動点３１、４５、４６の位置と、水平線４８の位置との比較は、例示に従って、工作機械３の作動点３１、４５、４６が水平線４８の上の方に位置することを示す。従って装置９は、工作機械３の作動点３１、４５、４６を、それらが今度は交点４２上に位置するよう、適合させる。これに対応して、工作機械３の機械サイクルタイムが２０秒へ変更される。これが、工作機械３の省エネルギにつながる。さらに制御ユニット９又は装置２４は、本発明による方法を、工作機械４のために、同様にして再度実行する。この場合、基準に従って選択された工作機械４の最大作動点４４は、放物線４０上で、水平線４８の下の方に位置する。これは工作機械４において、機械サイクルタイム又は作動点４４の変更による工作機械４での省エネルギが、システムサイクルタイムｔ１の延長無しでは、不可能であることを意味する。対応して工作機械４において、機械サイクルタイム又は作動点４４が維持される。本発明による方法を、工作機械２のために再度実行することは回避される。なぜならシステムサイクルタイムｔ１は、工作機械２の機械サイクルタイムにより特徴付けられるか、又は機械サイクルタイムに対応するためである。工作機械２の作動点３１、４４、４５、４６の低減は、結果的に、工作機械２の機械サイクルタイムを高め、及びそれによりシステムサイクルタイムｔ１を高めることになるであろう。しかしながらシステムサイクルタイムｔ１は、ワーク５の製造又は加工が遅れないよう、例示に従って維持されるため、既述のように、工作機械２の作動点３１、４４、４５、４６の変更が回避される。従って各工作機械２、３及び４は、エネルギ効率に優れた作動点３１、４４、４５、４６において、２０秒のシステムサイクルタイムｔ１を維持しつつ作動する。これにより、工作機械システム１も、エネルギ効率に優れた作動点で作動する。
【００５１】
図２に概略的に表された、本発明による装置２４の更なる実施形態に従い、本発明による装置２４は、構造的、つまり部品的に、工作機械２、３、及び４から独立する。この場合装置２４は、適切なデータ接続１０を介して、工作機械２、３及び４の制御ユニット７、８、及び９と接続される。本発明による装置２４は、例示に従って、つまり構造的に工作機械２、３、及び４から独立している。それにも関わらず、装置２４が本発明による方法を実行するために、工作機械２、３、及び４に存在する時間取込手段１２、１４、又は１６、及び工作機械２、３、及び４に存在するパワー取込手段１３、１５、又は１７を拠り所とする限り、装置２４は機能的に、部分的にこれらと一体化される。
【００５２】
図３は、機械サイクルタイム依存のパワー需要特性線３０を例示的及び概略的に示す。パワー需要特性線３０は、直線３０として形成される。パワー需要特性線３０は、工作機械２、３、又は４において事前に異なる作動点３１を取込することで決定された。この場合パワー需要特性線３０は、座標系に当てはめられる。座標系は、そのｘ軸に機械サイクルタイムを表し、及びそのｙ軸にパワー需要を表す。パワー需要特性線３０は、適合により、つまり異なる作動点３１により、直線３０をフィットさせることで決定された。見ての通り、直線３０は機械サイクルタイムが増加するにつれて下降する。これは、機械サイクルタイムが増加するにつれて、機械サイクルタイムの間のパワー需要も低減されることを意味する。直線３０が、つまり機械サイクルタイムが増加するにつれて下降するため、関連する線形方程式の上昇も、対応して負の符号を有する。そのようにして、異なる作動点３１に適合させることで決定されたパワー需要特性線３０から、今や演算的に、ｙ＝ｍｘ＋ｂの形式である既知の線形方程式を決定可能である。例示に従って、線形方程式を演算的に決定することで、パワー需要特性線３０の上昇ｍに対して−５の値が与えられ、及びパワー需要特性線３０の軸部分ｂに対して８の値が与えられる。そのようにして定義された線形方程式を、今度は機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数４０を決定するために参照可能である。
【００５３】
図４は、工作機械２、３、又は４の機械サイクルタイム依存のエネルギ需要特性関数４０を例示的に示す。エネルギ需要特性関数４０は、工作機械２、３又は４の、システムサイクルタイムｔ１に亘るエネルギ需要を描写し、及び例示に従って、下方に開いた放物線４０として構成される。エネルギ需要特性関数４０の形式は、数式
ΣＥ（ｔＭＴＺ）＝（ｍ・ｔＭＴＺ＋ｂ）・ｔＭＴＺ＋ＰＷａｒｔｅｎ・ｔＷａｒｔｅｎに基づいて与えられる。数式は、二次の多項式を表す。パワー需要特性線３０が負で増加するため、因子ｍは負の符号を有する。そのため、放物線４０は下方に開くことになる。エネルギ需要特性関数４０は、工作機械２、３、又は４のエネルギ需要が、中間のパワー需要及び中間の機械サイクルタイムにおいて最大であることを明示する。それに対して、パワー需要が僅かであり、及び対応して機械サイクルタイムが大きい場合、及び反対にパワー需要が高く、及び対応して機械サイクルタイムが僅かである場合、省エネルギが可能である。例示的に示されたエネルギ需要特性関数４０は、座標系に表される。工作機械２、３又は４に関して、座標系のｘ軸は機械サイクルタイムを示し、ｙ軸は、システムサイクルタイムｔ１の間のパワー需要を示す。時点ｔ１は、システムサイクルタイムｔ１を表す。時点ｔ１から垂直に上方へ向かい、一点鎖線４１が導かれる。一点鎖線４１は、交点４２で放物線４０を切断する。交点４２から、今度は想定された水平線４８が形成される。放物線４０の曲線推移は、関連する工作機械２、３又は４の異なる作動点４４、４５、４６を例示的に描写する。作動点４４の場合、機械サイクルタイムは比較的短い。しかしながら、作動点４４は水平線４８の下の方に位置している。そのため、作動点４４の変更による省エネルギは、不可能である。しかしながら作動点４５の場合、作動点４５を変更することにより、省エネルギが可能である。なぜなら、作動点４５は水平線４８の上の方に位置しているためである。従って作動点４５は、例示に従って、作動点４５が交点４２上に位置するよう低減される。これにより機械サイクルタイムが高まり、機械サイクルタイムがシステムサイクルタイムｔ１に対応し、及び同時に省エネルギにつながる。同様に、作動点４５を高めると、作動点４５を放物線４０の領域上で、更なる交点４９の下の方に位置させることが可能となるであろう。これは同様に、工作機械２、３又は４の省エネルギにつながる。この場合には、システムサイクルタイムｔ１に影響することなく、又は工作機械システム１に、その他の影響を展開することもない。しかしながらこれは、作動点４５で作動する工作機械２、３又は４が、対応するパワーリザーブを有している場合のみ可能である。しかしながらこれは、例示に従う場合には当てはまらない。同様に作動点４６の場合、省エネルギが可能である。なぜなら、作動点４６も水平線４８の上の方に位置しているためである。作動点４６を交点４２上に移動させることにより、この場合にも機械サイクルタイムが高められるため、機械サイクルタイムがシステムサイクルタイムｔ１に対応する。これも、省エネルギにつながる。代替的に、省エネルギを達成するために、作動点４６も、放物線４０の領域上で、更なる交点４９の下の方に位置させることが可能であろう。しかしながらこの場合にも、工作機械２、３、又は４の例示に従うパワーリザーブは、作動点４６をこのように高めるためには、十分ではない。
【００５４】
図５は、システムサイクルタイムｔ１の間の工作機械２、３、又は４のエネルギ需要５０を、例示的に示す。見ての通り、エネルギ需要５０は、異なる作動モードにおいて工作機械２、３又は４から必要とされるパワー５２、５５、５８、６１、並びに異なる作動モードで費やされる時間５３、５６、５９、６２からなる。総エネルギ５０は、例示に従って、加工モードにおける部分エネルギ５１からなる。部分エネルギ５１は、加工モードにおいて必要とされるパワー５２、並びに機械サイクルタイム５３から発生する。さらに総エネルギ５０は、部分エネルギ５４からなる。部分エネルギ５４は、工作機械２、３又は４が副モードにおいて必要とする。部分エネルギ５４は、副モードにおいて必要とされるパワー５５、及び副モードにおいて費やされる時間５６から発生する。さらに総エネルギ５０は、部分エネルギ５７からなる。部分エネルギ５７は、工作機械２、３、又は４がアイドルモードにおいて必要とす。部分エネルギ５７は、アイドルモードにおいて必要とされるパワー５８、及び工作機械がアイドルモードにおいて費やす時間５９から発生する。さらに総エネルギ５０は、部分エネルギ６０からなる。部分エネルギ６０は、工作機械２、３又は４がスダンドバイモードにおいて必要とする。部分エネルギ６０は、スダンドバイモードにおいて必要とされるパワー６１、並びに工作機械がスダンドバイモードにおいて費やす時間６２から発生する。
【００５５】
図６は、本発明による方法の例示的な実施形態を、フロー図の形式で示す。方法のステップ１０１において、先ず、同一のワーク５を、時系列的に、加工のために工作機械システム１の工作機械２、３、又は４に供給する。この場合工作機械２、３、又は４は、作動点依存の機械サイクルタイム及び作動点依存のパワー需要を有する。続く方法のステップ１０２において、工作機械２、３、又は４の作動点３１、４４、４５又は４６を変化させる。方法のステップ１０３において、工作機械２、３又は４の各機械サイクルタイム及びパワー需要を、異なる作動点３１、４４、４５、４６において取込可能である。続く方法のステップ１０４において、今度は直線３０を、取込された異なる作動点３１、４４、４５、４６により適合させる。この直線は、パワー需要特性線３０を表す。ステップ１０５において、パワー需要特性線３０を、工作機械２、３、又は４のエネルギ需要特性関数４０を決定するために参照する。エネルギ需要特性関数４０は、例示に従って放物線４０を表す。これから続くステップ１０６において、放物線４０のシステムサイクルタイムｔ１との交点４２を決定する。ステップ１０７において、想定された水平線４８を、交点４２を通して位置させる。現行の機械サイクルタイムを参照し、今度は、工作機械２、３、又は４の実際の作動点３１、４４、４５、又は４６を放物線４０上で決定する。工作機械２、３、又は４の実際の作動点３１、４４、４５、又は４６が、水平線４８の下の方に位置する限り、ステップ１０９において、省エネルギは不可能である。工作機械２、３、又は４は、現行のシステムサイクルタイムｔ１を維持しつつ、既にエネルギ効率に優れた作動点３１、４４、４５、又は４６に存在する。しかしながら、現行の作動点３１、４４、４５、又は４６が放物線４０上で水平線４８の上の方に位置する限り、そうした場合、方法のステップ１１０において、作動点３１、４４、４５、又は４６を交点４２上に位置させることで、省エネルギが可能である。これにより機械サイクルタイムが高まり、機械サイクルタイムがシステムサイクルタイムｔ１に対応する。及びこれが他方では、省エネルギにつながる。これにより工作機械２、３、又は４は、エネルギ効率に優れた作動点３１、４４、４５又は４６に存在する。
【符号の説明】
【００５６】
１  工作機械システム
２  工作機械
３  工作機械
４  工作機械
５  ワーク
６  コンベア
７  工作機械２の制御ユニット
８  工作機械３の制御ユニット
９  工作機械４の制御ユニット、装置
１０  データ接続
１１  データ接続
１２  制御ユニット７の時間取込手段
１３  制御ユニット７のパワー取込手段
１４  制御ユニット８の時間取込手段
１５  制御ユニット８のパワー取込手段
１６  制御ユニット９の時間取込手段
１７  制御ユニット９のパワー取込手段
１８  決定手段
２１  電子演算ユニット
２２  電子演算ユニット
２３  電子演算ユニット
２４  装置
３０  パワー需要特性線
３１  作動点
４０  エネルギ需要特性関数
４１  システムサイクルタイム表示線
４２  交点
４４  作動点
４５  作動点
４６  作動点
４８  水平線
４９  更なる交点
５０  システムサイクルタイムに亘る総エネルギ需要
５１  機械サイクルタイムに亘る部分エネルギ需要
５２  機械サイクルタイムに亘るパワー需要
５３  機械サイクルタイム
５４  副モード時間における部分エネルギ需要
５５  副モード時間に亘るパワー需要
５６  副モード時間
５７  アイドルモード時間における部分エネルギ需要
５８  アイドルモード時間に亘るパワー需要
５９  アイドルモード時間
６０  スタンドバイモード時間における部分エネルギ需要
６１  スタンドバイモード時間に亘るパワー需要
６２  スタンドバイモード時間
１０１  ワークの供給
１０２  作動点の変更
１０３  機械サイクルタイム及びパワー需要の取込
１０４  パワー需要特性線の適合
１０５  エネルギ需要特性関数の決定
１０６  第１点の決定
１０７  第１点を通る水平線の設定
１０８  実際の作動点の決定
１０９  省エネルギが不可能
１１０  作動点の変更
ｔ１  システムサイクルタイムｔ１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2018519605.tif 000009
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