CN102292554A - 具有两个压力室的液压驱动装置和用于操作具有两个压力室的液压驱动装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压驱动装置，其具有在气缸室中可沿着工作轴移动引导的活塞，该活塞形成能够以液压液施压的工作压力室的边界，以及该液压驱动装置具有分区段地在活塞中在不同的控制状态之间引导的至少一个控制装置，用于控制液压液从高压供给装置至工作压力室中的穿流用于使活塞在工作方向上运动，并且控制液压液从工作压力室至回流室的穿流，其中活塞的背离工作压力室的区域形成低压室的边界，该低压室在该装置工作中由液压液的低压供给装置施压，使得在控制装置将工作压力室与回流室相连时，使活塞逆着工作方向向回运动。此外，本发明还涉及一种用于操作液压驱动装置的方法。

Description

具有两个压力室的液压驱动装置和用于操作具有两个压力室的液压驱动装置的方法

本发明涉及一种液压工作装置，其具有在气缸室中沿着工作轴可移动地引导的活塞，该活塞形成能够以液压液施加压力的工作压力室的边界，此外该液压工作装置还具有至少一个分区段地在活塞中在不同的控制状态之间引导的控制装置，其用于控制液压液从高压供给装置至工作压力室中的穿流以便使活塞在工作方向上运动，以及控制液压液从工作压力室至回流室的穿流。此外，本发明还涉及一种用于操作液压驱动装置的方法，该液压驱动装置具有可在气缸室中移动引导的活塞，该活塞形成工作压力室的边界，其中工作压力室被以液压液施压用以使活塞在工作方向上运动。

所述类型的液压驱动装置和方法以不同的实施形式已知。就此而言，关于现有技术例如参考EP 0 296 104 B1。现有技术的共同特征在于，活塞的往复运动借助高压供给装置的液压液来实现。这种装置尤其使用在冲压机、压印机、步冲机、弯曲机或变形机中。在这种典型的高动态工作运行的情况下，由于原理上的原因，出现高压供给装置的液压液的高的体积流量，并且必须提供足够的能量。

在DE 37 20 266C2和EP 0 296 104 B1中公开了其他液压驱动装置。

本发明基于的任务在于，实现一种节能的液压驱动装置，尤其是用于使用在冲压机、压印机、步冲机、弯曲机或变形机中。

该任务通过根据权利要求1所述的液压驱动装置来解决。相应地，根据本发明设计为，活塞的朝着工作压力室的区域形成低压室的边界，低压室在所述装置的工作中由用于液压液的低压供给装置施压，使得在控制装置将工作压力室与回流室相连时，使活塞逆着工作方向地向回运动。

由于活塞的向回运动通过低压供给装置的液压液来实现，所以在活塞的向前运行和向回运行构成的工作循环中极大地降低了该装置的能量需求。尤其是在具有原理上引起的工作循环的高重复频率的冲压机、压印机、步冲机、弯曲机或变形机的使用中，形成高度节能。而在目前现有技术中已知的液压驱动装置中，活塞的向回运动与来自高压供给装置的液压液的体积流量相关联，这引起极大的能量损耗。

活塞有利地不仅形成工作压力室和回流室的边界，而且形成高压室和低压室的边界。工作压力室以液压液施压在此使力在工作方向上作用于活塞，而低压室的施压使力逆着工作方向作用于活塞。回流室尤其是通过罐连接器与罐连接，并且用于将液压液从工作压力室导出。高压室尤其是通过高压连接器与高压供给装置连接，并且用于为工作压力室供给液压液。与其分离地，低压室尤其是通过低压连接器与低压供给装置相连。高压室和低压室在此尤其是构建为，使得在施压时没有在工作方向上或逆着工作方向作用于工作活塞的力。

本发明的一个改进方案设计为，低压室与控制装置的控制状态无关地与高压供给装置分离。高压供给装置由此只在工作步骤期间(即在向前期间)移除液压液，其中通过以液压液填充工作压力室使活塞在工作方向上运动。在活塞向回运动时，没有高压供给装置的液压液流动。

作为本发明的优选的扩展方案设计有调节装置，借助该调节装置可以根据活塞的行程和/或活塞的工作负荷来调节高压供给装置的压力。由此，能够实现进一步的节能，因为通常仅仅对于整个活塞运动的一部分而言需要活塞的全部力作用。因此不仅在活塞向回运行时如前面所描述的那样节约能量，而且也可以在活塞的向前运行期间减小能量需求。

有利地，调节装置构建为使得高压供给装置的压力具有值p1，用于使活塞从其向回运行的终端位置出发在工作方向上运动直至开始承受工作负载或者直至快要开始承受工作负载，并且接着，尤其是在工作负载期间具有值p2。在此，p1小于p2。

此外，调节装置有利地构建为，使得当活塞在工作方向上进一步运动时在克服工作负载之后高压供给装置的压力具有值p3，其中p3小于p2和/或p3等于p1。

由此实现的是，例如在通过活塞运动使工件变形期间，仅仅在工作负载的范围中出现高压源的提高的功率需求。活塞的直至开始工作负载的向前运行以较小的能量开销进行。

作为有利的改进方案，设置有用于确定活塞的行程(即位置)的路径测量系统和/或用于确定活塞的工作负载的负载测量系统。在与高压供给装置的压力的调节装置的协作中，这些测量系统能够实现优化的高压接入用以进一步节能。

作为本发明的其他扩展方案设计为：控制装置在其在活塞中所引导的区域中沿着工作方向形成压力室的边界，该压力室与低压室压力连接。

如下得到本发明的一个优选的实施形式：控制装置实施为沿着工作轴线引导的控制片，其至少分区段地在活塞的内部引导，并且其具有控制边，这些控制边构建为用于与活塞上的另外的控制边协作，以便控制到工作压力室中的或者来自工作压力室的液压液的穿流。在压力片如前面所描述的那样在其在活塞中被引导的区域中沿着工作方向形成压力室(该压力室与低压室压力连接)的边界时，则控制片不中断地经受逆着工作方向的力。为了操作，控制片因此只需在工作方向上移动，而不必相反地牵拉。可替选地也可能的是，使用可围绕其纵轴线旋转的控制装置。

控制片在此可以单件式地或多件式地构建，其中控制片的各个部分尤其可以通过活节彼此连接。由此，尤其是可以补偿同心度误差。

此外，控制片一方面可以在活塞的与低压室邻接的区域中在圆柱形的导向孔中引导，而另一方面在圆柱形壳体中在另一圆柱形的导向孔中引导，其中导向孔具有相同的直径。

作为本发明的改进方案，用于操作控制片的联杆设置为使得控制片可以借助联杆在活塞的工作方向上移动。当控制片如前面所描述的那样形成活塞中的压力室的边界(该压力室与低压室压力连接)时，由此不中断地将力逆着工作方向作用于控制片上。联杆因此为了操作控制片仅仅需要将控制片在工作方向上推移，但不牵拉该控制片。由此不需要将控制杆和控制片固定地彼此连接。尤其是联杆可以仅仅松动地靠置在控制片上。

有利地，联杆与电机械转换器连接。尤其是，可以设计的是，电机械转换器实施为线性直接电动机(Direktmotor)并且其可沿着工作轴线运动的转子与联杆固定连接。

此外，为了解决开头提出的任务，提供了具有权利要求12的特征的方法。在用于借助可在气缸室中移动地引导的活塞(该活塞形成工作压力室的边界)操作液压工作装置的方法中，借助液压液对工作压力室施加高压PH以使活塞在工作方向上运动。根据本发明，对低压室施加低压PN用于使活塞逆着工作方向而向回运动，该低压室通过活塞的背离工作压力室的区域形成边界。在此，适用PN＜＝PH。为了执行该方法，尤其使用根据本发明的液压驱动装置。由此实现了以节能方式通过具有低压力的液压液引起活塞逆着工作方向而向回运动。仅仅对于活塞在工作方向上的运动需要具有高压力的液压液。

该方法由此可以进一步构建为，根据活塞的行程和/或活塞的工作负载来调节对工作压力室施加压力的液压液的压力。

作为其他扩展方案，不中断地对低压室施加以低压。

特别优选的是，对工作压力室施压的液压液的高压具有值p1，用于使活塞从其向回运行的终端位置出发在工作方向上运动直至开始承受工作负载或者直至快要开始承受工作负载，并且接着，尤其是在工作负载期间具有值p2，其中p1小于p2。针对在克服工作负载之后活塞在工作方向上进一步运动的情况设计的是，高压具有值p3，其中p3小于p2和/或p3等于p1。

本发明的其他细节和有利的扩展方案可以从以下描述中获得，借助该描述更为详细地描述和阐述了本发明的在附图中示出的实施形式。

其中：

图1示出了处于静止状态的根据本发明的液压驱动装置的纵截面，

图2作为纵截面示出了根据图1的在活塞向前运行的状态中的驱动装置的一部分，

图3作为纵截面示出了根据图1的在活塞向回运行的状态中的驱动装置的一部分，

图4示出了活塞的行程和高压供给装置的被调节的压力的时间变化过程。

图1-3中所示的液压工作装置具有气缸3和活塞5。活塞5在气缸室8内可沿着工作轴线10移动地并且密封地引导。活塞5与活塞杆6一体式地连接，该活塞杆在工作方向11上突出于气缸3。活塞杆6例如可以与用于使工件(未示出)变形的冲压工具(未示出)连接。活塞5形成工作压力室13、回流室15、高压室17和低压室19的边界，它们以液压液填充用于以下面描述的方式操作所述装置。工作压力室13借助液压液施压在此将力在工作方向11上作用于活塞5上，而低压室19的施压将力逆着工作方向11作用于活塞5上。回流室15通过罐连接器与罐22相连并且用于将液压液导出。高压室17通过高压连接器18与液压液的高压供给装置24相连并且用于为工作压力室13供给液压液。由此分离地，低压室19通过低压连接器20与液压液的低压供给装置26相连。

活塞5具有共轴的圆柱形孔28，在其中控制片30形式的控制装置29沿着工作轴10可纵向移动地并且密封地引导。控制片30的轴向的端部区域32和34活塞状地构建。活塞侧的端部区域32在此在活塞5中的圆柱形的导向孔36中密封地引导并且在活塞5中形成压力室38的边界，压力室38与低压室19压力连接。控制片30的背离活塞5的端部区域34在圆柱形的导向孔40中密封地引导。导向孔36和40的直径在此大小相同。

控制片30具有带有控制边42和43的穿通窗48。这些控制边构建为用于与活塞上的控制边45和46协作，以便提供活塞5和控制片30的液压随动调节。回流室15和高压室17为此具有穿流孔41和44，它们将回流室15和高压室与控制片30的轴向孔28相连。活塞侧的控制边45在此与穿流孔41并且由此与回流室15相连，活塞侧的控制边46与穿流孔44相连并且由此与高压室17相连。与相关的控制边45和46相比，在控制片30上的控制边42和43彼此间具有相同或略微更小的间距。通过控制片30沿着工作轴线10移动因此可以将工作压力室13与回流室15或与高压室17压力连接。低压室19与控制片30的位置无关地不具有至高压室17或者回流室15的压力连接。

为了操作控制片30，设置有联杆50，借助其可以使控制片30在工作方向11上移动。联杆50在此仅松动地靠置在控制片30的活塞状的端部区域34上。联杆50另一方面与电机械转换器54的转子52固定相连，该电机械转换器尤其构建为线性直接电动机。

为了调节高压供给装置24的压力，设置有调节装置60。调节装置60根据活塞5沿着工作方向11的行程即位置来调节高压供给装置24的压力。活塞5沿着工作轴线10的位置通过路径测量系统62来确定。此外，可以设计的是，调节装置60根据活塞5的工作负载调节高压供给装置24的压力，其借助负载测量系统(未示出)来确定。

在工作中，液压驱动装置1以下面所描述的方式工作。在图1所示的静止状态中，控制片30通过联杆50保持在静止状态中。在此，通过控制杆50补偿通过在压力室38中的低压逆着工作方向11作用于控制片30的力。此外，通过处于工作压力室13中的液压液作用于活塞5的在工作方向11上的力与通过处于低压室19中的液压液作用于活塞5的逆着工作方向的11力之间处于力平衡。液压液从高压室17至工作压力室13或从工作压力室13至回流室15的穿流被阻止，因为穿流孔41和44被控制片30密封地覆盖。

如果联杆50通过线性直接电动机54在工作方向上运动，则联杆50使控制片30同样在工作方向上移动。如图2中所示，由此在控制片30上的控制边43与活塞5上的控制边46之间打开间隙。由此，高压室17与工作压力室13压力连接并且液压液从高压供给装置24通过高压室17穿过穿通窗48流入工作压力室13中。由此，力在工作方向11上作用于活塞5并且使活塞5在工作方向11上运动。活塞5跟随控制片30的运动直至控制边43和46又如图1中所示的那样闭合，从而使得液压液从高压室17至工作压力室13或从工作压力室13至回流室15的穿流中断。于是又形成了类似图1所示的情况的静止状态。

基本上构建为环形室的高压室17在轴向方向上延伸，使得高压连接器18在整个行程上与穿流孔44相连。在工作中尽管在控制片30将穿流孔44闭合时也对高压室17施加高压，但由此并不能得出从中得到使活塞5在一个方向上运动的力。代替高压室17也可以在高压连接器18与穿流孔44之间设置有软管连接。

相应内容适用于同样构建为环形室的回流室15，其将穿流孔41与罐连接器16相连，而未引起作用于活塞5的力。在此也可以在罐连接器16和穿流孔41之间设置有软管连接。

为了使活塞逆着工作方向11向回运动，联杆50通过线性直接电动机54逆着工作方向从控制片30的终端区域34运动离开。通过占据压力室38的低压使控制片30逆着工作方向11运动。如图3中所示，由此在控制片30上的控制边42与活塞5上的控制边45之间打开间隙，使得工作压力室13与回流室15压力连接。通过占据低压室19的低压使力逆着工作方向11作用于活塞5上。活塞5现在可以逆着工作方向11运动，其中处于工作压力室13中的液压液通过穿通窗48排挤到回流室15中并且从那里排挤到罐22中。活塞5和控制片30逆着工作方向11运动，直至控制片30的进一步运动通过控制片30的端部区域34碰到联杆50而被阻止。于是，控制片又移动到如下状态中，在该状态中在控制边42和45之间的间隙封闭。于是形成与图1中所示的静止状态类似的静止状态。

在针对金属工件的冲压机中的所描述的液压驱动装置的典型使用中，并非在活塞5的向前运行和向回运行构成的整个工作循环期间都需要活塞5在工作方向11上的全部工作力。更确切地说，仅仅在与活塞杆6相连的冲压工具(未示出)碰到工件(未示出)时和在穿过工件期间需要全部工作力。在所描述的实施例中，因此设计的是，调节装置60根据活塞5的行程即位置调节高压供给装置24的压力。

在图4中示出了活塞5的位置的时间变化曲线以及通过调节装置60调节的高压供给装置24的压力的时间变化曲线。从活塞5的向回运行的终端位置POS0开始，活塞5在工作方向11上运动直至位置POS1，在该位置中与活塞杆相连的冲压工具碰到待变形的工件。对于该行程，高压供给装置24的压力被调节到低的值p1上，其尤其是可以选择为与低压供给装置26的值相等。该行程在此通过路径测量系统62来检测并且与预先设置的值比较，该预先设置的值例如对应于活塞5的向回运行的终端位置中冲压工具距工件的距离。如果活塞在所述的距离上运行，则冲压工具碰到待变形的工件。这在图4中POS1表示的活塞位置上出现。于是，调节装置60将高压供给装置24的压力提高到值p2，该值明显高于p1并且典型地对应于高压供给装置24的最大压力。该高压为了活塞5在工作方向11上的进一步运动而维持直至安置在活塞杆6上的冲压工具穿过工件(图4中的活塞5的位置POS2)。由此，作用于活塞5的工作负载减小。如果设计为活塞5在工作方向11上进一步运动直至位置POS3，则调节装置60将高压供给装置24的压力降低到值p3，该值小于压力p2并且尤其是等于低压供给装置26的压力。

在活塞5逆着工作方向11向回运动期间，控制片30阻隔液压液从高压供给装置24至工作压力室13的进一步的穿流。高压供给装置24的液压液的耗能的体积流量因此被阻止。向回运行仅仅通过低压供给装置26的液压液的体积流量来引起。

所描述的本发明的实施例极大地降低了具有活塞5的反复向前运行和向回运行的典型使用中的能量需求。这一方面通过活塞5逆着工作方向11的向回运行基本上通过节能的低压供给装置26的液压液来实现的方式实现。另一方面，通过所描述的与活塞5的行程和/或工作负载相关的高压供给装置24的高压接通进一步减少能量需求。

Claims (15)

1.一种液压驱动装置(1)，其具有在气缸室(8)中能够沿着工作轴(10)移动引导的活塞(5)，所述活塞形成能够以液压液施压的工作压力室(13)的边界，以及所述液压驱动装置具有分区段地在活塞(5)中在不同的控制状态之间引导的至少一个控制装置(29)，用于控制液压液从高压供给装置(24)至工作压力室(13)中的穿流用于使活塞在工作方向(11)上运动，以及控制液压液从工作压力室(13)至回流室(15)的穿流，其特征在于，活塞(5)的背离工作压力室(13)的区域形成低压室(19)的边界，所述低压室在所述装置工作中由液压液的低压供给装置(26)施压，使得在控制装置(29)将工作压力室(13)与回流室(15)相连时，使活塞(5)逆着工作方向(11)向回运动。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，低压室(19)与控制装置(29)的控制状态不相关地与高压供给装置(24)分离。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，设置有调节装置(60)，借助所述调节装置能够根据活塞(5)沿着工作方向(11)的行程和/或活塞(5)的工作负载调节高压供给装置(24)的压力。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，调节装置(60)构建为使得高压供给装置(24)的压力具有值p1，用于使活塞(5)从活塞向回运行的终端位置出发在工作方向(11)上运动直至开始承受工作负载或者直至快要开始承受工作负载，并且接着，尤其是在工作负载期间具有值p2，其中p1＜p2。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，调节装置(60)构建为在活塞(5)在工作方向(11)上的进一步运动中在克服工作负载之后，高压供给装置(24)的压力具有值p3，其中p3＜p2和/或p3＝p1。

6.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，设置有路径测量系统(62)用于确定活塞(3)的行程和/或设置有负载测量系统用于确定活塞(3)的工作负载。

7.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，控制装置(29)在其在活塞(5)中被引导的区域中沿着工作方向(11)形成压力室(38)的边界，所述压力室与低压室(19)压力连接。

8.根据上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征在于，控制装置(29)实施为至少分区段地在活塞(5)的内部中沿着工作轴线(10)引导的控制片(30)，所述控制片具有控制边(42，43)，控制边构建为与活塞(5)上的另外的控制边(45，46)协作，以便控制到工作压力室(13)中的或者来自工作压力室(13)的液压液的穿流。

9.根据上述权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，控制片(30)一方面在活塞(5)的与低压室(19)邻接的区域中在圆柱形的导向孔(36)中引导，而另一方面在圆柱形壳体(3)中在另一圆柱形的导向孔(40)中引导，其中所述导向孔(36，40)具有相同的直径。

10.根据上述权利要求8或9所述的驱动装置，其特征在于，设置有用于操作控制片(30)的联杆(50)，使得控制片(30)能够借助联杆(50)在活塞的工作方向(11)上被移动。

11.根据权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，联杆(50)与电机械转换器(54)相连。

12.一种用于操作液压驱动装置、尤其是根据上述权利要求之一所述的液压驱动装置的方法，所述驱动装置带有能够在气缸室(8)中移动地引导的活塞(5)，所述活塞形成工作压力室(13)的边界，其中借助液压液对工作压力室(13)施加高压PH以使活塞(5)在工作方向(11)上运动，其特征在于，对低压室(19)施加低压PN用于使活塞(5)逆着工作方向(11)而向回运动，所述低压室通过活塞(5)的背离工作压力室(13)的区域形成边界，其中PN＜＝PH。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据活塞(5)的行程和/或活塞(5)的工作负载来调节对工作压力室(13)施加压力的液压液的高压。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，不中断地对低压室(19)施加以低压。

15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其特征在于，对工作压力室(13)施压的液压液的高压具有值p1，用于使活塞(5)从其向回运行的终端位置出发在工作方向(11)上运动直至开始承受工作负载或者直至快要开始承受工作负载，并且接着，尤其是在工作负载期间具有值p2，其中p1＜p2，并且针对在克服工作负载之后活塞(5)在工作方向(11)上进一步运动的情况设计的是，所述高压具有值p3，其中p3＜p2和/或p3＝p1。

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