CN106567869A - 用于成型机的液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压驱动装置(3)、尤其是用于成型机的液压驱动装置，其包括：至少一个马达(4)、尤其是电动马达；至少一个第一液压泵(1)，所述第一液压泵能通过所述至少一个马达(4)驱动；和至少一个飞轮(5)，其中，设有至少一个第二液压泵(2)，所述第二液压泵与所述至少一个飞轮(5)连接或者能与所述至少一个飞轮连接，并且在所述第一液压泵和第二液压泵(2)之间设有液压连接管路(6)。本发明还涉及一种成型机和一种用于运行液压驱动装置(3)的方法。

Description

用于成型机的液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种液压驱动装置、尤其是用于成型机的液压驱动装置，其包括至少一个马达、尤其是电动马达；至少一个第一液压泵，所述第一液压泵能通过所述至少一个马达驱动；和至少一个飞轮。本发明还涉及一种具有这样的液压驱动装置的成型机和一种用于运行液压驱动装置的方法。
背景技术
液压驱动装置大多这样地设计，使得一个或多个马达-泵-单元能够覆盖工作循环中的所有所需的功率。在此通常考虑的是，电动马达也能够短暂地明显超过其额定负荷运行。
但是如果在工作循环中仅需要较高功率一次，那么这大多也必须利用附加的或者功率更强的马达和/或泵实现，这导致设备的总连接功率也上升。
替换地，对于这样的情况也通常使用液压储存器，这些液压储存器在间歇时间中被加载，并且为了覆盖峰值负荷又取出在压力下储存的液压油。在此，缺点非常明显地在于差的效率并且由此在于较高的能量消耗。但是储存器的附加的并且常规所需的安全措施也不受用户欢迎。
具有电动马达、液压泵和飞轮的驱动装置由DE 197 01 671B4得出。该驱动装置适合于实施具有以不同方式改变的功率需求的不同工作循环。这通过以下方式实现，即，电动马达与液压泵的转子轴通过能够中断转矩传递的离合器连接并且设有根据飞轮的低于和超过各一个预定的转速来分别提高和降低电动马达的功率输出的控制装置。在此的缺点是，为了改变功率输出还需要费力的机械离合器。
DE 10 2010 035 283 A1示出一种液压驱动装置，其中，调频的驱动马达通过其马达轴永久地牢固地与(至少)一个飞轮和(至少)一个不受调节的液压泵连接。由此在每个转速时都能实现最大的转矩输出。在此缺点尤其是，驱动马达始终与飞轮连接。由此在驱动马达、液压泵和飞轮之间永久地得到关联。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种相对于现有技术改进的液压驱动装置。
这通过一种具有权利要求1的特征的液压驱动装置实现。优选的实施方式在从属权利要求中给出。据此，按照本发明，液压驱动装置具有至少一个第二液压泵，所述第二液压泵与所述至少一个飞轮连接或者能与所述至少一个飞轮连接，并且所述液压驱动装置具有在第一液压泵和第二液压泵之间的液压连接管路。由此能够实现的是，第二液压泵连同飞轮一起在峰值负荷时可以附加地被使用。由此显著改善整个液压驱动装置的效率。
按照一种优选的实施例，设有第一液压开关元件，通过所述第一液压开关元件能阻断在第一液压泵和第二液压泵之间的液压连接管路。该解决方案与描述了马达-泵-飞轮-单元的DE 197 01 671B4相比的大优点是如下情况：能借助简单的开关元件(例如液压阀)调用通过飞轮储存的能量，而不是通过耗费的机械式离合器。
对于所述泵的构造而言，两种变型方案是可能的。按照第一种变型方案规定，所述至少一个第一液压泵和/或所述至少一个第二液压泵构造为排量可变的。由此能够调节或者说改变输送容量。对此特别优选地规定，所述至少一个第二液压泵的排量可在用于对飞轮加载的加载位置和用于对飞轮卸载的卸载位置之间变化。因此例如可实现的是，对于第一液压泵使用相对小的马达，从而对飞轮的加载可以通过连接管路和第二泵相对缓慢地进行。对于卸载而言，第二泵的排量可以相对大，由此通过第二泵连同飞轮的接入能够给消耗器提供大量的液压液。
按照第二种变型方案规定，所述至少一个第一液压泵和/或所述至少一个第二液压泵构造为定量泵。由此在该泵或者这些泵中每单位时间始终输送相同的容量。
对于马达优选地规定，所述马达构造为转速可变的马达。所述转速是带符号的，因此即转动方向也是可变。
此外优选地规定，所述至少一个马达和所述至少一个第一液压泵通过一个共同的轴耦接。
按照另一种优选的实施方式规定，液压驱动装置具有开环控制或闭环控制单元。通过该开环控制或闭环控制单元能够开环控制或闭环控制马达、第一液压泵、第二液压泵和/或第一开关元件。优选地设有一个唯一的开环控制或闭环控制单元，通过该开环控制或闭环控制单元可操控液压驱动装置的所有的部件。
所述开环控制或闭环控制单元可以特别优选地用于将所述至少一个第一液压泵通过第一液压开关元件与所述至少一个第二液压泵耦接，从而通过所述至少一个第一液压泵能向所述至少一个第二液压泵输送液压液。在第一阶段中，在此通过开环控制或闭环控制单元可这样地调节第二液压泵的工作容积，使得第二液压泵作为液压马达工作并且由此使飞轮加速。在第二阶段中，通过开环控制或闭环控制单元可这样地调节第二液压泵的工作容积，使得第二液压泵作为(辅助)泵工作并且在此可由飞轮驱动。
这两种泵能够将液压液输送到一个共同的液压管路中。原则上也可能的是，所述至少两个泵(分别在单独运行中)供给分开的系统。优选地规定，所述至少一个第一液压泵和所述至少一个第二液压泵并联连接。在此优选地规定，在并联连接中液压液的流动方向能通过改变马达的转速和/或通过改变至少一个第一液压泵的摆角和/或通过连接在马达和第一液压泵之间的传动装置切换。为此可以规定，在并联连接中液压液的流动方向能通过第二液压开关元件、优选三位四通换向阀切换。该切换在此优选通过开环控制或闭环控制单元(非手动地)进行。此外，在并联连接中可以设有供给泵和/或压力储存器，通过所述供给泵和/或压力储存器能对所述并联连接加载压力。由此能在并联连接中建立压力，从而不出现空穴。压力储存器能够以气囊式储能器、活塞-缸-单元或类似装置的形式构造。
原则上，第一和第二泵可以构造为相同的(即结构相同)。但是为了确保与相应的液压驱动装置中的条件高效匹配，第一泵和第二泵可以不同，优选在它们的最大转速方面不同。
为了在液压驱动装置运行时确保尽可能精确且快速的影响，设有传感器，通过该传感器可检测表征飞轮和/或第二泵的转速的信号。表征飞轮转速的信号可输送给开环控制或闭环控制单元，通过所述开环控制或闭环控制单元，可通过对所述至少一个第一泵的开环控制或闭环控制和/或通过对所述至少一个第二泵的开环控制或闭环控制和/或通过对马达的开环控制或闭环控制来补偿液压液的体积流量。
换言之，在本发明中，马达-泵-单元被用于驱动至少一个消耗器。在此，马达-泵-单元可以通过第一液压开关元件而与附加的第二液压泵连接，该第二液压泵又(仅仅)可与飞轮耦合或者已与飞轮耦合。这就是说，第一液压泵可以将第二液压泵连同所属的飞轮带到希望的转速并且由此将附加的液压驱动轴带上功率。如果现在需要比(第一)马达-泵-组合更高的功率，则可以通过相同的开关阀接入该马达-泵-组合。在此，应当使第二泵的输送方向反向，这在最简单的情况下可以利用调节泵和反向的摆角偏转实现。当然也可想到“输送流反向”的其它变型方案(例如通过抽吸-压力管路的液压阀的切换等等)。液压功率在原理上可以加倍，而不提高连接功率。当例如第二液压泵比第一液压泵大多倍或者能够以比第一液压泵高的转速运行时，液压功率不是仅可以加倍，而且可以增加多倍。在设置多个第二液压泵连同被依次“加载”的飞轮时，液压峰值功率甚至可以增加多倍。
也要求保护一种成型机、尤其是注塑机，其具有至少一个消耗器，其中，所述消耗器能通过按照本发明的液压驱动装置驱动。这样的消耗器可以例如是液压致动器，尤其是液压缸或者液压马达。
按照本发明的任务也通过一种具有权利要求18的特征的方法解决。据此，通过连接管路在第一液压泵和第二液压泵之间输送液压液、优选液压油。在该方法中，液压驱动装置也优选具有第一液压开关元件，通过该第一液压开关元件能阻断第一液压泵和第二液压泵之间的液压连接管路。此外优选设有开环控制或闭环控制单元，通过所述开环控制或闭环控制单元操控所述第一液压开关元件，并且通过开环控制或闭环控制单元将所述至少一个第一液压泵通过第一液压开关元件而与所述至少一个第二液压泵耦接，由此能实现以下步骤：根据所述第一液压开关元件的接通位置在所述至少一个第一液压泵和所述至少一个第二液压泵之间输送液压液。
尤其是在所述方法中执行彼此相继的步骤：使飞轮加速和通过飞轮驱动第二液压泵。加速按以下方式进行，即，通过开环控制或闭环控制单元这样地调节第二液压泵的工作容积，使得所述第二液压泵作为液压马达工作用于使飞轮加速。通过飞轮驱动第二液压泵按以下方式进行，即，通过所述开环控制或闭环控制单元调节第二液压泵的工作容积。
所述液压驱动装置的所有的优选实施变型方案按照意义地也适用于所述方法，反之亦然。
附图说明
本发明的其它细节和优点在下面借助附图说明参照在附图中所示的实施例详细阐述。其中：
图1示意地示出在加载飞轮时的液压驱动装置，
图2示意地示出在储存时带有飞轮的液压驱动装置，
图3示意地示出在从单个系统中取出时的液压驱动装置，
图4示意地示出在从整个系统中取出时的液压驱动装置，
图5示意地示出具有多个飞轮和连接管路的液压驱动装置，
图6a和6b示意地示出具有并联连接的、在不同的开关位置中的液压驱动装置，
图7示意地示出在储存运行中的液压驱动装置，
图8示意地示出加载后的液压驱动装置，和
图9示意地示出正在加载的液压驱动装置。
具体实施方式
在图1中示出液压驱动装置3的基本实施方式。第一液压泵1由马达4、优选由电动马达(或液压马达)通过轴8驱动。设有至少一个另外的(第二)液压泵2，所述另外的(第二)液压泵的轴与机械飞轮5连接，而取代与常见的电动马达连接。此外设有连接管路6(带有液压开关元件7)，以便能够将第一泵1与第二泵2液压地连接。这两种泵1和2中的每个泵在管路技术上与一个油箱13处在液压液连接中(当然可以取代两个单独的油箱13也仅设置一个油箱13)。布置在连接管路6中或上的开关元件7与开环控制或闭环控制单元9处在信号技术连接中。
在按照图1的加载位置L中，马达4驱动第一泵1。第一泵1向第二泵2的输送流通过开关元件7接通，由此该泵2如液压马达那样被驱动并且由此该第二泵2与飞轮5进入运动中并且能够被带到希望的转速。由此在飞轮5的合适的尺寸化时能够利用由第二泵2和飞轮5组成的单元储存液压功率，该液压功率能够在需要峰值功率时相应地被接入。
在由马达4和第一泵1组成的驱动单元中，原则上不重要的是，是涉及调节泵、还是涉及定量泵，亦或涉及具有恒定转速或可变转速的电动马达。具有至少一个可变自由度(马达转速和/或泵摆角)的实施方式是有利的。
如果第二液压泵2被实施为调节泵，则得到多个优点：例如在图1中构造为调节泵的第二液压泵2被轻易地带入到负的摆动范围(抽吸运行)中和由此通过第一液压泵1的输送流被加速，从而第二液压泵2将第一液压泵1的输送流输送回油箱13中。
第二液压泵2的可变的负摆角的可能性在加载运行中或者说在加载位置L中提供如下优点，即，通过第二液压泵2的摆角能调节用于加速飞轮5所需的力矩，这在飞轮5升速运行时提供最佳的可调节性。
此外，第二液压泵2可以具有比第一液压泵1明显更大的输送容量并且尽管如此仍能实现加载过程。例如，第一液压泵1在70ccm/转的排量时在1500转/min时最大达到100l/min。但，排量为140ccm/转的两倍这么大的第二液压泵在加载过程中将会仅回摆到-50％。虽然施加到飞轮上的转矩仅是完整的负摆角有效时的一半那么大，但是这将会仅导致加载过程持续两倍那么长。
另一个优点是，甚至可能将飞轮系统带到比马达-泵-系统明显更高的转速，其方式是使泵2的负摆角进一步回撤。在此完全无关紧要的是，泵2是大于、等于还是小于泵1。
在图2中所示的储存时，第二液压泵2作为调节泵的实施方式提供如下优点，即，在通过开关元件7的切换而切断两个泵系统之后，第二液压泵2能够被置于不喷液行程并且由此在储存运行或者说储存位置SP中不必循环不必要的量。也就是说，飞轮-泵-单元的损失能量降至最低，因为在不喷液行程中液压损失最少。第一液压泵1可以在该阶段中选择地关断、待机(在压力调节中的泵)运行或者用于其它的消耗器。
在泵-飞轮-单元独立地(无能量输入地)在希望的转速上运行之后，可以随时(如在其它各种泵系统中那样)通过第二液压泵2的主动摆角操控来调用泵-飞轮-单元的液压功率。这能够与每个单个的系统分开地进行，由此并行地操作两个不同的(未示出的)消耗器(图3)。通过第一液压泵1和第二液压泵2的联接，也可以为(未示出的)消耗器提高可用的功率(图4)。同样也可想到如下变型方案，即，马达-泵-单元操作多个泵-飞轮-系统并且这些泵-飞轮-系统可以为了取出同样选择性联接地运行或者也可以分开地运行(图5)。在所有这些系统中特别有利的是，用于加载过程的这些阀(开关元件7)也同时用于泵-飞轮-单元在取出时的接通和断开。
对于图4要说明的是，例如示出一个传感器12，通过该传感器可检测表征飞轮5或泵2的转速的信号S。该信号S被传送给开环控制或闭环控制单元9，该开环控制或闭环控制单元将相应的控制脉冲传送给第一液压开关元件7、第一液压泵1和/或第二液压泵2，以便补偿液压液的体积流量的波动。具体而言，由此能够执行泵-飞轮-单元的转速测量和分析。有意义的是，泵-飞轮-单元装有转速传感器(传感器12)，以便一方面能够最佳地控制装载过程，但是另一方面也以便在取出时(通过了解第二液压泵2的精确转速和摆角)了解该单元的精确的输送容量。由此甚至可以建立一种闭环控制，该闭环控制使泵-飞轮-单元的输送容量保持恒定或者说保持在希望的值，尽管该单元的转速强制性地在取出功率时将下降。仅需要相应地提高第二液压泵2的摆角。该系统的最低输送量便通过第二液压泵2的最小许可转速和最大摆角确定。
例如将泵-飞轮-单元带到2000转/min。在取出时，转速下降到大约1500转/min。与此并行地，根据当前的实际转速，泵2的摆角从75％提高到100％。由此，系统的外部输送容量保持恒定。
与具有在飞轮轴线上的调节泵的解决方案不同，具有“定量泵+飞轮”的变型方案区别首先在于，在加载和取出之间的输送流的反转不可能通过第二液压泵2自己实现。而是必须要么通过相应的附加措施转换恒定的输送流(压力和抽吸管路的转换)或者这样地组合可调节的加载单元，使得该加载单元可以完全“抽走”泵-飞轮-单元的输送容量并且由此产生封闭的循环。
按照图6a，实现用于未示出的消耗器的具有25％(Qmax/4)的输送。据此，第一液压泵1通过转速可变的马达4运行(转速V＝25％)。通过转动方向反转(-n max/2)，该马达-泵-单元能够完全“抽走”第二液压泵2的输送容量并且由此产生为零的外部输送容量。通过减小“负的”转速，可以有目的地提高总输送容量。
利用最大的“正”转速(V＝100％；+n max)，达到整个系统的最大输送容量(见图6b)。
图7示出具有定量泵-飞轮-组合的储存运行。“V＝0％”意味着，外部的体积流量为零。“-n max”意味着，第一液压泵1以最大的负转速转动并且因此抽走第二液压泵的整个输送容量。附加地存在供给泵11，利用该供给泵能对液压驱动装置3的(并联布置的)管路施加压力(优选5巴的压力)。也存在止回阀14。
在具有定量泵的液压驱动装置3中也得到通过换向阀切换的可能性。在图8和9中所示的该变型方案中，泵2的油流通过相应的第二液压开关元件10这样地切换，使得在第二液压泵2的转动方向不变的情况下得到三种可能性：加载(图8)、“已增压”(图9-待机或者无压力的运转)和取出(未示出)。第二液压开关元件10构造为三位四通换向阀。在图8中通过第二液压开关元件10的开关位置在飞轮5、第二液压泵2和开关元件10之间得到内循环。而马达4静止。在图9中，第二液压开关元件10位于一个开关位置中，该开关位置对应于加载位置L，由此通过马达4、第一液压泵1和连接管路6对第二液压泵2和飞轮5加载。

Claims (22)

1.液压驱动装置(3)、尤其是用于成型机的液压驱动装置，包括：
至少一个马达(4)、尤其是电动马达；
至少一个第一液压泵(1)，所述第一液压泵能通过所述至少一个马达(4)驱动；和
至少一个飞轮(5)；
其特征在于，
设有至少一个第二液压泵(2)，所述第二液压泵与所述至少一个飞轮(5)连接或者能与所述至少一个飞轮连接，并且
在所述第一液压泵和第二液压泵(2)之间设有液压连接管路(6)。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，设有第一液压开关元件(7)，通过所述第一液压开关元件能阻断所述第一液压泵(1)和第二液压泵(2)之间的液压连接管路(6)。
3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述至少一个第一液压泵(1)和/或所述至少一个第二液压泵(2)构造为排量可变的。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述至少一个第二液压泵(2)的排量能在用于对所述飞轮(5)加载的加载位置(L)和用于对所述飞轮卸载的卸载位置(E)之间变化。
5.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，所述至少一个第一液压泵(1)和/或所述至少一个第二液压泵(2)构造为定量泵。
6.根据以上权利要求中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，所述马达(4)构造为转速可变的马达。
7.根据以上权利要求中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，所述至少一个马达(4)和所述至少一个第一液压泵(1)通过一个共同的轴(8)耦接。
8.根据权利要求2至7中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，设有开环控制或闭环控制单元(9)，通过所述开环控制或闭环控制单元能操控所述第一液压开关元件(7)，并且所述开环控制或闭环控制单元(9)构造为用于使所述至少一个第一液压泵(1)通过所述第一液压开关元件(7)而与所述至少一个第二液压泵(2)耦接，从而通过所述至少一个第一液压泵(1)能向所述至少一个第二液压泵(2)输送液压液。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，通过所述开环控制或闭环控制单元(9)能这样地调节所述第二液压泵(2)的工作容积，使得所述第二液压泵(2)作为液压马达工作并且由此使所述飞轮(5)加速。
10.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，通过所述开环控制或闭环控制单元(9)能这样地调节所述第二液压泵(2)的工作容积，使得所述第二液压泵(2)作为泵工作并且在此能被所述飞轮(5)驱动。
11.根据以上权利要求中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，所述至少一个第一液压泵(1)和所述至少一个第二液压泵(2)并联连接。
12.根据权利要求11所述的驱动装置，其特征在于，在并联连接中液压液的流动方向能通过改变所述马达(4)的转速和/或通过改变所述至少一个第一液压泵(1)的摆角和/或通过连接在马达(4)和第一液压泵(1)之间的传动装置切换。
13.根据权利要求11或12所述的驱动装置，其特征在于，在并联连接中液压液的流动方向能通过第二液压开关元件(10)、优选三位四通换向阀切换。
14.根据权利要求11至13中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，设有供给泵(11)和/或压力储存器，通过所述供给泵和/或压力储存器能对并联连接施加压力。
15.根据以上权利要求中的至少一项所述的驱动装置，其特征在于，设有传感器(12)，通过所述传感器能检测表征所述飞轮(5)和/或所述第二液压泵(2)的转速的信号(S)。
16.根据权利要求15所述的驱动装置，其特征在于，设有开环控制或闭环控制单元(9)，表征用的所述信号(S)能输送给所述开环控制或闭环控制单元，其中，所述开环控制或闭环控制单元(9)构造为用于通过开环控制或闭环控制所述至少一个第一泵(1)和/或通过开环控制或闭环控制所述至少一个第二泵(2)和/或通过开环控制或闭环控制所述马达(4)来补偿液压液的体积流量的波动。
17.成型机，包括根据权利要求1至16中的至少一项所述的驱动装置(3)。
18.用于运行液压驱动装置(3)、尤其是根据权利要求1至17之一所述的液压驱动装置的方法，其中，所述液压驱动装置(3)具有：至少一个马达(4)、尤其是电动马达；至少一个第一液压泵(1)，所述第一液压泵通过所述至少一个马达(4)驱动；和至少一个飞轮(5)，
其特征在于，所述液压驱动装置(3)具有至少一个第二液压泵(2)，所述第二液压泵与所述至少一个飞轮(5)连接或者能与所述至少一个飞轮连接，并且在所述第一液压泵(1)和第二液压泵(2)之间设有液压连接管路(6)，所述方法包括以下步骤：通过所述连接管路(6)在第一液压泵(1)和第二液压泵(2)之间输送液压液。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述液压驱动装置(3)具有第一液压开关元件(7)，通过所述第一液压开关元件能阻断所述第一液压泵(1)和第二液压泵(2)之间的液压连接管路(6)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，设有开环控制或闭环控制单元(9)，通过所述开环控制或闭环控制单元操控所述第一液压开关元件(7)，并且通过所述开环控制或闭环控制单元(9)将所述至少一个第一液压泵(1)经由所述第一液压开关元件(7)与所述至少一个第二液压泵(2)耦接，所述方法包括以下步骤：根据所述第一液压开关元件(7)的接通位置在所述至少一个第一液压泵(1)和所述至少一个第二液压泵(2)之间输送液压液。
21.根据权利要求20所述的方法，包括以下步骤：按如下方式使飞轮(5)加速，即，通过所述开环控制或闭环控制单元(9)这样地调节所述第二液压泵(2)的工作容积，使得所述第二液压泵作为液压马达工作用于使所述飞轮(5)加速。
22.根据权利要求20所述的方法，包括以下步骤：按如下方式通过所述飞轮(5)驱动所述第二液压泵(2)，即，通过所述开环控制或闭环控制单元(9)调节所述第二液压泵(2)的工作容积。
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