CN107023532B - 用于运行电动液压轴的方法和电动液压轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行电动液压轴的方法以及电动液压轴，所述电动液压轴具有至少一个第一液压缸（110）和至少一个用于沿着具有垂直的分量的方向来移动负载（140）的第二液压缸（120），至少一个第一液压缸（110）与至少一个压力存储器（130）连接，使负载（140）的至少一部分重力被所述至少一个第一液压缸（110）接收，至少一个第二液压缸（120）借助于电动液压的驱动单元（150）来运行以沿着具有垂直的分量的方向来移动所述负载（140），所述电动液压的驱动单元具有电机（151、251）和与所述电机作用连接的液压机（152），为了改变所述负载（140）的速度，将能量在所述电动液压驱动单元（150）的动能与所述负载（140）的势能之间转变。

Description

用于运行电动液压轴的方法和电动液压轴

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有至少两个液压缸的电动液压轴的方法以及一种这样的电动液压轴。

背景技术

电动液压轴是具有马达、液压泵和液压缸的液压驱动装置，在该电动液压轴的情况中能够电地或者说电子地调节例如所述缸体的位置或者说所述缸体的活塞的位置。这样的电动液压轴例如用于所谓的深冲压力机、注塑机或者当然也在其他成型技术机器中使用。

由EP 1 714 764 B1中公开了一种具有电动液压轴的液压形模闭合单元，其中，上方的压模板借助于两个液压缸来移动。所述液压缸之一与压力存储器连接，从而使得上方的形模闭合单元的一部分重力被补偿，而其它的液压缸通过借助于电动马达来运行的液压泵连接，从而对此来垂直地移动所述上方的压模板。为了在闭合所述形模闭合单元时调节所述上方的压模板的速度，使用调节阀或者比例阀。但是对于该解决方案而言不利的是，在调节速度时基于耗散损失的能量损失。

由EP 1 753 595 B1公开了一种具有电动液压轴的注塑机，其中，液压缸借助于通过电动马达运行的液压泵来运行。在此为了优化能量消耗或者说功率利用下述这样的可行方案：即将能量以动能的形式利用旋转的惯性矩、例如电动马达或者与所述电动马达耦合的飞轮的惯性矩来存储和输出。

对于两个所提及的系统而言不利的是，在运行相应的系统期间，也就是说在打开和闭合时需要转变运行类型并且在力矩调节的情况下不再能够控制有待移动的负载的位置，因为所属的方位调节器或者说位置调节器是失活的。

发明内容

根据本发明提出一种方法和一种具有根据本发明的特征的电动液压轴。有利的设计方案是优选实施例和其它实施例的和接下来的说明的主题。

根据本发明的方法用于运行电动液压轴，该电动液压轴具有至少一个第一液压缸和至少一个第二液压缸，以用于沿着具有垂直的分量的方向来移动负载。所述至少一个第一液压缸在此与至少一个压力存储器连接，从而使得所述负载的至少一部分重力被所述至少一个第一液压缸接收。在此有利的是，在所述液压缸的移动进入状态下例如至少95%的重力被补偿，而在所述液压缸的移动出去状态下例如至少75%的重力被补偿。在此基于所使用的液压流体、例如液压油的压缩来得出区别。所述至少一个第二液压缸借助于电动液压的驱动单元来运行以沿着具有垂直的分量的方向来移动所述负载，所述电动液压的驱动单元具有电机和与所述电机有效连接的液压机。在此能够例如借助于作为电动马达运行的电机来驱动作为液压泵运行的液压机，以便将液压流体例如在开放的回路中输送到所述液压缸的两侧之一。对于改变所述负载的速度而言，也就是说为了加速或者说制动所述负载，现在将能量在所述电动液压的驱动单元的动能与所述负载的势能之间转变。

在此利用的是，所述电动液压的驱动单元，也就是说由电机和液压机形成的结构具有一定的惯性矩并且能够通过相应地改变所述电机的转速将动能存储在所述电动液压的驱动单元中或者说从所述电动液压的驱动单元中输出。显然，在需要的时候也能够例如以飞轮的形式来设置附加的惯性矩。由此，以该方式能够在改变所述负载的速度时由动能转变成势能或者说由势能转变成动能。通过使用该两种能量类型或者说所述两种能量类型的转变尤其通过能量回收和所回收的能量的再使用实现了能量高效的运行，也就是说动态的能量平衡。此外，所述压力存储器和将所述压力存储器用于补偿重力的应用允许了将借助于所述电动液压的驱动单元有待施加的力进行低地保持，这实现了所述电动液压的驱动单元的紧凑的结构形式。另一方面，所述电动液压的驱动单元的能量高效的运行也实现了所述压力存储器的紧凑的设计，因为依赖于所述液压缸的运行状态而有待补偿的重力变化小，因此需要小地改变所述液压流体的体积。

优选的是，将所述电动液压的驱动单元的动能转变成所述负载的势能以用于加速所述负载。通过利用该动能降低了用于加速的在所述加速的开始时刻为泵功率所需的电能。

针对性地，在此在加速之前提高所述电机的转速和随后提高所述液压机的输送行程以用于加速。为了提高转速，能够实现例如控制和/或调节所述转速。所述转速能够例如提高到一个特定的上极限值，所述上极限值对于所使用的电机而言是能够达到的。由此，对于提高所述电机的转速而言需要的电能在加速之前已经被使用。电能的能耗的该时间上的分配降低了在加速开始时的能量峰值或者说功率峰值。提高所述输送行程能够在能够调节的液压泵、例如能够调节的轴向活塞泵的情况下通过提高摆动角来实现。显然，通过提高所述输送行程降低了所述电机的转速，由此加速了所述负载。在此能够例如注意的是，所述转速仅降低到一个特定的下极限值，所述下极限值例如以下述方式来选择：即所述电机在没有能量损失的情况下随后还能够运行。

有利的是，将所述负载的势能转变成所述电动液压的驱动单元的动能以用于制动所述负载。以该方式再次回收在制动时变得自由的能量并且能够随后再次用于加速。与通过合适的阀通过降低液压流体的流量的制动（其中，能量耗散地消耗）相比，所提及的能量转变表现出明确地能量高效的运行。

针对性地，减小所述液压机的输送行程以用于制动。减小所述输送行程能够在能够调节的液压泵、例如能够调节的轴向活塞泵的情况下通过减小摆动角来实现。通过减小所述输送行程提高了所述液压机的转速并且由此提高了所述电机的转速，这表现了将能量以动能的形式进行有效地回收。

有利的是，将能够调节的液压机用作液压机。在此特别适当的是使用能够调节的径向活塞泵或者轴向活塞泵。对于这样的液压机而言能够例如通过简单地调节摆动角或者说所属的摆动盘来改变所述输送行程。此外，以该方式也能够简单地控制和/或调节所述输送行程并且由此实现在动能与势能之间转变。

优选的是，依赖于所述负载的重力来调节在所述至少一个压力存储器中的压力。在此特别适当的是，该调节自动地实现。对此能够例如借助于合适的传感器来获取所述负载的重力，紧接着通过阀或者说泵的合适的操控来改变在所述压力存储器中的压力。以该方式能够使得所述负载的通过所述压力存储器和所述至少一个第一液压缸补偿的那部分重力快速地适配到所述负载的改变的重力上。当将电动液压轴用于下述这样一种运行装置时，这是特别有利的，在所述装置中所述负载、例如通过加载或者卸载被频繁地改变。由此也可行的是，将重力的补偿与所述电动液压的驱动单元的尽可能高效的运行适配。

有利的是，将所述电动液压轴用于运行成型装置，所述成型装置具有作为负载的上方的成型单元。作为成型装置，注塑机或者深冲压力机尤其在考虑之列，因为在这些成型装置中需要特别高的能量或者说功率以用于运行，因此所提出的方法的能量高效的运行特别显著地作用于能量消耗。

根据本发明的计算单元、例如电动液压轴的控制单元尤其在程序技术上设计用于实施根据本发明的方法。

根据本发明的电动液压轴具有这样的计算单元。

以计算机程序的形式实施本方法也是有利的，因为这可产生特别低的成本，特别是当执行中的控制器还可用于其它的任务并且因此本来就已设置时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。也能够经由计算机网络（因特网、以太网等）对程序进行下载。

从说明书以及所附的附图中得出本发明的其它优点和构造方案。

显然，前面提到的以及接下来还要阐释的特征不仅能使用在相应地说明的组合中，也能使用在其它的组合中或单独使用，而不脱离本发明的框架。

本发明依据附图中的实施例被示意性地示出并且在下文中参考附图被详细地描述。

附图说明

图1以一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴，利用所述电动液压轴能够实施根据本发明的方法；

图2以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴，利用所述电动液压轴能够实施根据本发明的方法；

图3以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴，利用所述电动液压轴能够实施根据本发明的方法；

图4以一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴的电动液压的驱动单元；

图5示出了电机依赖于其转速的动能的走势。

具体实施方式

在图1中以一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴100，利用所述电动液压轴能够实施根据本发明的方法。

所述电动液压轴100具有带有活塞杆111的第一液压缸110，其中，所述第一液压缸110连接到压力存储器130处。所述第一液压缸110具有单作用的活塞。

此外，所述电动液压轴100还具有带有活塞杆121的第二液压缸120，其中，所述第二液压缸120能够通过阀160与电动液压的驱动单元150和用于液压流体的储箱155连接。因此，在此涉及一种开放的液压回路。所述第二液压缸120具有双作用的活塞。

所述电动液压的驱动单元150具有电机151和能够调节的液压机152，所述电机以可变的转速来运行，所述液压机在此现在作为泵来运行。

所述阀160在此能够处于三个不同的姿态。在第一姿态（在图的左侧），液压流体能够通过所述电动液压的驱动单元150被泵到所述第二液压缸120的下面的室（不带有活塞杆121）中，而液压流体能够从上方的室中（带有活塞杆121）流到所述储箱155中。

在第二姿态（在图的中间），所述第二液压缸120从所述电动液压的驱动单元150和所述储箱155分开，并且在第三姿态（在图的右侧），液压流体能够通过所述电动液压的驱动单元150被泵到所述第二液压缸120的上方的室中，而液压流体能够从所述第二液压缸120的下面的室中流到所述储箱155中。

此外规定了下述这样一种负载140，所述负载由两个液压缸110和120或者说所述液压缸的活塞杆111、112承载。该负载能够例如是成型装置的上部的部分。所述负载140的一部分重力由所述第一液压缸110结合所述压力存储器130来补偿，而所述负载140的剩下的重力以及用于移动所述负载140的力能够通过所述第二液压缸120结合所述电动液压的驱动单元150和所述阀160来施加。

在此能够以下述方式来调节在所述压力存储器130中的液压流体的压力：即在所述两个液压缸110、120的伸入状态下，所述负载140的重力例如被补偿95%并且在伸出状态下例如被补偿75%。那么由所述第二液压缸120结合所述电动液压的驱动单元150所施加的力为所述负载140的重力的5%和25%之间加上用于加速所述负载140的力。所提及的数值在此仅实例性地来理解并且能够根据需求、尤其关于使用的组件和所需要的功率来选择。

此外能够规定，例如借助于传感器来检测所述负载140的重力并且由控制单元190读入。那么所述控制单元190能够例如通过合适的阀和合适的泵以下述方式来适配在所述压力存储器130中的压力：即所述负载140的所期望的份额的重力被补偿。当所述负载140的重力例如由于改变的载荷而改变时，那么这是特别有利的。

此外设置了下述这样一种构造为控制单元的计算单元190，所述计算单元设置用于操控或者说运行所述电动液压轴100并且在此尤其设置用于操控或者说运行所述电动液压的驱动单元150以及所述阀160。

在图2中以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴200，利用所述电动液压轴同样能够实施根据本发明的方法。

与在图1中所示出的变型方案相比，所述两个液压缸110、120的上方的室（带有活塞杆111、121）在此能够通过阀260和通过电动液压的驱动单元250与所述第二液压缸120的下面的室（不带有活塞杆121）连接。所述第一液压缸110的下面的室（不带有活塞杆111）能够通过所述阀160与所述压力存储器130连接。

所述阀260在此仅实现了两个姿态，如以上所阐述的那样，即完全分开管路（在图的左侧）和连接管路。与此相应地，所述电动液压的驱动单元250的液压机252能够作为能够调节的泵和马达来运行，对此，电机251作为马达和发电机也能够以可变的转速来运行。特别有利的是，通过合适地预先给定摆动角（或者说与此等效的参量），所述驱动单元的转动方向在由提升到降低所述负载的转变中不必改变，尽管体积流量翻转该体积流量的方向。这允许了将在降低的情况中变得自由的能量作为动能存储在所述驱动单元中。

因为在此涉及闭合的回路，所以需要注意的是，所述两个液压缸110、120的所属的活塞的活塞杆侧的、施加以压力的面与所述第二液压缸120的远离活塞杆侧的相应的面相符。

另外，所述电动液压轴200与参照图1所说明的电动液压轴100相符，因此就这点而言参照那里的实施方案。

在图3中以另一种优选的实施方式示意性地示出了根据本发明的电动液压轴300，利用所述电动液压轴同样能够实施根据本发明的方法。

与在图2中所示出的变型方案相比，所述第二液压缸120的上方的室（带有活塞杆121）在此直接与所述电动液压的驱动单元250或者说所述电动液压的驱动单元的液压机252连接。以该方式在通过所述阀260分开的管路中也能够稍微地补充调整所述第二液压缸120。

另外，所述电动液压轴300与参照图1或者说图2所说明的电动液压轴100或者说200相符，因此就这点而言参照那里的实施方案。

在图4中示意性地更详细地示出了来源于图1的电动液压的驱动单元150。所述电机151在此具有定子420和转子410。所述转子410通过轴与所述液压机152连接。所述液压机152在此具有能够通过所述轴转动的摆动盘440，活塞450能够通过所述摆动盘移动，以便输送液压流体。所述电机151在此能够通过合适的供电来运行。

所述电机151或者说所述电机的转子410能够以可变的转速n来运行，所述转速n基于耦合也适用于所述液压机152，而在所述液压机152中能够调节所述摆动盘440的摆动角α。通过所述摆动角α改变或者说设定所述活塞450的行程并且由此改变或者说设定所述液压机的输送行程。

此外简述下述这样一种惯性矩430，所述惯性矩在此没有构造为单独的构件，而是应当说明所述电动液压的驱动单元150的转子410的和其他随之旋转的组件的惯性矩。但是需要注意的是，为了提高总惯性矩也能够设置附加的飞轮盘或者类似结构。

显然，在此参照所述电动液压的驱动单元150所说明的功能方式相应地适用于在图2和3中所示出的电动液压的驱动单元250。

在图5中示出了电机、像例如电机151的依赖于所述电机的转速的动能的走势。对此，按照kWs的动能E_kin通过按照U/min的转速n来描绘。

走势510、520、530和540在此实例性地示出了对于惯性矩0.1kg m²、0.5kg m²、2.0kg m²和5.0kg m²的动能的走势。动能在此根据具有惯性矩J和角速度ω的E_kin=0.5Jω²来得出，所述角速度与所述转速n直接成比例。在此能够看出，通过合适地选择惯性矩，能够将依赖于转速的、或多或少的能量作为动能存储在所述电机中。

在以一种优选的实施方式来实施根据本发明的方法时，现在能够在计划加速所述负载之前就提高所述电机的转速n。如能够从图5中得到的那样，能够以该方式来提高存储在所述电机中的动能。这能够例如通过合适地控制或者说调节来实现。上极限值能够例如依赖于所述电机的最大可能转速和/或所述电机的惯性矩来确定，所述转速n提高到所述上极限值。在该阶段期间，能够将所述液压机的摆动角α调节到零，从而使得没有进行液压流体的输送，在所述阶段中例如没有移动所述负载。

随后，能够提高所述摆动角α以加速所述负载，由此提高了所述液压机的输送行程并且将液压流体泵到所述第二液压缸中。提高所述摆动角也能够以控制或者说调节的方式来实现。在此降低所述电机的转速n并且也降低所述液压机的转速并且将由此变得自由的动能转变成势能以提高所述负载。在此能够注意的是，所述转速n仅降直到下极限值。这能够例如以调节所述摆动角的方式来考虑。大部分用于加速需要的能量能够由此从动能获得并且能够低地保持被用于运行所述电机的电功率。以该方式避免了功率峰值。

此外能够例如在降低所述负载时制动所述负载，其中，液压流体被泵到所述第二液压缸的上方的室中，方法是：降低摆动角α。这导致转速n的提高，由此将势能转变成动能。该回收的能量能够随后再次用于加速所述负载。这是特别有利的，因为通过合适地预先给定摆动角，在由能量吸收到能量输出的转变中不必改变所述驱动单元的转动方向，尽管体积流量可能翻转该体积流量的方向。

Claims (10)

1.用于运行电动液压轴（100、200、300）的方法，该电动液压轴具有至少一个第一液压缸（110）和至少一个第二液压缸（120），以用于沿着具有垂直的分量的方向来移动负载（140），

其中，所述至少一个第一液压缸（110）与至少一个压力存储器（130）连接，从而使得所述负载（140）的重力的至少一部分被所述至少一个第一液压缸（110）承受，

其中，所述至少一个第二液压缸（120）借助于电动液压的驱动单元（150、250）运行以便沿着具有垂直的分量的方向移动所述负载（140），所述电动液压的驱动单元具有电机（151、251）和与所述电机有效连接的液压机（152、252），并且其中，将能够调节的液压机用作所述液压机（152、252），并且

其中，为了改变所述负载（140）的速度，通过改变所述电动液压的驱动单元（150、250）的转速以及输送行程，将能量在所述电动液压的驱动单元（150、250）的动能（E_kin）与所述负载（140）的势能之间转变，

其中被输送给电机的电能以如下方式得以降低：在液压负载当增加输送行程时得以加速的情况下使得转速降低，并且在减少输送行程时使得转速增加从而回收能量。

2.按权利要求1所述的方法，其中，将所述电动液压的驱动单元（150、250）的动能（E_kin）转变成所述负载（140）的势能以用于加速所述负载（140）。

3.按权利要求2所述的方法，其中，在加速之前提高所述电机（151、251）的转速（n）并且随后提高所述液压机（152、252）的输送行程以用于所述加速。

4.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将所述负载的势能转变成所述电动液压的驱动单元（150、250）的动能（E_kin），以用于制动所述负载（140）。

5.按权利要求4所述的方法，其中，减小所述液压机（152、252）的输送行程以用于制动。

6.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，依赖于所述负载（140）的重力来设定在所述至少一个压力存储器（130）中的压力。

7.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将所述电动液压轴（100、200、300）用于运行成型装置，所述成型装置具有上方的成型单元作为负载（140）。

8.计算单元（190），其被设置用于：执行按权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.电动液压轴（100、200、300），其具有按权利要求8所述的计算单元（190）。

10.一种能够由机器读取的存储介质，所述存储介质带有存储在该存储介质上的计算机程序，当计算机程序在按照权利要求8所述的计算单元（190）上执行时，所述计算机程序促使计算单元（190）实施按权利要求1至7中任一项所述的方法。

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