CN107810333A - 安全操作的液压驱动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全的液压驱动系统和用于操作该驱动系统的方法，其中该系统用于移动至少一个缸体(2)的活塞杆(23)。该至少一个缸体包括通过连接管路(3)相互连接形成流体填充的液压回路的至少一个第一缸室(21)和分离的第二缸室(22)，以及其中设置有连接管路(3)的用于将流体(F)从一个缸室(21、22)经连接管路(3)输送(UN、US)到另一个缸室(21、22)的液压驱动器(4)。其中，连接管路(3)在液压驱动器(4)以及两缸室(21、22)的其中一个之间，具有由至少一个第一子连接管路(31)以及其中设置有挡板(322)的第二子连接管路(32)组成的至少一个并联系统，该至少一个第一子连接管路(31)具有至少一个第一截止阀(311)。其中，不包括第二子连接管路(32)的连接管路(3)具有第一流动阻力，第二子连接管路由于其中设置的挡板(322)而具有第二流动阻力，该第二流动阻力大于流体(F)的第一流动阻力。其中，驱动系统(1)设置有至少一个在正常模式(N)下打开的第一截止阀(311)以及在安全模式(S)关闭的第一截止阀(311)以输送(UN)流体(F)，选取适当高的第二流动阻力，使得即使在驱动系统(1)上施加活塞杆(23)的运动方向上的外力(FG)时，在安全模式(S)下不会超过活塞杆的最大容许速度。

Description

安全操作的液压驱动

技术领域

本发明涉及一种安全液压驱动系统以及用于操作这种驱动系统的方法。

技术背景

带有液压驱动器的系统被用于各种目的。对具有移动轴的机器来说，这些机器的功能安全性由机器设计和机器控制决定。例如，尽管对于机器的水平移动轴线，可以假定在断电状态下，由于作用在轴线上的外力例如重力对人员没有危害，但是竖直轴线经受重力，这可能导致沿垂直轴线的负载的过快或甚至非预期的降低。这种类型的轴线或附加在其上的负载的非预期的或过快的降低意味着在操作期间发生重大事故的可能性，这必须通过机器设计期间的适当措施来防止或至少避免。机电驱动器在电动机轴和致动器之间具有刚性联接。因此，电机上的旋转编码器给出了执行器速度的代表值。转速(rpm)检测单元监控该值，如果超过该值，则启动停止该轴的操作。在正常情况下，可以通过安装在驱动电机中的停机制动器来停止该垂直轴，从而使负载不会意外掉落。例如，当电动机轴和促动器之间存在刚性可靠的联接时，可通过评估电机的转速来检测促动器的最高转速。但是，对于静液压驱动装置，即使没有超过电机的转速，电动机轴和促动器之间可能发生滑动，由此下降运动可以超过允许的最大速度。例如，如果在运动方向上的力作用于悬挂载荷上，例如，传动系末端的促动器将超过由电动机轴分配的速度，这意味着对速度的可靠检测来说，仅仅精确地评估电动机速度是不够的。出于这个目的，可以在缸体的排出和/或供给管路中设置额外的挡板。基于最大负载比和供应压力所设计的挡板直径限制了液压管路中的体积流量，该液压管路将例如活塞的速度限制为不超过挡板直径确定的最大值。然而，由于挡板被设计用于最大供应压力和不利的负载情况，这些挡板代表了活塞运动的阻力。这导致挡板处的功率损失，当静液压传动装置关闭时导致温度的显著升高并且限制在该运行状态下的使用周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、易操作且经济的用于移动物体的驱动系统，其在所要求的被安全地降低的速度下具有较低的失衡。

该目的是通过用于驱动至少一个缸体的活塞杆的液压驱动系统实现的。该缸体包括：通过连接管路相互连接形成流体填充的液压回路的至少一个第一缸室和分开的第二缸室，以及其中设置有连接管路的用于将液体从一个缸室经连接管路输送到另一个缸室的液压驱动器；其中，连接管路在液压驱动器以及两缸室的其中一个之间，具有至少一个第一子连接管路以及其中设置有挡板的第二子连接管路的至少一个并联系统，该至少一个第一子连接管路具有至少一个第一截止阀；其中，不包括第二子连接管路的连接管路具有第一流动阻力，第二子连接管路由于其中设置的挡板而具有第二流动阻力，该第二流动阻力大于流体的第一流动阻力；其中，驱动系统设置有至少一个在正常模式下打开的第一截止阀以输送流体以及在安全模式关闭的第一截止阀，选取适当高的第二流动阻力，使得即使在驱动系统上施加活塞杆的运动方向上的外力时，活塞杆也不会超过安全模式下的最大容许速度。

包括第一子连接管路的连接管路的第一流动阻力，例如，通过流体可流过的该连接管路中的最小第一横截面来确定。第二流动阻力由第二子连接中的挡板确定，其中挡板，例如具有流体可以流过的横截面面积，该横截面面积相比第一横截面面积适当地减小以提供第二流动阻力。

与其它驱动系统相比，例如根据本发明的驱动系统的液压驱动系统的特征在于其鲁棒性和简单的可控制性。根据本发明的驱动系统还能够实现其功率损耗由第一流动阻力或第一横截面确定的正常模式。可以在本发明的范围内选取该第一流动阻力，使得即使在液压驱动器提供的最大作用力下，由于第一流动阻力较低，功率损失也较低。另一方面，较高的第二流动阻力仅在安全模式下引起较高的功率损失，因为只有在这种操作模式下，所输送的流体才专门通过第二子连接管路。在安全模式下，流体可以继续由液压驱动器主动输送或者仅在外力作用下通过第二子连接管路输送。在根据本发明的驱动系统中，由通常安全设计(针对最大供应压力和最大迁移负载的设计)的液压驱动器中的安全挡板所引起的增加的功率损失，由被设计为安全挡板的挡板专门地限制在最大迁移负载并且因此而仅局限于安全模式，该安全模式在特殊情况下和非常短暂的时间段内根据需要实施。因此，根据本发明的驱动系统的平均功率损耗比典型的安全设计的液压驱动系统小得多。通过以安全模式操作驱动系统以及切换到具有设计用于牵引力的挡板的第二子连接管路，该体积流量通过第二子连接管路充分被限制，从而根据体积流量确保液压电动机的转速限制。另外，由于活塞杆在安全模式下最大潜在速度受挡板的液压限制，该液压器并不需要复杂的精密部件(例如促动器速度的可靠检测)，因此这种液压系统是经济的。

因此，根据本发明的驱动系统代表了一种安全、易于操作和经济的用于以低失衡以及所要求的安全降低的速度来移动物体的驱动系统。

本文中术语“缸体”代表适于执行运动序列，即，以所期望的力和所期望的速度的活塞杆运动，的所有类型的缸体。这些缸体可以是差动缸体、同步缸体或者串联缸体。该活塞杆的运动方向通过缸体的对准来确定并且可以平行于外力(例如重力产生的作用力)或者与外力成一角度。

因此，重力产生的作用力完全或部分地作用于活塞杆上的物体(重物)。根据使用的类型和缸体的对准情况，第二截面面积和第二流动阻力可以设计成不同的尺寸。如果安全模式下活塞杆的最大容许速度较高，则第二横截面可以更大因此可以选取较低的第二流动阻力。第二流动阻力通常大于第一流动阻力，因此，例如，第二横截面通常小于第一横截面。该第一横截面可以表示在第二子连接管路之外的连接管路中的最小横截面，该最小横截面决定了第一流动阻力。流体所通过的连接管路其余部分中的横截面可以做不同的设计，其中，它们可以大于或等于第一横截面的大小，但是至少显著大于第二横向截面积。此处的第一横截面表示流体所通过的除第二子连接管路以外的整个连接管路中的最小横截面，第二子连接管路中的第二横截面以小于第一横截面的挡板的形式设置。

根据本发明，挡板设计为基于最大外力，例如，重力。根据本发明，挡板处的大量的功率损失仅发生在安全模式下，由此驱动系统的整个功率失衡显著更好且操作状态可以在安全降低的速度中更好地操作。挡板也可以有各种形状。例如，挡板只能在一个位置上具有第二横截面，而挡板在该位置之前或之后具有流体可通过的更大的横截面。此处，第二横截面可具有适于应用的任何形状，例如，圆形、椭圆形、矩形或其他形状。在其他实施例中，该第二横截面可以贯穿于挡板上更长的部分，此处横截面可以在形状上发生变化，而保持表面积大小相同。在其他实施例中，挡板为具有可调节第二横截面的挡板从而在安全模式下以最大潜在速度适应的各种应用，例如，用于为不同安全要求的各种任务安装各种机器。

此处，术语“流体”表示各种适合于在液压系统中转移机械能的流体。合适的液压流体具有良好的润滑性质、耐老化性以及高润湿性和粘合性。另外，液压流体应当与密封物相容、不含树脂和酸且表现出对动态和运动粘度的低温影响、低压缩性以及低泡沫形成。合适的液压流体为，例如，矿物油，也可以称之为液压油，或者例如HFA、HFB、HFC或HFD的阻燃流体。此处，输送流体表示为，根据期望的活塞杆的运动方向和运动模式，移动(推进)液压流体的位置使其通过液压回路的连接管路从一个缸室转移到另一个缸室并返回。

在这种情况下，液压流体在作为闭合压力回路的连接管路中被输送。术语“闭合”表示缺少向周围大气敞开的油箱，从而均衡液压驱动器中的油。闭合压力回路是由连接管路以及缸体组成的系统，其中的液压流体除了在有泄漏的情况外不能在操作过程中流出。此处，压力回路或者连接管路可以具有其他的分支点，在这些分支点上分支出多条管路或者多条管路汇合在一起。根据本发明的液压驱动系统可以被预加载，即可以处于永久增加的压力下。预加载该液压流体增加了流体的压缩模量。这增加了系统的固有频率，从而导致了动态特性的改善。

另外，预张拉防止了泵由于空化作用而受到损坏。例如，这种情况下的预张压力可以大于5巴。术语“闭合压力回路”也意味着预张压力可以，例如通过压力源，保持恒定，该压力源通过止回阀连接到其他的关闭的压力回路。止回阀只能使压力源处的泄漏均衡。

该液压驱动器可以是任何适于提供移动活塞杆的力的液压机器，例如，具有可修改的转速的液压机器。此处，通过液压驱动系统的活塞杆的运动表示由液压系统移动的部件的整个运动周期。例如，在通过第一和第二死点后缸体和活塞杆达到相同位置，活塞杆的运动周期完成。该死点为在活塞杆静止并反转其运动方向的点。操作周期可以在正常模式和安全模式中完成。当活塞杆停止时，达到“停止”的操作阶段。

同时，根据本发明的所述液压驱动系统以最少量的部件进行管理，降低了安装费用，提高了能量效率，可以紧凑地安装，并且可以以充分的可变性运行。特别地，液压驱动系统仅需要单个促动器(液压驱动器)以向缸体供应流体并移动活塞杆。

在一实施例中，所述第一截止阀可以被以电子方式控制，所述驱动系统包括驱动控制器，该驱动控制器用于驱使液压驱动器以移动所述活塞杆并且为至少正常模式和安全模式电子切换所述截止阀。因此，完整的驱动系统可以非常容易地以期望的方式进行控制和操作。为此，驱动控制器可以包括用于在各种操作模式下存储和执行连续计划的一个或多个处理器和/或存储介质。

在一实施例中，所述液压驱动器包括用于监测所述液压电动机的转速的转速计，所述转速计与所述驱动控制器连接从而通过驱动控制器实现至少转速的安全限制。此处，除了在连接管路中用于输送液压流体的泵之外，该液压驱动器表示操作该泵所要求的其他额外部件。熟知本领域的人员可以本发明范围内选取适当的液压驱动器。此处，根据本发明的转速计可以设置在例如泵上或者在其他部件上，并且可以借助于其转速测量来确定用于调节输送的流体流量的泵的转速。通过限制转速，该液压驱动器可以在安全模式下以由转速调节的第二子连接管路中的体积流量运行，其中挡板仅借助第二流动阻力限制最大体积流量。因此，随着齿轮单元在液压驱动器上滑动以及同时为了安全模式下活塞杆的安全速度限制而监视转速，只需要通过挡板提供的第二流动阻力对液压驱动器上滑动的齿轮单元造成的体积滑动进行补偿，使得外力不会产生超过液压驱动器的调节转速。这意味着具有相比根据本发明的驱动系统更低的第二流动阻力的挡板可以用于具有液压驱动器的安全模式，液压驱动器的转速被监控并且因此可以被限制，在没有这种液压驱动器的转速监控和转速控制的情况下。因此，根据本发明的驱动系统中，在液压驱动器的转速被监控的情况下，可以降低安全模式下的功率损失，从而整体上可以进一步改善功率损失。液压驱动器的转速限制以及由挡板所实现的体积流量限制，产生安全有限的活塞杆速度特性。通过安全地限制活塞杆的速度，即使在外力，例如重力，的作用下，借助于挡板和由此实现的转速限制，液压驱动器的任何缺点，例如通过泵的流体滑动以安全的方式进行补偿，使得该组合将液压驱动器的优点增加到安全驱动系统(安全电机速度)中，这意味着本发明的驱动系统安全、操作简单且仍然具有更低的失衡。

在另一个实施例中，液压驱动器是具有电动机和由电动机经由电动机轴驱动的液压泵的静液压驱动装置，其中转速计用于测量电动机的转速。与活塞杆的位置和动力相比，可以很容易地测量电机的转速。因此，这个控制参数特别适合于驱动系统的直接和可靠的控制。因此，液压驱动器只包括单个泵和通过电动机轴机械耦合到泵的发动机用以驱动泵，其中发动机的转速可以是可变的和/或泵可以是可变排量泵。由于只有一个泵，液压驱动器只包括单个促动器(泵)，从而避免了不必要的更多数量的部件。优选地，发动机是电动机。如果发动机是一个可变转速的电动机，而泵是一个固定排量的泵，则是特别优选的。液压驱动系统的能量效率，特别是通过可变转速的泵驱动，可以大大提高。

在一实施例中，驱动控制器包括安全逻辑电路，该安全逻辑电路被提供为使得至少所述第一截止阀从正常模式切换到安全模式，以响应于所接收的安全信号。例如，如果人们利用根据本发明的驱动系统进入或希望进入机器周围的安全相关区域，则这种类型的切换可以是必要的。

进入这个区域可能有很多不同的原因。如果这个安全相关区域被封装并且例如通过电子门触点来监控该区域的进入，则这些监控单元可以向系统控制器发送安全信号，并且响应于此，安全逻辑电路将切换到安全模式(安全减速或限速)。安全模式也可以包括一个设置的停止件或进行停止的机器。

在其他实施例中，安全逻辑电路被提供为在液压驱动器过载时从正常模式切换至安全模式的目的，以便至少使液压驱动器(例如发动机和/或泵)节流或者优选地停止该液压驱动器。这个安全功能也可以通过例如驱动控制器中的安全逻辑电路来执行。例如，当发动机或泵超过最大转速或检测到液压驱动器或其部件中的一个的最高温度时，可以检测到过载。为此，优选地，液压驱动器包括一个或多个温度传感器，该温度传感器连接到驱动控制器/安全逻辑电路。优选地，提供安全逻辑电路，用于在超过最大转速时停止液压驱动器，例如通过停止液压驱动器的电动机。在有转速被监控的液压驱动器的情况下，切换到安全模式也与根据活塞杆的期望速度限制在切换期间限制液压驱动器的转速有关。

在一实施例中，第二截止阀设置在第二子连接管路中从而使驱动系统可以被安全关闭。如果第二截止阀也设置在第二子连接管路之外，仅关闭第二截止阀就足以确保驱动系统的安全关闭。在其他实施例中，第二截止阀设置在第二子连接管路中与挡板串联。此处，第二子连接管路中的第二截止阀可以在正常模式下打开或关闭。优选地，在正常模式下第二截止阀关闭，以便在紧急情况下仅通过关闭第一截止阀(和/或第三截止阀，如果存在的话)来使活塞杆停止。在这两种情况下，第一截止第二截止阀为驱动系统的关闭提供了基础。在这种情况下，第二截止阀以及第一开关阀优选地连接到驱动控制器，以便由驱动控制器驱动并且被设计为能够进行电子式切换。

第一截止阀和第二截止阀表示适于操作液压驱动系统的所有截止阀，其可以在至少一个开关位置处，即在流体不能再流过这些位置(阻塞位置)的情况下，关闭，可以在至少一个其他开关设置中打开，从而使流体在两侧(即，在两个方向上)流动。在一个简单的实施例中，第一和第二截止阀可以是二位二通阀。在其他实施例中，截止阀也可以满足多于两个打开和关闭的开关设定。例如，截止阀也可以包含回流设定(开关阀)。在本发明的范围内，连接管路中的截止阀的数量也可以大于本发明的范围，取决于同时适用于第一和第二子连接管路以及其余连接管路的应用。

在一实施例中，第一子连接管路包括与第一截止阀串联设置的第三截止阀，第三截止阀优选采用与第一截止阀在正常模式以及安全模式下相同的切换设置。由于基于第一子连接管路中的两个截止阀的冗余，所以能够特别可靠地进行到安全模式的切换，为成功进行切换，必须将两个截止阀(第一或第三)中的仅一个切换到阻断的设置，以便仅仅通过第二子连接管路来引导输送的流体。另外，当第一截止阀关闭时，第三截止阀不被加载，这意味着相比在仅有一个截止阀的第一子连接管路，第三截止阀的功能可有更长的时间保证，这将进一步提高系统的安全性。在另一个实施例中，当驱动系统停止时至少关闭第一和第二截止阀。因此，防止了从一个缸室到另一个缸室的流体输送。在一个优选实施例中，关闭所有的截止阀，以至少关闭第一子连接管路，因此特别安全。

在另一个实施方式中，第二截止阀可以进行电子方式的切换；优选地，所述第三截止阀(如果有)也可以进行电子方式的切换。这意味着在遇到紧急情况时的切换可以快速且可靠地从正常模式向安全模式切换截止阀。另外，电子式促动能够使用控制信号，该控制信号在需要的情况由过驱动系统的额外部件产生。

本发明还涉及一种操作本发明的驱动系统的方法，该驱动系统包括至少一个缸体，该缸体带有至少一个缸室以及分离的第二缸室，该缸室以及该第二缸室通过连接管路相互连接以形成其中设置有液压驱动器的流体填充的液压回路，该连接管路在该液压驱动器以及两个缸室中的其中一个之间具有至少一个由至少一个第一子连接管路以及其中设置有挡板的第二子连接管路构成的平行系统，该至少一个第一子连接管路具有至少一个第一截止阀；其中，包括该第一子连接管路且不包括第二子连接管路的该连接管路具有第一流动阻力，第二子连接管路具有由其中设置的挡板所确定的第二流动阻力，且该第二流动阻力大于流体的第一流动阻力；该方法包括以下步骤：

在所述驱动系统的正常模式下打开至少所述第一截止阀；

在正常模式下借助于液压驱动器将流体从一个缸室，经由至少所述第一子连接管路，输送到另一个缸室，以便移动所述缸体的活塞杆；

关闭第一截止阀以在安全模式下操作所述驱动系统，其中通过选取适当高的第二流动阻力，即使在驱动系统上沿活塞杆的移动方向施加外力，在安全模式下不会超过活塞杆的最大容许速度。

此处，举例来说，外力为重力。打开第一截止阀，在正常模式下，流体以第一流动阻力流经连接管路，第一流动阻力的功率损失尽可能低。在第一截止阀关闭后，流体必须以更大的由挡板的设计所引起的第二流动阻力流过第二子连接管路，导致安全减速到最大容许速度。虽然这会导致安全模式下更大的功率损失，但是更大的功率损失完全局限于“安全模式”的运行状态。因此，根据本发明的驱动系统中的功率损耗显著小于单连接管路中具有挡板的限速驱动系统在正常模式下的功率损耗。

在一实施例中，该方法还包括在安全模式下借助液压驱动器将流体从一个缸室经由第二子连接管路输送至另一个缸室从而移动所述缸体的所述活塞杆的额外步骤。

在另一实施例中，该方法还包括在至少正常模式和安全模式中通过驱动系统的驱动控制器驱使液压驱动器以移动所述活塞杆以及至少所述第一截止阀，处于以上原因，至少第一截止阀被设置为能够进行电子方式的切换。

在另一实施例中，该方法还包括以下的额外步骤：

通过驱动控制器接收安全信号，该驱动控制器还包括安全逻辑电路；以及

基于从安全逻辑电路接收的安全信号，从正常模式切换到安全模式。

在该方法的另一实施例中，其中，该液压驱动器包括用于监控所述液压电动机的转速的转速计，其中，所述转速计与所述驱动控制器连接以通过所述驱动控制器实现转速的安全限制；所述方法包括以下的额外步骤：

向所述驱动控制器发送所述转速计测量到的所述液压驱动器的转速；

由驱动控制器通过所述发送来的转速控制所述活塞杆的运动；以及

在所述液压驱动器过载的情况下，通过驱动控制器从正常模式切换至安全模式，以便至少对所述液压驱动器进行节流，优选地，停止所述液压驱动器。

驱动控制器可以进行切换至安全模式，例如当液压驱动器的转速超过指定的最大速度时；优选地，停止液压驱动器并关闭所有现有的切换阀(第一、第二和任何其它切换阀)。在另一个实施例中，当液压驱动器过载时，驱动控制器执行从正常模式切换到安全模式，以至少对液压驱动器进行节流；优选地，停止液压驱动器。

在其他实施例中，该方法还包括关闭设置在第一子连接管路之外的第二截止阀从而能够关闭驱动系统的额外步骤。如果第二截止阀也设置在第二子连接管路之外，仅关闭第二截止阀就足以保证驱动系统的安全关闭。如果第二截止阀设置在第二子连接管路内，必须关闭第一截止阀以安全关闭驱动系统。但是，在这两种情况下，只有关闭第二截止阀才能使驱动系统关闭。此处，第二截止阀以及第一切换阀优选地与驱动控制器连接以被其驱动并且设计为能够进行电子式切换。

在本方法的其他实施例中，第二截止阀设置在第二子连接管路中与挡板串联，该方法包括以下额外步骤：

在正常模式下关闭第二截止阀，以及

在安全模式中打开第二截止阀以运行驱动系统。

通过在正常模式下关闭第二截止阀，仅还需要将第一截止阀关闭从而关闭驱动系统。因此，仅通过单个切换过程就可以实现关闭。

附图说明

本发明的这些方面和其他方面在附图中做了以下详细描述：

图1是根据本发明的驱动系统的一实施例的示意图；

图2描述了用于(a)第一截止阀、(b)第二截止阀、(c)第三截止阀中可用的切换设置以及(d)截止阀的替代切换设置；

图3是流体在输送时所流经的连接管路的第一(a)和第二(b)横截面的示意图；

图4是根据本发明的用于操作根据本发明的驱动系统的方法的实施例的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的驱动系统1的一个实施例的示意图，其中具有第一缸室21和分离的第二缸室22的同步缸体2的活塞杆23被移动。为此，缸室21、22经由连接管路3彼此连接，并且与连接管路3一起形成液压回路(在这种情况下为闭合的压力回路)，该液压回路填充有流体F作为液压流体。流体F通过连接管路3从一个缸室21、22传送到另一个缸室21、22，以便通过液压驱动器4移动活塞杆23，该液压驱动器4设置在连接管路3的适当位置上，该适当位置可以本领域技术人员进行选择。在该实施例中，连接管路3包括由液压驱动器4和第二缸室22之间的第一子连接管路31和第二子连接管路32组成的并联系统。两个子连接管路，当在连接点V2处观察时，从液压驱动器分离并且在连接点V1处再次汇合在一起。这里描述的两个子连接管路31、32在连接点V1和V2之间具有不同的长度，其中第二子连接管路32较长。然而，两个子连接管路31、32也可以在连接点V1和V2之间具有相同的长度。在另一个实施例中，两个子连接管路31、32也可以设置在液压电动机4与第一缸室21之间，这里子连接管路31、32的位置与缸体的类型无关2。在其他实施例中，也可以在连接管路3中设置两个以上的子连接管路，其中至少一个子连接管路具有根据本发明的挡板322。此处，第一子连接管路31包括第一截止阀311和第三截止阀313，第一截止阀311和第三截止阀313串联布置(在流动方向上彼此相继)，使得流体F首先流过一个截止阀并且然后流过另一个截止阀，取决于流动的方向。在此处未描述的其他实施例中，没有设置第三截止阀313。优选地，第三截止阀313在正常模式N和安全模式S中具有与第一截止阀311相同的开关设置，并且因此表示为冗余部件。连接管路3包括第一子连接管路31，即从第一缸室21到第二连接点V2的连接管路，第一子连接管路31(不是第二子连接管路32)以及在第一连接点V1与第二缸室22之间的连接管路，表示流体F的第一流动阻力，并且为此具有流体F流过的最小的第一横截面Q3a，以及测量横截面的大小，使得驱动系统1在正常模式N中没有或仅有轻微的功率损失，因此作用在活塞杆23上的力由液压驱动器4的功率决定。第一最小的横截面Q3a因此小于前述连接管路中所有其他横截面的尺寸。此处，第二子连接管路32包括第二截止阀321和与其串联布置的挡板322，以便通过挡板322提供第二流动阻力，为此挡板具有与第一横截面Q3a相比减小的第二横截面Q3b，流体F至少在安全模式S中流过该第二横截面Q3a。因此，相对于具有使流体F通过的最小横截面Q3a的连接管路的其余部分，第二横截面Q3b表示额外的流动阻力并因此确定通过第二子连接管路32的第二流动阻力。然而，这种额外的流动阻力在正常模式N中是无效的，因为驱动系统在打开的第一截止阀311以及优选地，如图所示，关闭的第二截止阀321状态下运行以便在正常模式N下输送UN流体F。在此处未示出的其他实施例中，没有设置第二截止阀321，这意味着，流体F也可以在正常模式N下以第二流动阻力流经第二子连接管路32。在另一实施例中，第二截止阀321也可以在正常模式下保持打开状态，因为流动阻力由包括第一子连接管路31的其余连接管路确定，因此，第一流动阻力的最小的第一横截面Q3a大于第二横截面Q3b。在这种情况下，第二子连接管路32将仅仅是旁路。

在图中未示出的其他实施例中，第二截止阀321也可以设置在第二子连接管路32之外，位于第二缸室22和第一连接点V1之间或者位于第一缸室21和第二连接点V2之间。该第一和第二截止阀311、321可以在正常模式N下打开。在安全模式S中，只可以关闭第一截止阀311，而要使第二截止阀保持打开。本实施例中只需关闭第二截止阀321即可关闭驱动系统，这点并未在图中示出。

此处，横截面Q3a、Q3b表示与流体F的流动方向垂直的各连接管路3的内部区域。同时，横截面Q3a、Q3b表示在各连接管路3、31、32中最小的横截面，因为各最小横截面决定了相应连接管路中的流动阻力。于是，在安全模式S中，驱动系统1在关闭的第一截止阀311和打开的第二截止阀321情况下运行。因此，当流体F被输送US时，其被迫通过挡板322。因为第二横截面Q3b合适(小)并且因此选择了适当高的第二流动阻力，所以定义了安全模式S下的活塞杆23的最大容许速度，即使在驱动系统1上施加活塞杆23运动方向上的外力FG的情况下，由于挡板引起的流动阻力，活塞杆的运动并不会超过该最大容许速度。另一方面，当驱动系统1关闭ST时，，关闭至少第一和第二截止阀311、321；优选地，在这种情况下，关闭所有的截止阀311、321和313。此处，为了能够容易地操作驱动系统，截止阀311、321和313被设计为能够被电子式切换并且与驱动控制器5连接以便实现该截止阀311、321和313的电子式切换。这同样适用于液压驱动器4以移动活塞杆23。相应的驱动信号使用虚线示意性地表示为A311、A313为A321和4。此处，液压驱动器4是一个静液压驱动装置，它包括电动机41和由电机驱动的液压泵42，具有典型的流体F的滑动，而与泵的方向和泵的流通率无关。由于根据本发明的第二子连接管路32的布置，从安全角度来看，这种滑动变得不相关。电动机41还与转速计43连接以测量电动机速度MD。测量结果被发送到驱动控制器5(虚线箭头)，并且基于此，活塞杆23的移动由驱动控制器5控制。另外，驱动控制器5包括安全逻辑电路51，其将截止阀311、321和313从正常模式N切换UM到安全模式S，例如，响应于由安全单元7接收的安全信号SHS。安全单元7可以表示，例如，用于与本发明的驱动系统1运行的机器的移动区域的入口监控机构7。如果有人进入该移动区域，则入口监控机构向驱动控制器5发送安全信号SHS，并且作为响应，其安全逻辑电路51将驱动系统1切换UM到安全模式S。安全逻辑电路51也可以被设计用于当液压驱动器4过载时从正常模式N切换UM到安全模式S的目的，以至少使液压驱动器4节流，或者优选地停止该液压驱动器4。

图2描述了用于(a)第一截止阀311、(b)第二截止阀321、(c)第三截止阀313中可用的切换设置、以及(d)截止阀311、321和31的替代切换设置的示例。图(a)-(c)各描述了二位二通阀的开关设置，其中S1、S2和S3表示第一、第二和第三的截止阀311、321和313的关闭阻隔状态(stopdivisions)。因此，O1、O2和O3表示截止阀311、321和313使流体可以在两个方向上畅通无阻地流过截止阀的设定。在替代实施例中，除了停止设定S和打开设定O之外，一个或多个停止阀311、321和313也可以具有多于仅仅两个开关设定。这也可以在正常模式下为第二切换阀321进行设置。

图3是流体被输送时所流经的连接管路3中的第一(a)和第二(b)横截面Q3a、Q3b的示意图。第一和第二横截面Q3a和Q3b分别表示流体F在输送时可以通过的各个连接管路3、31、32的内部区域并且垂直于流体F的流动方向。第二横截面Q3b被描述为显著小于第一横截面Q3a，使得第二横截面Q3b代表在整个连接管路中显著最大的第二流动阻力。在转速不受监测和控制的液压驱动器4中的第二横截面Q3b被设计成小于具有转速监测和转速控制以限制安全模式S下的速度的液压驱动器4中的第二横截面Q3b，因为在后一种情况下，以这种方式提供的具有第二流动阻力的挡板322必须只能补偿通过液压驱动器4的体积滑动，而挡板322在第一种情况下必须安全地限制体积流量，而与具有相应较大的第二流动阻力液压驱动器4无关。另一方面，如同安全模式S的情况那样，如果流体F只能流过第二子连接管路32，第一横截面Q3a不能决定连接管路3的流动阻力。但是，如果流体能够在正常模式N下流过第一子连接管路31，那么整个连接管路3中的第一流动阻力只由第一横截面Q3a决定，因为一方面，第一横截面Q3a表示当第二子连接管路被阻隔时流体流过的连接管路3中的最小的横截面(在这种情况下，第二子连接管路32没有流体F经过)，另一方面，当第二子连接管路32打开时，其仅仅是旁路，由于第二子连接管路32与连接管路的其余部分并联连接，所以不会对连接管路3的流动阻力产生负面影响。

图4是根据本发明的用于操作如图1中所示的根据本发明的操作系统1的方法的实施例的示意图。

此处，打开O1第一截止阀311，另外，关闭S2第二截止阀321以驱动系统的正常模式N启动驱动系统1(在另一实施例中，也可以忽略后一步操作，由此第二截止阀321可以保持在开启状态)。可被电子式驱动的截止阀311、321相应地由驱动控制器5所驱动A311、A321。随后，缸体2的活塞杆23以在各应用中所期望的受控方式SBK移动，这是借助于液压驱动器4通过将流体从一个缸室21、22经由第一子连接管路31输送UN进入另一个缸室21、22实现的。为此，液压驱动器4相应地被驱动控制器5驱动A4以移动活塞杆23。在运行过程中，驱动控制器5接收EF安全信号SHS并在额外的安全逻辑电路51中对该安全信号SHS进行评估。如有必要，安全逻辑电路51根据接收到的安全信号SHS，启动从正常模式N向安全模式S的切换。另外，在本实施方式中，向驱动控制器1发送由转速计43测量到的电动机41的电动机速度MD。除了通过由驱动控制器1发送的电机速度MD来控制活塞杆23的运动的控制SBK之外，安全逻辑电路51还可以在液压驱动器4过载时，启动从正常模式N到安全模式的切换UM，这会导致至少使液压驱动器4节流或者优选地使液压驱动器4停止。为此，驱动控制器5控制A311、A321第一截止阀311的关闭S1和第二截止阀321的打开O2，由此，通过所选取的适当的第二横截面Q3b为流经挡板322的流体F提供第二流动阻力，即使在驱动系统1上施加在活塞杆23的运动B方向上的外力FG(例如重力)，活塞杆23的最大容许速度也不会被超过。随后，在安全模式S下，借助液压驱动器4将流体F从一个缸室21、22经由第二子连接管路32输送US至另一缸室21、22从而移动缸体2的活塞杆23。替代地或随后地，该方法可以包括关闭S1、S2至少第一和第二截止阀311、321以停止ST该驱动系统1。如果确定安全模式S中的最大安全转速已经被超过，则可以停止(关断电源)发动机并关闭第二截止阀321。这些措施将会导致驱动系统1的关闭。

这里描述的实施例仅代表本发明的示例，因此不应理解为对本发明的限制。本领域的技术人员考虑到的替代实施例同样包含在本发明的保护范围内。

附图标记

1——根据本发明的驱动系统

2——缸体

21——第一缸室

22——第二缸室

23——活塞杆

3——连接管路

31——第一子连接管路

311——第一截止阀

313——第三截止阀

32——第二子连接管路

321——第二截止阀

322——挡板(流动阻力)

4——液压驱动器

41——电动机

42——泵

43——转速计

5——驱动控制器(包括转换器和驱动器)

51——安全逻辑电路

6——驱动对象

7——安全单元

A311——第一截止阀的驱动

A313——第三截止阀的驱动

A321——第二截止阀的驱动

A4——液压驱动器的驱动

B——活塞杆的运动

EF——安全信号的接收

F——流体

FG——外力，例如重力

MD——液压驱动器转速(电动机转速)

N——正常模式

O1——第一截止阀打开(打开位置)

O2——第二截止阀打开(打开位置)

O3——第三截止阀打开(打开位置)

Q3a——连接管路的第一横截面

Q3b——连接管路的第二横截面

S1——第一截止阀的关闭

S2——第二截止阀的关闭

S3——第三截止阀的关闭

S——安全模式

SBK——活塞杆运动的控制

SHS——安全信号

ST——驱动系统的关闭

UM——正常模式至安全模式的转换

UN——正常模式下的流体输送

US——安全模式下的流体输送

V1——第一连接点

V2——第二连接点

Claims (16)

1.一种液压驱动系统，用于移动至少一个缸体(2)的活塞杆(23)，该缸体(2)包括：通过连接管路(3)相互连接形成流体填充的液压回路的至少第一缸室(21)和与第一缸室(21)分离的第二缸室(22)，以及设置在连接管路(3)中用于将流体(F)从一个缸室(21、22)经连接管路(3)输送(UN，US)到另一个缸室(21、22)的液压驱动器(4)；其中，连接管路(3)在液压驱动器(4)以及两缸室(21、22)的其中一个之间，具有由至少一个第一子连接管路(31)以及其中设置有挡板(322)的第二子连接管路(32)组成的至少一个并联系统，该至少一个第一子连接管路(31)具有至少一个第一截止阀(311)；其中，不包括第二子连接管路(32)的连接管路(3)具有第一流动阻力，第二子连接管路由于其中设置的挡板(322)而具有第二流动阻力，该第二流动阻力大于流体(F)的第一流动阻力；其中，驱动系统(1)设置有至少一个在正常模式(N)下打开的第一截止阀(311)以及在安全模式(S)关闭的第一截止阀(311)以输送(UN)流体(F)，选取适当高的第二流动阻力，使得即使在驱动系统(1)上施加活塞杆(23)的运动方向上的外力(FG)时，在安全模式(S)下不超过活塞杆的最大容许速度。

2.根据权利要求1所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述第一截止阀(311)可以被以电子方式操作，所述驱动系统(1)包括驱动控制器(5)，该驱动控制器(5)用于驱使液压驱动器(4)以移动所述活塞杆(23)并且为至少正常模式和安全模式(N，S)电子切换至少所述第一截止阀(311)。

3.根据权利要求2所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述液压驱动器包括用于监测所述液压电动机(4)的转速(MD)的转速计(43)，所述转速计(43)与所述驱动控制器(5)连接，用于通过驱动控制器(5)实现至少转速(MD)的安全限制。

4.根据权利要求3所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述液压驱动器(4)为带有电动机(41)以及由电动机(41)通过电动机轴所驱动的液压泵(42)的静液压驱动装置，其中，转速计(43)设置为测量电动机(41)的转速。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述驱动控制器(5)包括安全逻辑电路(51)，该安全逻辑电路(51)被提供为至少用于响应于所接收的安全信号(SHS)而将至少所述第一截止阀(311)从正常模式(N)切换(UM)到安全模式(S)。

6.根据权利要求5所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述安全逻辑电路(51)被提供用于在液压驱动器(4)过载时从正常模式(N)切换至安全模式(S)，以便至少使所述液压驱动器(41)节流或者优选地停止所述液压驱动器(41)。

7.根据前述任一项权利要求所述的驱动系统(1)，其特征在于：在连接管路(3)中第一子连接管路(31)之外还设置有第二截止阀(321)以实现驱动系统的安全关闭。

8.根据权利要求7所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述第二截止阀(321)设置在第二子连接管路(32)中与挡板(322)串联，优选地，所述第二截止阀(321)在正常模式(N)下关闭。

9.根据前述任一项权利要求所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述第一子连接管路(31)包括与第一截止阀(311)串联设置的第三截止阀(313)，所述第三截止阀(313)优选具有与第一截止阀(311)在正常模式(N)以及安全模式(S)下相同的切换设置。

10.根据前述任一项权利要求所述的驱动系统(1)，其特征在于：所述第二截止阀(313)可以进行电子式切换；优选地，所述第三截止阀(313)以及，如果需要的话，其他截止阀也可以进行电子式切换。

11.一种操作根据权利要求1所述的驱动系统(1)的方法，该驱动系统(1)包括至少一个缸体(2)，该缸体带有至少一个缸室(21)以及一个与所述缸室(21)分离的第二缸室(22)，所述缸室(21)以及所述第二缸室(22)通过连接管路(3)相互连接以形成其中设置有液压驱动器(4)的流体填充的液压回路，所述连接管路在所述液压驱动器(4)以及两个缸室(21、22)中的其中一个之间具有至少一个由至少一个第一子连接管路(31)以及其中设置有挡板(322)的第二子连接管路(32)构成的平行系统，所述至少一个第一子连接管路(31)具有至少一个第一截止阀(311)；其中，包括所述第一子连接管路(31)且不包括第二子连接管路(32)的所述连接管路(3)具有第一流动阻力，第二子连接管路(32)具有由其中设置的挡板所确定的第二流动阻力，且所述第二流动阻力大于流体(F)的第一流动阻力；所述方法包括以下步骤：

在所述驱动系统(1)的正常模式(N)下打开(O1)至少所述第一截止阀(311)；

在正常模式下(N)借助于液压驱动器(4)将流体(F)从一个缸室(21、22)经由至少所述第一子连接管路(31)输送(UN)到另一个缸室(21、22)，以便移动所述缸体(2)的活塞杆(23)；

关闭第一截止阀(311)以在安全模式(S)下操作所述驱动系统(1)，其中通过选取适当高的第二流动阻力，即使在驱动系统(1)上沿活塞杆(23)的移动方向(B)施加外力，在安全模式下(S)不会超过活塞杆的最大容许速度。

12.根据权利要求11所述的方法，包括以下的额外步骤：在安全模式(S)下借助液压驱动器(4)将流体(F)从一个缸室(21、22)经由第二子连接管路(32)输送(US)至另一个缸室(21、22)从而移动所述缸体(2)的所述活塞杆(23)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，包括在至少正常模式和安全模式(N，S)中通过所述驱动系统(1)的驱动控制器(5)驱使(A311、A321、A313和A4)所述液压驱动器(4)以移动所述活塞杆(23)以及至少所述第一截止阀(311)，至少所述第一截止阀(311)被设置为能够被以电子方式进行切换。

14.根据权利要求13所述的方法，包括以下的额外步骤：

通过驱动控制器(5)接收(EF)安全信号(SHS)，该驱动控制器(5)额外包括安全逻辑电路(51)；以及

基于从安全逻辑电路(51)接收的安全信号(SHS)，从正常模式(N)切换到安全模式(S)。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述液压驱动器(4)包括用于监控所述液压电动机(4)的转速的转速计(43)，其中，所述转速计(43)与所述驱动控制器(5)连接，用于至少通过所述驱动控制器(5)实现转速(MD)的安全限制；所述方法包括以下的额外步骤：

向所述驱动控制器(1)发送所述转速计(43)测量到的所述液压驱动器(4)的转速(MD)；

驱动控制器(1)通过所述发送来的转速(MD)控制(SBK)所述活塞杆(23)的运动；以及

在所述液压驱动器(4)过载的情况下，通过驱动控制器(5)从正常模式(N)切换(UM)至安全模式(S)，以便至少对所述液压驱动器(4)进行节流，优选地，停止所述液压驱动器(4)。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，包括以下的额外步骤：关闭(S2)设置在所述第一子连接管路(31)之外的第二截止阀(321)，以便实现所述驱动系统(1)的关闭。