CN109563849A - 电静液压驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电静液压系统(1)，带有由电动机(10)驱动的容积和/或转速可变的液压机(11)，用于提供液压流体的容积流量；差动气缸(20)，带有活塞面和环形面；以及至少一个补偿容器(30，37)，其中所述驱动系统(1)具有封闭的液压回路并且借助所述液压机(11)和/或预应力源(15，37)在运行中具有相对于环境的超压并且所述驱动系统(1)在第一方向上借助于所述液压机(11)的容积流量和来自所述补偿容器(30，37)的容积流量提供所述气缸的运动，并且在第二方向上借助于所述液压机(11)的容积流量和所述补偿容器(30，37)中的容积流量提供运动，并且通过所述差动气缸(20)提供传力运动或快速运动的运行模式。

Description

电静液压驱动系统
本发明涉及一种电静液压驱动系统，用于提供不同的运动走向。该系统可用于多种机器；尤其用于液压机、深冲机或注塑机。这样的机器通常具有多个运动走向或运行模式。这些运动走向中的一种是所谓的传力运动，其中在低速下向待加工的工件施加足够的力，从而例如在压力机或深冲设备处使工件变形。这些运动走向中的另一种是所谓的快速运动，使用该运动施加的力更小，但是该运动使机器更快地运动成为可能，例如用于释放已变形的工件。
电静液压驱动系统在当前技术下已知。然而这些系统具有缺点，即其只能实现所述运动走向中的一种。其他驱动系统具有以下缺点：其需要非常多的组件或具有高的能源需求；这会导致采购和保养成本方面的缺点。
从现有技术出发，本发明的任务在于，至少部分地消除或优化当前技术的缺点。
该任务通过根据权利要求1的装置解决。优选的实施方式和变型是从属权利要求的内容。
根据本发明的电静液压驱动系统具有由电动机驱动的容积和/或转速可变的液压机。该液压机用于在封闭的液压回路中提供可变的液压流体容积流量。优选地，可使用液压机在两个流向上运行。此外，液压机可具有转速可变的电动机和定量泵，或具有转速不变的电动机和调节泵，或具有转速可变的电动机和调节泵。在此，液压机的选择由例如系统成本、可靠性或允许的噪声发射或有效系数等因素决定。
根据本发明的电静液压驱动系统此外具有差动气缸。将差动气缸理解为这样一种液压气缸，其中活塞的正面和背面上的气缸面不同。在此，带有更小的气缸面的一侧称为杆侧，因为在该侧布置有活塞杆。杆侧上的气缸面称为环形面。差动气缸的带有更大的气缸面的一侧为所谓的活塞侧。在活塞侧未布置活塞杆，或布置有直径比杆侧的直径更小的活塞杆。活塞侧上的气缸面称为活塞面。
此外，根据本发明的电静液压驱动系统具有至少一个补偿容器。
根据本发明的一种特别有利的实施例，该补偿容器是一种贮压器，该贮压器根据另一种有利的实施方式除规定的压力外还具有对于补偿容器中容纳的液压流体而言可变的容积。对此备选地，还可设置多个补偿容器，其中在本发明的另一种有利的实施方式中该补偿容器实施为第二气缸、尤其为同步气缸或差动气缸。
在根据本发明的电静液压系统的另一优选实施方式中，补偿容器尤其还能够设计成蓄压器和/或第二气缸。
通过借助封闭的液压回路中的至少一个补偿容器预紧液压流体，有利地减少待输送的容积，液压机和/或预应力源必须针对运动走向运输这些容积。
可变的容积此外还可通过其他不同的装置来实现。例如可以使用带弹性壁的任意几何模具。
根据本发明的电静液压驱动系统具有封闭的液压回路。这种系统在正常运行中相对于其周围是封闭的。但是在安全临界状态下或为了保养等可与周围交换液压流体，例如在维护和保养时有针对性地排放液压流体。
运行期间，系统具有相对于周围的超压。该超压借助于液压机和/或借助于预应力源产生。该预应力源可例如作为附加的贮压器实现，但是预应力源也可通过上述补偿容器或通过补偿容器和贮压器二者实现。原则上，可使用内部或外部的预应力源。
该驱动系统在第一方向上、例如在待加工的工件的方向上提供气缸、即差动气缸的运动。这借助于液压机的容积流量和来自补偿容器或在补偿容器中的容积流量来实现。在此，控制系统和附加的部件、如阀门可根据要求的运动走向协调容积流量。
此外，驱动系统在第二方向上、如在第一方向的反向上提供气缸的运动。这也借助于液压机的容积流量和来自补偿容器或在补偿容器中的容积流量来实现。
根据本发明的电静液压系统提供至少传力运动和快速运动的运行模式。这些运行模式通过第一气缸的差动气缸提供。该差动气缸可作为一个气缸或并行工作的多个气缸实现。这些附加的气缸可在适当时具有与差动气缸(主气缸)不同的运动走向；但仍然是根据本发明的电静液压系统的组成部分和封闭的液压回路的组成部分。
在该系统的一种实施方式中，尤其在补偿容器设计为液压缸时，该补偿气缸能够为差动气缸。在此，其环形面对应于第一气缸的活塞面与环形面之间的差异。这具有优点：在封闭的液压回路处不再需要附加的补偿容器或该补偿容器仅须配备有降低的容量。
根据本发明的电静液压驱动系统具有阀门以实现运动走向。在该系统的一种实施方式中，在补偿容器与第一气缸的环形侧之间布置有一个二位二通阀。该二位二通阀借助所述控制系统和在适当时使用附加的部件进行控制。为此备选地或补充地，在补偿容器与第一气缸的环形侧之间可布置一个止回阀。如仅使用一个止回阀，则有利地省去了针对该阀门的控制系统。
在该系统的一种实施方式中，预应力源与液压机平行布置。由此通过该预应力源施加对于运动走向所必需的压力或容积的一部分并且提供系统的更高的动力和封闭回路的预应力。该预应力源避免了增压或动态请求容积流量时液压机的气穴现象。
在该系统的一种实施方式中，液压机的两侧与预应力源相连以将预应力传输至封闭回路的液压流体中。这具有优点：预应力源可通过提供附加的压力和/或容积来支持第一和第二运动方向。此外，以有利的方式在增压阶段或未理想地补偿气缸面的情况下在主气缸和气缸补偿容器之间避免液压机中的气穴现象。气穴现象导致磨损增加或液压机失灵因此必须避免。
在该系统的一种实施方式中，第一气缸的活塞杆与第二气缸的活塞杆机械联接。通过这种机械联接，使体积流量对于运动走向所必需的一部分强制进入第一气缸与第二气缸之间。
在该系统的一种优选实施方式中，第一气缸的环形面小于或等于第二气缸的环形面。由此可在相应的开关位置借助第一气缸的环形侧提供快速运动并且结合第二气缸与环形腔室的两个环形面的组合还提供传力运动。此外提供一种系统，其中能够以传力运动通过活塞杆24传输所有的过程力并且同时能够将活塞杆24的屈曲载荷保持得很小。在该系统的一种实施方式中，第二气缸的活塞杆与重量(m2)机械联接。在此，该重量如此起作用，即其为第二气缸中压力的升高作贡献。因此确保封闭的液压系统中预应力的增加并且由此通过该预应力源施加对于运动走向所需的压力的一部分并且确保系统的更高的动力和避免液压机中的气穴现象。
在该系统的一种实施方式中，预应力源和第二气缸以这种方式结合，即第二气缸的活塞侧与预应力源(即气缸的未直接集成在液压回路中的腔室)相连以将预应力传输至封闭回路的液压流体中。这可用于封闭回路的油与例如氮气之间的介质分离。因此还可在某些实施方式中省去第一气缸的活塞杆与第二气缸的活塞杆之间的机械联接和/或第二气缸的活塞杆上的重量。但是，在本发明的意义中也可将各个实施方式相互结合，以便尤其将各个组件的独特优点在特定运行状态中相互结合在一起。
在该系统的一种实施方式中，泵/液压机的两侧在传力运动或快速运动的两种运行模式中与第一气缸液压有效相连。由此可有利地实现：第一气缸对于第一和第二运动方向均能够实现传力运动和快速运动。
下面将参照不同的实施例来阐述本发明，其中应指出，通过本实施例，针对技术人员可直接得出的变型及增补也囊括在内。
其中：
图1a：根据本发明的系统在传力运动中移出时的配置的示意图；
图1b：根据本发明的系统在传力运动中伸入时的配置的示意图；
图2a：根据本发明的系统在快速运动中移出时的配置的示意图；
图2b：根据本发明的系统在快速运动中伸入时的配置的示意图；
图3a：带有止回阀的根据本发明的系统在移出时的配置的示意图；
图3b：带有止回阀的根据本发明的系统在伸入时的配置的示意图；
图4a：带有单独的质量和预应力源的根据本发明的系统在传力运动中移出时的配置的示意图；
图4b：带有单独的质量和预应力源的根据本发明的系统在快速运动中伸入时的配置的示意图；
图5a：带有液压蓄能器补偿容器的根据本发明的系统在快速运动中移出时的配置的示意图；
图5b：带有液压蓄能器补偿容器的根据本发明的系统在伸入时的配置的示意图。
图1a示出了电静液压系统1，带有设计为差动气缸的第一气缸或主气缸20。第一气缸具有主缸活塞23，该主缸活塞带有活塞腔室22和环形腔室22。主缸活塞23在活塞腔室21的侧边上具有活塞杆24，该活塞杆与冲压工具40相连。
活塞腔室21通过管路62与泵11(液压机)相连。泵11由电动机10驱动。液压机可具有转速可变的电动机和定量泵，或具有转速不变的电动机和调节泵，或具有转速可变的电动机和调节泵。环形腔室22通过管路61与泵11相连。
泵11通过止回阀16和17与贮压器15相连。在此，当管路62或61中充满着比贮压器15中更小的压力时，止回阀16或17打开。由此优化系统的动力并且/或者节约能源。在一种变型中，可省去贮压器15和止回阀16和17，其中那么系统的预应力可通过其他措施、例如使用外部压力源提供。相对于此处显示的实施例，液压机11与预应力源15的两个接头相连。由此以有利的方式在增压阶段或未理想地补偿气缸面的情况下在主气缸和气缸补偿容器之间避免液压机中的气穴现象。
通过管路71、二位二通阀51和管路72，第一气缸20的活塞腔室21与第二气缸30的环形腔室32相连。第一气缸20的环形腔室22通过管路73、二位二通阀52和管路72与第二气缸30的环形腔室32相连。在环形腔室32中、在第二气缸30的活塞33上安排有活塞杆34。活塞杆34与共同的冲压工具40相连并且以这种方式与第一气缸20的活塞杆24机械联接。根据此处显示的实施方式，第二气缸30的有效环形面大于第一气缸20的有效环形面。在理解本发明时，在此第二气缸首先作为补偿容器起作用，该补偿容器能够补偿系统中的容积偏移。此外并且基于与第一气缸20的活塞杆的联接，第二气缸也为冲压工具40的移动作出贡献。对应于此处显示的实施例，活塞杆直径24大于或等于活塞杆直径34。对此以有利的方式提供一种系统，其中能够以传力运动通过活塞杆24传输所有的过程力并且同时能够将活塞杆24的屈曲载荷保持得很小。第二气缸30的活塞腔室31根据此处显示的实施例朝向周围敞开；其对于第二气缸30的活塞33没有或仅有非常小的阻力。
根据本发明的系统1在传力运动中移出时，主缸活塞23向下移动；参见主缸活塞23和活塞杆24上的虚线箭头。由于第一气缸20的活塞杆24与第二气缸30的活塞杆34通过共同的冲压工具40机械联接，因此在移出时第二气缸30的活塞33也向下移动；参见活塞33和活塞杆34上的虚线箭头。为此，泵11向上产生一个容积流量，即在活塞腔室21的方向上；参见泵11旁的箭头。在此，液压流体从泵11经由管路62流进活塞腔室21中并且液压流体从环形腔室22中流入泵11。
此外，阀门51锁闭并且阀门52打开。通过此阀门位置并且通过经由冲压工具40的机械联接，液压流体从第二气缸30的环形腔室32中流出、经由管路72的下部(参见布置在该处的箭头)经由打开的阀门52和管路73和61流进泵11中。通过该措施补偿第一气缸的活塞腔室21和环形腔室22的不同容积。因此能够关闭系统1中的液压回路。
图1b示出了根据本发明的系统1相应于图1a在传力运动中伸入时的配置。在此，所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。
在传力运动中伸入时，主缸活塞23向上移动；参见主缸活塞23和活塞杆24上的虚线箭头。第二气缸30的活塞33由于共同的冲压工具40而同样向上移动。泵11向下产生一个容积流量，即在环形腔室22的方向上；参见泵11旁的箭头。此外，阀门51锁闭并且阀门52打开。由此，液压流体从活塞腔室21中流入第一或第二气缸的环形腔室22和32中。传力运动由环形腔室22和32的两个环形面的总体效果得出。
图2a示出了根据本发明的系统1根据图1a在快速运动中移出时的配置。在此，所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。
在快速运动中，泵11向上产生一个容积流量，即在活塞腔室21的方向上；参见泵11旁的箭头。在此，液压流体从泵11经由管路62流进活塞腔室21中并且从环形腔室22中流入泵11。与传力运动相反，在快速运动时阀门51打开并且阀门52锁闭。由此，液压流体从第二气缸30的环形腔室32经由管路72、阀门51和管路71直接流进活塞腔室21中。
图2b示出了根据本发明的系统1在快速运动中伸入时的配置。在此，所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。
在此，泵11向下产生一个容积流量，即在环形腔室22的方向上；参见泵11旁的箭头。在此，液压流体从泵11经由管路61流进环形腔室22中。阀门51打开并且阀门52锁闭。由此，液压流体也从第一气缸的活塞腔室21经由管路71、阀门51和管路72流进第二气缸30的环形腔室32中。
图3a示出了根据本发明的系统1移出时的配置，此处为传力运动。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。例外情况是止回阀54，其替代了阀门52。
贮压器15根据一种特别优选的实施方式能够实施为低压容器。由此还可此外实现更紧凑的结构型式的优点，因此可节省成本和实现更轻盈的结构设计。
运动走向与图1a中的一样；但是止回阀54从特定的压力开始始终朝向一个方向(相当于管路72处的箭头)打开。
图3b示出了根据本发明的系统1伸入时的配置，此处为快速运动。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。例外情况再次是止回阀54，其替代了阀门52。
运动走向与图2b中的一样；但是止回阀54从特定的压力开始始终在朝向环形腔室32的方向上锁闭。
图4a示出了根据本发明的系统1移出时的配置，此处为快速运动。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。例外情况是单独的质量41和42，由冲压工具40代替两个活塞杆24和34的机械联接。此外设置有蓄压器37，该蓄压器连接至第二气缸的现在已关闭的活塞腔室31。省去了贮压器15和止回阀16和17。
单独的质量mi 41和m2 42如同共同的质量40的情况一样，不再强制进行第一和第二气缸20和30的活塞杆24和34的联接运动。然而，质量m2 42向腔室32施加压力，即借此至少部分地预紧系统。此外，第一气缸20的活塞杆的运动走向与图2a中的描述相似。
蓄压器37意味着储备压力的进一步升高并且引起系统更高的动力或在能耗方面的进一步节省。如果附加的质量m2 42或更高的共同质量40显得不利，备选地可针对系统的特定配置省去附加的质量m2 42。
贮压器15和止回阀16和17的可选的省去可通过如附加的质量m2 42等措施以及/要么通过蓄压器37进行补偿。备选地，这种省去导致系统1的成本更低。
在另一种备选的设计方案中，在适当时还可省去蓄压器37，从而由第二气缸自身提供预应力。这可例如通过以下方式引起，即通过气缸和/或气缸杆的自重产生液压流体中的预应力。
第一气缸20的活塞杆的运动走向与图2b中的类似(带有所述的变化)。
图4b示出了根据本发明的系统1根据图1a在快速运动中伸入时的配置。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。在此，例外情况也是单独的质量41和42，由冲压工具40代替两个活塞杆24和34的机械联接。此外设置有蓄压器37，该蓄压器连接至第二气缸的现在已关闭的活塞腔室31。也省去了贮压器15和止回阀16和17。
第一气缸20的活塞杆的运动走向与图2b中的类似，原因跟图4a的描述中阐述的原因一样。
图5a示出了根据本发明的系统1在快速运动中移出时的配置。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。例外情况是补偿容器37，该补偿容器替代第二气缸30，其中该补偿容器不仅提供预设的压力水平，还提供补偿容积。此外，省去了贮压器15和止回阀16和17。
由于根据本发明的系统1中的第二气缸30用作补偿容器，该补偿容器与液压机11一起提供容积流量，因此第一气缸20的活塞杆的运动走向在此处也与图2a中的类似。
图5b示出了根据本发明的系统1在快速运动中伸入时的配置。在此，大部分所使用的元件和附图标记与图1a中的一样。第二气缸30在此处也替代为蓄压器37。此外，省去了贮压器15和止回阀16和17。
由于根据本发明的系统1中的第二气缸30用作补偿容器，该补偿容器与液压机11一起提供容积流量，因此第一气缸20的活塞杆的运动走向在此处也与图2b中的类似。
在另一种实施方式中，止回阀54也以类似的方式应用在根据图4a、4b、5a、5b的实施方式中，跟其在图3a和3b中的布置方式一样。
此外，尤其图3b、5a和5b示出了，在根据本发明的系统中第二气缸30用作补偿容器并且不是第二操作气缸。
附图标记列表
1 电静液压系统
10 电动机
11 泵
15 贮压器
16，17 止回阀
20 主气缸，第一气缸
21 活塞腔室
22 环形腔室
23 主缸活塞
24 活塞杆
30 第二气缸，从动缸
31 活塞腔室
32 环形腔室
33 从动缸活塞
34 活塞杆
37 补偿容器
40 冲压工具
41 质量mi
42 质量m2
51 单向阀
52 单向阀
54 止回阀
61，62，65 管路
71，72，73 管路

Claims (11)

1.一种电静液压系统(1)，带有
由电动机(10)驱动的容积和/或转速可变的液压机(11)，用于提供液压流体的容积流量，
差动气缸(20)，带有活塞面和环形面，以及
至少一个补偿容器(30，37)，
其中
所述驱动系统(1)具有封闭的液压回路并且借助于所述液压机(11)和/或预应力源(15，37)在运行中具有相对于环境的超压并且
所述驱动系统(1)在第一方向上借助于所述液压机(11)的容积流量和来自所述补偿容器(30，37)的容积流量提供气缸的运动，并且
在第二方向上借助于所述液压机(11)的容积流量和所述补偿容器(30，37)中的容积流量提供运动，并且
通过所述差动气缸(20)提供传力运动或快速运动的运行模式。
2.根据权利要求1所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述补偿容器(30，37)具有能够变化的容积并且尤其设计为蓄压器(37)和/或第二气缸(30)。
3.根据权利要求2所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述第二气缸(30)为差动气缸并且其环形面对应于所述第一气缸(20)的活塞面与环形面之间的差异。
4.根据前述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
在所述补偿容器(30，37)与所述第一气缸(20)的环形侧之间的连接管路中布置有止回阀(54)和/或二位二通阀(52)。
5.根据前述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述预应力源(15)与所述液压机(11)平行布置。
6.根据上述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述液压机的两侧与预应力源(15)相连以将预应力传输至封闭回路的液压流体中。
7.根据前述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述第一气缸(20)的活塞杆(24)与所述第二气缸(30)的活塞杆(34)机械联接。
8.根据前述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述第一气缸(20)的环形面小于或等于所述第二气缸(30)的环形面。
9.根据上述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述第二气缸(30)的活塞杆(34)与重量(m2)机械联接。
10.根据前述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述第二气缸(30)的活塞侧(31)与所述预应力源(37)相连以将预应力传输至封闭回路的液压流体中。
11.根据上述权利要求之一所述的电静液压系统(1)，其特征在于，
所述泵的两侧在传力运动或快速运动的两种运行模式中与所述第一气缸(20)液压有效相连。
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