CN109790855A - 电液式驱动单元 - Google Patents

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Abstract

一种电液式驱动单元包括具有活塞侧的第一液压工作室(5)和活塞杆侧的第二液压工作室(6)的缸‑活塞装置(1)、储液箱(4)、具有储液箱连接端(T)和工作连接端(P)的转速可变地驱动的液压泵(3)、连接在液压泵(3)的工作连接端(P)与缸‑活塞装置(1)之间的阀装置、连接在储液箱(4)与第一液压工作室(5)之间的充液阀(8)和机器控制装置。借助该机器控制装置能够控制阀装置的开关阀(S1‑S6)，用于实现在液压泵(3)的泵送运行中从该液压泵的工作连接端(P)对第一液压工作室(5)与对第二液压工作室(6)加载之间的转换。在此设有具有液压储能器(10)的液压式减压模块(9)，所述液压储能器(10)与第二液压工作室(6)能通过具有限压阀(15)的第一连接管路(11)并且能通过具有止回阀(16)的第二连接管路(12)连通，所述限压阀具有从第二液压工作室(6)朝向液压储能器(10)的通流方向，所述止回阀沿从液压储能器(10)朝向第二液压工作室(6)的通流方向打开。

Description

电液式驱动单元
本发明涉及在权利要求1的前序部分中记载的一种电液式驱动单元。
电液式驱动单元(设计为线性驱动装置地)分别包括至少一个受控制地可被液压泵加载的缸-活塞装置并且尤其适合作为机器驱动装置，这样的电液式驱动单元以各种设计方案已知。在此，例如可以参照专利文献DE 102014005362 A1、DE 102012013098 A1、DE102009052531 A1、DE 4036564 A1、DE 102005029822 A1、DE 4314801 A1、WO 2012/112130A1、WO 2011/003506 A1、EP 103727 A1、DE 102014218887 B3和DE 202015106161 U1。
这种类型的电液式驱动单元在此尤其可由最后提到的专利文献DE 202015106161U1得知。在此，特征之一是液压泵能够以其工作连接端可选地与(双向作用的)缸-活塞装置的两个液压工作室中的每一个接通。由此，缸-活塞装置的活塞可以(通过从液压泵对两个液压工作室之一相应地加载)主动地沿两个运动方向中的每个运动(在竖直的运动轴线中下降和上升)。在这种电液式驱动单元的典型的使用中，在一个工作循环期间，活塞的向下运动的第一部分(所谓的快速行程)在充液阀打开时仅基于重力进行，同时液压液从第二液压工作室挤排入储液箱，其中，该挤排由切换到制动运行中的液压泵制动。在压力机中使用驱动单元时，典型地在临近将工具放置在工件上前进行转换阶段，紧随该转换阶段之后在从液压泵在其泵送运行中对第一液压工作室加载的情况下进行活塞的向下运动的第二部分(所谓的力行程)以及后续将活塞保持在下止点，其中，在力行程中，液压液从第二液压工作室中抵抗由压力保持阀产生的反压力被挤排入储液箱中。
在不同的应用中，缸-活塞装置的活塞在其下止点均处在巨大的压力下。这点例如在矫形、弯曲或切边压力机中使用相应的电液式驱动单元时适用，在压力机中，待变形的工件(分别根据其材料特性和尺寸)在活塞的下止点对该活塞典型地施加较高的、与引起变形的活塞运动相反地指向的反作用力。与此相应地，在这类应用中，缸-活塞装置的第一液压工作室在活塞的下止点上处于巨大的压力下。为了在活塞(通过对第二液压工作室加载)被主动提升之前减小该压力，根据专利文献DE 202015106161 U1规定所谓的减压阶段，该减压阶段紧接保持阶段之后。为此，(在缸-活塞装置的第一液压工作室与液压泵的工作输出端连接不变的情况下)将在变形和保持阶段对第一液压工作室加载的液压泵的旋转和通流方向反转。在此，按照专利文献DE 202015106161 U1，液压液从第一液压工作室通过(这时在制动运行模式中运行的)液压泵朝储液箱的回流通过节流阀限制。在此，减压阶段的最迟的终点由过程自身得出，即最迟在作用于活塞的多个力(尤其液压力、重力、工件的反作用力或者说回弹力、在压制时弹性变形的机器部件的复位力)的平衡点，其中，在这种情况下，工具典型地还支撑在工件上。在此意义上完成减压后，随后在通过又切换回泵送运行中的液压泵对第二液压工作室的(引起活塞主动提升的)加载的意义上进行液压换向。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种这种类型的电液式驱动单元，其以尤其在液压的缸-活塞装置的活塞的运动转换的范围中的进一步改善的运行性能而突出。
上述技术问题按照本发明、如在权利要求1中记载地，通过给这种电液式驱动单元配备液压式减压模块解决，所述液压式减压模块具有液压储能器，所述液压储能器与第二液压工作室能通过具有限压阀的第一连接管路和通过具有止回阀的第二连接管路连通，所述限压阀具有从第二液压工作室朝向液压储能器的通流方向，所述止回阀沿从液压储能器朝向第二液压工作室的通流方向打开。换言之，按照本发明的电液式驱动单元的突出之处在于，在液压系统中集成有减压模块，该减压模块具有以特定方式与第二液压工作室连接的液压储能器。
由于按照本发明的驱动单元特别适合作为压力机驱动装置，其中，活塞驱动用于使工件变形的、能来回移动的工具，因此以下主要结合该应用阐述本发明。但不能由此推论出本发明局限于该应用。
针对本发明特征化地将液压储能器借助第一和第二连接管路和布置在其中的阀门纳入其余的液压系统中尤其允许缸-活塞装置的两个液压工作室中的压力比例和活塞在第一液压工作室中的压力减小并且活塞开始回移的特别重要的阶段中的运动从与变形的工件等的交互作用脱耦，方式是在第一液压工作室中的所述压力减小和活塞的开始的回移中，决定性的量不是由待变形的工件等在活塞中产生的力，而是在第二液压工作室中由减压模块产生的液压压力。以此方式还可以实现工作循环的良好的可再现性以及针对工件特别温和的过程控制。对可获得的特别有利的结果而言突出重要的是，多个结合地共同作用的影响因素的协同作用。因此，在从活塞的力行程经过在下止点的保持阶段至开始回程的过渡区域内，液压泵不需要从第一液压工作室切换到第二液压工作室；而是液压泵保持一贯地与第一液压工作室连通并且首先仅(平稳并且连续地)减小泵送运行中的转速并且随后在反转旋转方向的情况下转变为制动运行。甚至在此关键阶段中开关阀也不被切换，从而也避免由开关阀的切换过程引起的不连续性。此外，活塞在减压阶段中的回程不是由工件和在压制时弹性变形的机器部件的弹性回弹确定和限定；而是减压模块规定活塞在减压阶段中的回程量。因此，在减压阶段中可以借助液压式减压模块使活塞持续、连续并且平稳地(主动地)提升直至工具与工件之间不再存在接触，该减压阶段分别根据循环的个别的设计方案因此也可以表示“回程-低速行程”。以此方式，不连续性、例如(由于各种切换过程)必然在向活塞在快速行程中主动提升过渡时(在从在泵送运行中的液压泵对第二液压工作室加载的情况下)出现的不连续性不会对工件产生不利影响。并且由于在“减压阶段”中的那个制动运行中，液压泵保持与第一液压工作室连通，第一液压工作室的有效活塞面积通常比第二液压工作室的有效活塞面积大数倍，因此还可以实现活塞特别灵敏的移动控制，并且肯定比从液压泵对第二液压工作室主动加载下的回程中更灵敏。此外，通过减小未变形(ungeformten)的工件等在减压阶段中的反作用(例如回弹)的影响可以实现该阶段的高度连续的力和运动变化。并且通过从第二液压工作室通过(布置在第一连接管路中的)限压阀(该限压阀可以与在传统的电液式驱动单元中在力行程中起作用的限压阀相同)进行液压式减压模块的液压储能器的充能，将液压式减压模块按照本发明集成在液压系统中与现有技术相比不产生与安全有关的影响。
上述所有积极效果对在此论述的电液式驱动单元的各种应用而言都非常有利并且有用。尤其地，在使用按照本发明的驱动单元的情况下也可以设计这样的粉末压力机，在这样的粉末压力机中，在压制后接着特别温和地处理坯料，从而可以实现特别小的错误率和废品率。由于其突出的特征化的优点，本发明同样非常好地适合在切边压力机中用于传感器控制的弯曲。因为后弯循环紧接着基于针对冲头算出的值进行的首次卷边进行并且(在冲头从工件完全抬离后)包括通过测量技术检测工件实际尺寸以及确定需要的冲头的横向进给，为了该后弯循环，在本发明的应用中可行的连续并且无震颤的主动的减压行程直至工具从工件完全抬离或还超出此程度都是理想的。这点显然也适用于“摆动运行”中的多个后弯循环的连续进行。在由于特殊的工件几何而使用弯曲辅助装置的情况下进行的变形过程中，同样证明本发明非常有用；因为在主动减压中的完整的轨迹控制能够实现工件受控制地转移至弯曲辅助装置。相应的情况适用于在精密控制地移动的工具的影响的情况下将较重的工件(在其加工后)受控地放置在存放处上；因此可以防止工件不受控制地掉落，这在安全技术方面和对工件表面质量都是有利的。
根据本发明的第一优选的改进方式，所述液压式减压模块包括增压/卸荷阀，所述增压/卸荷阀特别优选地布置在用于第一连接管路和第二连接管路的共同的管线中。借助所述增压/卸荷阀可以将液压式减压模块的液压储能器与第二液压工作室的有效的交互作用限制在工作循环的(优选较小的)一部分内(或多或少地邻近活塞的下止点)，从而在各个工作循环的大部分期间液压储能器与第二液压工作室隔断。在液压式减压模块接通后在活塞继续靠近下止点时从第二液压工作室挤排出的液压液通过第一连接管路被移入液压式减压模块的液压储能器中。在(通过打开增压/卸荷阀)活塞向下运动时减压模块的有效接通的点在此优选如此选择，使得存储在减压模块的液压储能器中的液压能量和存储的液压液的体积足以将活塞在(包括主动的“回程-低速行程”的)减压阶段期间一定程度地提升，从而在工具与工件之间不再存在接触。
在本发明的典型的应用情况中，为此可以在原本存在的转换阶段中在(在制动运行中进行的)快速行程(见上文)的终点通过增压/卸荷阀进行液压式减压模块相应的接通。这在能够在时间上协同地阻断第二液压工作室至储液箱的管路连通方面是有利的。但这不是强制的；因为根据个别的工作循环，必要时延迟地、在活塞的力行程期间才接通减压模块也显示出优点。将减压模块的有效接通限制在工作循环的为实现上述优点需要的部分上主要产生如下积极效果，即，减压模块的液压储能器可以因此设计得较小。这不仅具有成本优势；而且在相关机器的有时受限制的空间比例方面也是有利的。一般(即使液压式减压模块在从快速行程向力行程的转换阶段中接通)适用的是，减压模块的液压储能器的容量可以大大小于第二液压工作室的最大容积、例如仅为第二液压工作室的最大容积的不到30％。
就通过打开增压/卸荷阀接通液压式减压模块而言，所述增压/卸荷阀可以尤其(在再次优选的改进方式中)压力控制地打开，其中，控制压力管路与第一液压工作室通连。减压模块以此方式分别根据预设的阈值在力行程开始的同时或在力行程期间在达到第一液压工作室中的预先规定的压力值时一定程度地自动接通。如果希望在力行程开始的同时接通，则使接通增压/卸荷阀的阈值与在从快速行程向力行程转变时在第一液压工作室中出现的那个压力跃变相协调。为了延迟地在力行程期间接通减压模块，可以使接通增压/卸荷阀的阈值例如与在工具放置在工件上时出现的那个压力跃变相协调。通过预设更高的切换压力必要时也可以调节更迟的接通点、即或多或少地临近力行程的终点的接通点，同时在液压工作室中存在相应高的压力。
液压式减压模块的通过压力控制地打开增压/卸荷阀的与压力相关的接通可以例如通过直接液压操纵增压/卸荷阀实现，对增压/卸荷阀的液压操纵通过控制压力进行。对增压/卸荷阀的这种直接的压力操纵的值得一提的优点在于，机器控制装置不需要具有单独的、操纵增压/卸荷阀的控制输出端。但在个别情况下，对增压/卸荷阀的这样压力控制的操纵可能是适宜的，在这样的压力控制的操纵中，用于控制增压/卸荷阀的压力借助传感器检测并且相关的测量值接入机器控制装置，该机器控制装置本身控制对增压/卸荷阀起作用的、操纵该增压/卸荷阀的(尤其电气的)调节驱动装置。但在上述意义上的对增压/卸荷阀的(直接或间接的)压力控制式的操纵仅是实施本发明的合适的方案之一。因此，增压/卸荷阀例如也可以手动(例如借助脚踏板)或通过另外地(例如状态或过程控制地)由机器控制装置控制的电气的调节驱动装置操纵。在个别情况下(例如也在“紧急停机功能”、设备费用和密封性的方面)，后者可能是本发明的最有利的具体实施方式。
在液压泵如此转变到制动运行中，即液压液制动地从第一液压工作室(通过在制动运行中工作的液压泵)回流至储液箱中时，(在从液压储能器通过第二连接管路对第二液压工作室加载的意义上)减压模块总是一直生效，直至第一液压工作室中的压力重新降低至增压/卸荷阀的切换压力以下。从这里起，进一步的工作循环在没有减压模块起作用的情况下进行。换言之，因此在这种设计方案中可以实现，液压储能器在工作循环期间自主地仅在力行程期间或甚至仅在力行程的一部分期间从第二液压工作室以这样的程度被充能，该程度与对于在受控制的主动减压阶段(必要时连同回程-低速行程)期间从液压储能器通过第二连接管路对第二液压工作室的加载所需的程度相同。
本发明的另外的优选的改进设计方案的突出之处在于，所述借助机器控制装置能够转换为具有与泵送运行相反的旋转和通流方向的制动运行的液压泵设计为二象限泵(2-Quadrantenpumpe)。该改进设计方案利用的可能性是，为了实施以本发明为基础的方案使用相对简单的、低成本并且可靠的泵技术。
按照本发明的再次另外优选的改进设计方案，在液压泵的工作连接端与阀装置之间连接有过滤器单元。在此，所述过滤器单元包括过滤器，在泵送运行中该过滤器被通过液压泵输送的液压液通流。在制动运行中，液压液经由旁路从过滤器单元旁输送。过滤器单元的布置方式和设计方案以效率特别高而突出。
以下根据优选的、在附图中示出的实施例详细阐述本发明，其中，
图1示出液压连接图和
图2示出实施例的功能图。
按照该实施例的电液式驱动单元在很大程度上与在专利文献DE 202015106161U1中详细描述和阐述的那个驱动单元相一致。在此，在与现有技术相一致的范围内省去单独的、详细的阐述，而是引用专利文献DE 202015106161 U1，通过引用将其所有的公开内容包括在本专利申请的内容中。
所示的电液式驱动单元尤其适合用在机械压力机、例如矫正、弯曲或切边压力机或粉末压力机上，电液式驱动单元包括液压的缸-活塞装置1、借助电动机2转速可变地驱动的具有储液箱连接端T和工作连接端P的液压泵3(二象限泵)、存储液压液的储液箱4、连接在液压泵3的工作连接端P与液压的缸-活塞装置1之间的包括多个可电气控制的开关阀S1、S2、S3、S4、S5和S6的阀装置以及(未示出的)对开关阀S1-S6和电动机2施加作用的机器控制装置。缸-活塞装置1设计为双向作用；缸-活塞装置1具有活塞侧的第一液压工作室5和活塞杆侧的第二液压工作室6。在此，缸-活塞装置1如此以活塞7的垂直的运动轴线X定向，从而第一液压工作室5布置在第二液压工作室6的上方。借助液压泵3对第一液压工作室5施加压力引起活塞7的向下运行，而对第二液压工作室6施加压力引起活塞7的向上运动。在储液箱4与缸-活塞装置1的第一液压工作室5之间连接有充液阀8，在活塞7在快速行程中向下运动时，第一液压工作室5通过该充液阀8被充以液压液。
所述驱动单元具有液压式减压模块9。该液压式减压模块9包括液压储能器10，该液压储能器10与第二液压工作室6能够通过两个不同的连接管路11和12连通，但连接管路11和12区段式具有一致的、共同的管线13，在该共同的管线13中布置有增压/卸荷阀14。一方面，液压式减压模块9的液压储能器10与第二液压工作室6通过具有限压阀15的第一连接管路11可连通，限压阀15具有从第二液压工作室朝液压储能器10的通流方向；因此，第一连接管路11是用于液压储能器10的“充能管路”。并且另一方面，液压储能器10通过具有止回阀16的第二连接管路12可连通，止回阀16沿从液压储能器10朝第二液压工作室6的通流方向打开；因此，第二连接管路12是用于液压储能器10的“释能管路”。
在此，增压/卸荷阀14压力控制地打开(和关闭)，也就是说根据控制压力、更确切地说直接由控制压力操纵。在此，控制压力是存在于第一液压工作室5中的压力。为此，(设计为可液压操纵的阀的)增压/卸荷阀14的控制压力管路17与第一液压工作室5通连。在此，增压/卸荷阀14的切换压力阈如此调节，使得增压/卸荷阀14在力行程开始时(由于限压阀15)在第一液压工作室5中出现的压力的情况下就已经打开。
通过机器控制装置对阀装置的开关阀S1-S6以及电动机2的操纵以及在一个完整的工作循环期间活塞7在上止点(OT)与下止点之间产生的运动在根据图2的功能图中示出。同样在图2中示出增压/卸荷阀14在该工作循环期间通过其压力控制的操纵产生的开关状况。通过对开关阀S1-S6和电动机2的相应控制(在液压泵3的泵送运行或制动运行中在对缸-活塞装置1的第一液压工作室5或第二液压工作室6可选地加载的情况下)可以因此在所示的电液式驱动单元中在一个工作循环期间实施阶段
-I:活塞保持在上止点；
-II：活塞的向下快速行程；
-III：转换阶段；
-IV：活塞的向下力行程；
-V：活塞保持在下止点和
-VI：减压(包括主动的向上慢速行程)和
-VII：活塞的快速行程向上运动。
在此，开关状态和运行状态部分示意性地、尤其在代替上文描述的电动机的转速的逐渐变化示出阶跃式的变化的意义上示意性地示出。据此，活塞运动也具有不稳定的特征。
根据需要可以在减压阶段(VI)与活塞以快速行程(VII)向上运动之间规定附加的“缓慢向上”阶段。为此，驱动液压泵3的电动机2首先以相对向上快速行程(VII)阶段减小的转速运行；并且充液阀8起先还未通过将开关阀S5先与阶段II-VI期间一样保持通电的方式切换为通流，从而液压液通过阀装置被从第一液压工作室5被挤排入储液箱4中。
为了有效地清洁液压液，在液压泵3的工作连接端P与阀装置之间连接有过滤器单元18，借助该过滤器单元18在液压泵3的泵送运行中通过过滤器19清洁所有由液压泵3输送的液压液。仅在过滤器19堵塞时，由液压泵3输送的液压液流经“小”旁路20，在“小”旁路20中，止回阀21起限压阀的作用并且在过滤器19装满或者说堵塞时打开，以便预防过滤器受损。在液压泵3的制动运行中，液压液经由带有止回阀23的“大”旁路22从过滤器单元18的旁边流过。
在本发明的在附图中所示的实施方式中，如所示那样，液压式减压模块(由于随后在第一液压工作室中出现的突变式的压力升高)在力行程开始时、也就是在转换阶段中接通，其中，同时(通过控制地关闭开关阀S2)从第二液压工作室挤排出的液体朝储液箱流出被阻止。上文详细阐述的通过预先规定用于增压/卸荷阀的相应更高的切换压力阈值将液压式减压模块的接通移至更晚的运行点(例如通过工具放置在工件上特征化的“夹紧点”)与液压系统的修正协调一致。更确切地说，在这种情况下，开关阀S2相应地保持更久地、也就是说至少在力行程的第一部分还是打开的；并且适宜地，在(通过液压地打开增压/卸荷阀导致)液压式减压模块接通的同时，借助同样压力控制的、与开关阀S2串联的阀门阻止从第二工作室挤排出的液体朝储液箱流出。
如果液压式减压模块的增压/卸荷阀不是如同按照本实施例那样被液压操纵、而是电气地被控制，则可以特别简单地实现在力行程的任意运行点上在(例如位置控制地)阻止朝储液箱的流出的情况下相应地协调一致地接通液压式减压模块。在此情况下可以在尽可能大的效率的意义上没有问题地根据需要优化相应的过程控制。

Claims (11)

1.一种电液式驱动单元，尤其应用在机械压力机上，该电液式驱动单元具有
-缸-活塞装置(1)，所述缸-活塞装置(1)具有活塞侧的第一液压工作室(5)和活塞杆侧的第二液压工作室(6)；
-存储液压液的储液箱(4)；
-借助电动机(2)转速可变地驱动的液压泵(3)，所述液压泵(3)具有储液箱连接端(T)和工作连接端(P)；
-连接在所述液压泵(3)的工作连接端(P)与所述缸-活塞装置(1)之间的阀装置，所述阀装置包括多个电气地可控制的开关阀(S1-S6)；
-连接在所述储液箱(4)与所述缸-活塞装置(1)的第一液压工作室(5)之间的充液阀(8)；
-并且具有对所述开关阀(S1-S6)和所述电动机(2)起作用的机器控制装置，借助该机器控制装置能够控制所述开关阀(S1-S6)，用于实现在所述液压泵(3)的泵送运行中从该液压泵(3)的工作连接端(P)对所述缸-活塞装置(1)的第一液压工作室(5)加载与对第二液压工作室(6)加载之间的转换，
其特征在于，设有液压式减压模块(9)，所述液压式减压模块(9)具有液压储能器(10)，所述液压储能器(10)与所述第二液压工作室(6)能通过具有限压阀(15)的第一连接管路(11)并且能通过具有止回阀(16)的第二连接管路(12)连通，所述限压阀(15)具有从所述第二液压工作室(6)朝向所述液压储能器(10)的通流方向，所述止回阀(16)沿从所述液压储能器(10)朝向所述第二液压工作室(6)的通流方向打开。
2.按照权利要求1所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述液压式减压模块(9)包括增压/卸荷阀(14)。
3.按照权利要求2所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)布置在用于所述第一连接管路(11)和第二连接管路(12)的共同的管线(13)中。
4.按照权利要求2或3所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)压力控制地打开，其中，控制压力管路(17)与所述第一液压工作室(5)通连。
5.按照权利要求4所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)设计为压力操纵式的。
6.按照权利要求4所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)能够由压力控制的调节驱动装置操纵。
7.按照权利要求2或3所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)能够由过程控制的调节驱动装置操纵，该过程控制的调节驱动装置与机器控制装置通连。
8.按照权利要求2或3所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述增压/卸荷阀(14)能手动操纵。
9.按照权利要求1至8之一所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述缸-活塞装置(1)以活塞(7)的至少基本上垂直的运动轴线(X)定向，其中，所述第一液压工作室(5)布置在第二液压工作室(6)的上方。
10.按照权利要求1至9之一所述的电液式驱动单元，其特征在于，在所述液压泵(3)的工作连接端(P)与所述阀装置之间连接有过滤器单元(18)。
11.按照权利要求1至10之一所述的电液式驱动单元，其特征在于，所述液压泵(3)设计为二象限泵并且借助机器控制装置能够转换为制动运行，该制动运行具有与泵送运行相反的旋转和通流方向。
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