DD151646A1

DD151646A1 - Steuereinrichtung zur leistungsanpassung von druckfluessigkeitsspeichern in hydraulischen anlagen

Info

Publication number: DD151646A1
Application number: DD22196880A
Authority: DD
Inventors: Klaus Wabbels; Mathias Brandt
Original assignee: Klaus Wabbels; Mathias Brandt
Priority date: 1980-06-19
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1981-10-28

Abstract

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft hydraulische Anlagen mit Druckspeichern, insbesondere eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Druckfluessigkeitsspeichern. Ziel der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Energiespeichern zu schaffen, die aufgrund geringer Energieverluste einen hohen Wirkungsgrad aufweist und geringe Einrichtungs- und Wartungszeiten garantiert. Aufgabe ist es, eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Druckfluessigkeitsspeichern zu schaffen, bei der eine schnelle Veraenderung des Gasdruckes bei Veraenderung oder Konstarithaltung des Nachschaltgasvolumens ohne Gasverluste gewaehrleistet ist. Die Loesung besteht darin, dass ein gasseitiges Rohrlcitungssystem durch einen oder mehrere Gasdruckbebaelter erweitert wird, die durch zwei parallel geschaltete Absperrventile und ein hinter dem einen Absperrventil angeordnetes Rückschlagventil mit Durchflussrichtung zu den Gasdruckbehaeltern vor dem gasseitigen Rührleitungssystem getrennt sind. Das Nachschaltgasvolumen kann dabei durch Trennung entsprechender Gasdruckbenselter durch Absperrventile voneinander beliebig variiert werden.

Description

VEB Kombinat Umformtechnik Schwerin, den 02. 06. 1980 "Herbert Warnke" Erfurt

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Titel

Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Druckflüssigkeitsspeichern in hydraulischen Anlagen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Druckfliissigkeitsspeichern, die innerhalb einer hydraulischen Anlage zur Energiebereitstellung für den Antrieb von Verarbeitungsmaschinen wie Pressen, Metallspritzgießmaschinen, KunststoffSpritzgießmaschinen o.a. dienen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind hydraulische Antriebe ύοώ Verarbeitungsmaschinen, die mit Energiespeichern wie z.B. Blasen- oder Kolbenspeichern zum Zwecke kurzzeitig sehr hoher über der Pumpenleistung liegender Leistungsabgabe ausgerüstet sind. Die Energiespeicher werden in den meisten Fällen druck- oder füllstandsgesteuert, so daß nach erfolgter Energiespeicherung die Ladepumpe abgeschaltet oder drucklos betrieben wird. So ist aus der I)E-AS 2010 181 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine stufenlose Einstellung der Preßkraft durch Nachfüllen von Druckflüssigkeit aus dem hydraulischen Kreislauf der Druckgießmaschine über ein Ventil in eine zusätzliche Gasflasche oder durch Ablassen von Druckflüssigkeit

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aus einer zusätzlichen Gasflasche über ein Ventil in den Hydrauliktank der Druckgießmaschine erfolgt.

Diese Schaltung hat den Nachteil, daß bei Druckerhöhung durch Nachfüllen von Druckflüssigkeit in die Gasflasche das Nachschaltgasvolumen reduziert wird, so daß der Speicherdruck bei gleicher Ölentnahme stärker absinkt· Es tritt also durch Ablassen in den Behälter ein Energieverlust auf· Die Schaltung ist nur für Druckhaltefunktionen für kleinere Entnahmemengen geeignet· Aus dem DD-WP 133 264 ist ein hydraulischer Antrieb für Werkzeugmaschinen bekannt, bei dem ein Verbraucher in beiden Bewegungsrichtungen über einen Steuerschieber mit ein und. demselben FlüssigkeitsdruckBpeicher und einer Pumpe durch vorgesehene Zu- und Abschaltglieder druckabhängig verstellwegteilig verbunden ist. Es sind einstellbare Steuerglieder für die Flüssigkeitsdruckspeicher- bzw. pumpenbeaufschlagte Geschwindigkeit des Verbrauchers vorgesehen, wobei die Pumpe in einer zweiten Schaltstellung eines Steuerventils über eine Verbindungsleitung mit dem Flüssigkeitsdruckspeicher verbunden ist· Die Speicheranpassung wird bei dieser Lösung über die Ventiltechnik geschwindigkeits- und druckabhängig erreicht, was mit Energieverlusten verbunden ist.

Geht man davon aus, daß der Fülldruck der Gasseite des Energiespeichers konstant bleibt, so verkleinert sich bei geringein Ladedruck auf der Hydraulikseite das verfügbare Speicherentnahmevolumen.

Die Möglichkeit Speicher entsprechend vorbeschriebener Lösungen an den Leistungsbedarf des Verbrauchers anpassen zu können, was in jedem Fall zu einer Optimierung des Y/irkungsgrades der Anlage führt, bestände darin, den Gasdruck durch Nachfüllen von Druckflüssigkeit in die Gasseite des Speichers zu erhöhen bzw. durch Ablassen von Druckflüssigkeit aus der Gasseite des Speichers zu reduzieren, oder den Gasdruck an herkömmlichen Speichern durch Nachfüllen von Gas aus Füllflaschen zu erhöhen bzw. durch Ablassen von Gas in die Atmosphäre zu reduzieren. Das würde in jedem Falle auf Kosten des Nachschaltgasvolumens bzw. von Gasverlusten geschehen.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Energiespeichern zu schaffen, die aufgrund geringer Energieverluste einen hohen Wirkungsgrad aufweist und geringe Einrichtungs- und Wartungszeiten garantiert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Energiespeichern zu schaffen, bei der eine schnelle Veiiänderung des Gasdruckes von Druckflüssig· keitespeichern in Hydraulikanlagen bei Veränderung oder Konstanthaltung des llachschaltgasvolumens ohne Gasverluste gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wii'd die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein gasseitiges Rohrleitungssystem durch einen oder mehrere Gasdruckbehälter erweitert wird, die durch zwei parallel geschaltete Absperrventile und ein hinter dem einen Absperrventil angeordnetes Rückschlagventil mit Durchflußrichtung zu den Gasdruckbehältern von dem gasseitigen Rohrleitungssystem getrennt sind.

Diese Gasdruckbehälter können integrierter Bestandteil der Speicherstation sein oder extern über einen Anschluß dem gasseitigen Rohrleitungssystem zugeordnet sein. Das Nachschaltgasvolumen kann durch Trennung entsprechender Gasdruckbehälter durch Absperrventile voneinander beliebig variiert werden.

Es ist gegebenenfalls möglich, daß anstelle der Gasdruckbehälter an deren Anschlußstelle eine zweite Speicherstation einer Hydraulikanlage angeschlossen werden kann.

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Ausführungsbeispiel:

Nachfolgend wird diese Steuereinrichtung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben:

Fig. 1 Steuereinrichtung mit konstantem Nachschaltgasvolumen und Gasdruckbehälter

Pig, 2 Steuereinrichtung mit stufenweise abschaltbarem Nachschaltgasvolumen und. Gasdruckbehälter

Figur 1 zeigt einen Druckflüssigkeitsspeicher 7, insbesondere einen Kolbenspeicher mit konstantem liachschaltgasvolumen, der zusammen mit Gasdruckbehältern 19» 19a und den zur Bereitstellung des IJachschaltgasvolumens erforderlichen Gasdruckbehältern 17, 18 in einem Hydraulikkreislauf angeordnet ist· Der maximale Arbeitsdruck des Druckflüssigkeitsspeichers wird durch ein Sicherheitsventil 4 begrenzt. Eine mittels eines Elektromotors 2 angetriebene Pumpe 1, die einem Flüssigkeitsbehälter 20 angeschlossen ist, steht über ein Rückschlagventil 3 mit dem Druckflüssigkeitsspeicher 7 in Verbindung, Gleichzeitig von diesem Leitungszweig ausgehend, der im weiteren als Öldruckleitung 5 bezeichnet wird, besteht eine direkte Verbindung zur hydraulischen Arbeitseinrichtung, die in diesem Zusammenhang nicht näher dargestellt wird. Durch ein Absperrventil 6 kann diese Öldruckleitung zum Flüssigkeitsbehälter 20 hin druckentlastet werden· Über ein gasseitiges Rohrleitungssystem 23 besteht vom Druckflüssigkeitsspeicher 7 eine Verbindung zum Anschluß 21, über den die Erstbefüllung mittels nicht dargestellter externer transportabler Gasdruckbehälter erfolgt. Dem Anschluß 21 ist ein Rückschlagventil 16 vorgeschaltet. Gleichzeitig ist am Druckflüssigkeitsspeicher 7 über ein Absperrventil 8 ein Manometer 9 angeschlossen. Dem gasseitigen Rohrleitungssystem 23 sind einerseits über ein Absperrventil 13

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oder über ein Absperrventil 25 und ein Rückschlagventil die Gasdruckbehälter 17, 18 und über ein Absperrventil 12 oder über ein Absperrventil 14 und ein Rückschlagventil 15 die Gasdruckbehälter 19, 19a zugeordnet. Ferner stehen die Gasdruckbehälter 17, 18 über ein Absperrventil 10 mit einem Manometer 11 in Verbindung· Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung wird nachstehend kurz erläutert. Der Druckflüssigkeitsspeicher 7 wird mittels einer Pumpe 1, die durch einen Motor 2 angetrieben wird, geladen, indem durch die Pumpe 1 Druckflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 20 über das Rückschlagventil 3 in den Druckflüssigkeitsspeicher 7 gepumpt wird, dessen max. Arbeitsdruck durch das Sicherheitsventil 4 begrenzt wird. Die Öldruckleitung 5 des Druckflüssigkeitsspeichers 7 führt direkt in die hydraulische Anlage und kann durch ein Absperrventil 6 zum Flüssigkeitsbehälter 20 hin druckentlastet werden. Das Auffüllen von Gas in die Speicheranlage bei der Erstbefüllung erfolgt mittels nicht dargestellter externer transportabler Gasdruckbehälter über den Püllanschluß 21 und ein nachgeschaltetes Rückschlagventil 16. Die Absperrventile 12, 13, 14 bleiben verschlossen und das Absperrventil 25 wird geöffnet« Der Druck in der Rohrleitung 23 steigt und treibt die Kolbenscheibe 24 des Druckflüssigkeitespeichers nach unten, wobei über das geöffnete Absperrventil 6 das Öl in den Flüssigkeitsbehälter 20 entweicht. Über das geöffnete Absperrventil 25 und Rückschlagventil 22 findet zu den Gasdruckbehältern 17 und 18 ein Druckausgleich statt, bis der Druck der externen nicht dargestellten Füllflasche nicht mehr ausreicht, um Gas über das Rückschlagventil 16 in das gasseitige Rohrleitungssystem 23 zu transportieren. Durch Schließen des Absperrventils 6 füllt die Pumpe 1 den Druckflüssigkeitsspeicher 7 und treibt die Kolbenscheibe 24 nach oben. Dabei wird das im Druckflüssigkeitsspeicher 7

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und im Rohrleitungssystem 23 befindliche Gas, für Hydraulikanlagen vorzugsweise Stickstoff, komprimiert und über das offene Absperrventil 25 und. das Rückschlagventil 22 in die Gasdruckbehälter 17 und 18 gedrückt. D.ie Gasdrücke im Druckflüssigkeits· Speicher 7 und in den Gasdruckbehältern 17 und 18 können über die Manometer 9, 11 bei geöffneten Absperrventilen 8, 10 abgelesen werden. Nachdem die Kolbenscheibe 24 die obere Endlage erreicht hat, wird das Absperrventil 6 geöffnet und die Kolbenscheibe 24 des Speichers 7 wird durch geringen Gasdruck bei gleichzeitigem Nachströmen von Gas aus den externen Gasflaschen über Rückschlagventil 16 nach unten getrieben* Der höhere Druck in den Gasdruckbehältern 17, bleibt durch das Rückschlagventil 22 eingesperrt, so daß an den Manometern 9_f 11 unterschiedliche Gasdrücke abgelesen werden· Der max· erreichbare Gasdruck kann den Einstellwert des Sicherheitsventils 4 nicht überschreiten« Damit ist der Ladevorgang beendet· Soll die Speicherstation bei Maximaldruck betrieben werden, so werden das Absperrventil 13 geöffnet und die Absperrventile 6, 10 geschlossen, wodurch die Betriebsbereitschaft hergestellt wird. Der Druck im Leitungssystem zum Gasdruckbehälter 19 hinter den Absperrventilen 12, 14 ist nur sehr gering.

Ist aus verarbeitungstechnischen Gründen, z.B. am hydraulischen Einspritzzylinder von Spritzgießmaschinen ein niedrigerer Gasdruck erforderlich, dann kann Gas aus dem Leitungssystem 23 einfach durch Öffnen des Absperrventils 14 in den Gasdruckbehälter 19 abgelassen werden, weil ein großes Druckgefälle zwischen dem Rohrleitungssystem 23 und dem Gasdruckbehälter 19 vorliegt. Der Druck im Rohrleitungssystem 23 kann auf diese V/eise so lange reduziert werden, bis ein Druckausgleich mit dem Gasdruckbehälter 19 besteht. Es ist aber mit Hilfe der Steuereinrichtung auch möglich den Druck des Nachschaltgasvolumens noch weiter zu reduzieren, wenn durch Schließen des Absperrventils 25 und bei geöffneten Absperrventilen 10, 14

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und 6 weiterhin Gas aus den Gasdruckbehältern 17, 18 über das dosiert geöffnete Absperrventil 13 in das Rohrleitungssystem 23 abgelassen wird, bis die Kolbenscheibe 24 den unteren Anschlag erreicht hat. Durch Schließen der Absperrventile 6, 13 wird nun mit Hilfe der Hydraulikpumpe 1 die Kolbenscheibe 24 nach oben gefahren, wobei sich das im Druckflüssigkeitsspeicher 7 befindliche Gasvolumen komprimiert und durch das Rohrleitungssystem 23 über das Absperrventil 14 und das Rückschlagventil 15 in den Gasdruckbehälter 19 gepumpt wird. Diese Arbeitsgänge können nun abwechselnd so lange erfolgen, bis der Druck in den Gasdruckbehältern 17, 18 angezeigt am Manometer 11, den vorgesehenen Wert erreicht hat· Der Maximaldruck im Gasdruckbehälter 19 kann den Einstellwert des Sicherheitsventils nicht überschreiten. Es besteht die Möglichkeit, die Gasdruckbehälter 17 und 18 bzw· 19 und 19a mit je einem nicht dargestellten Druckbegrenzungsventil zu sichern. Soll der Gasdruck in den Gasdruckbehältern 17, 18 aus verarbeitungstechnischen Gründen, wie z.B. schon angeführt am Einspritzzylinder einer Spritzgießmaschine oder zum Ausgleich eventuell aufgetretener Gasverluste in der Speicheranlage wieder erhöht werden, so kann Gas aus dem Gasdruckbehälter 19, wie nachfolgend, beschrieben, nachgefüllt werden: Ist der Druck im Gasdruckbehälter 19 größer als in den Gasdruckbehältern 17, 18, so kann bei geschlossenen Absperrventilen 13, 14, 6 einfach durch Öffnen des Absperrventils und 25 Gas aus dem Gasdruckbehälter 19 über das Rückschlagventil 22 in die Gasdruckbehälter 17, 18 so lange strömen bis das Druckgefälle nicht mehr ausreicht, um das Rückschlagventil 22 zu öffnen. Soll der Druck in den Gasdruckbehältern 17, 18 weiter erhöht v/erden, so wird das Absperrventil 6 geöffnet und das Gas aus dem Gasdruckbehälter 19 strömt über das geöffnete Absperrventil 12 und das Rohrleitungssystem 23 in den Speicher 7 und drückt die Kolbenscheibe 24 nach unten. Bei Erreichung der unteren Endlage wird erst das Absperrventil 12 geschlossen und danach das Absperr-

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ventil 6 geschlossen. Die Pumpe 1 lädt den Speicher 7 und führt" die Kolbenscheibe 24 in die obere Endlage, wobei sich das Gasvolumen des Speichers 7 komprimiert und über das Rückschlagventil 22 in die Gasdruckbehälter 17, 18 gelangt Dieser Vorgang kann auch nur so lange wiederholt werden, bis der Gasdruck den Einstelldruck des Sicherheitsventils erreicht hat·

Die Steuereinrichtung hat den Vorteil, daß bei Änderung des Gasdruckes immer das Hachschaltgasvolumen konstant bleibt und dadurch bei Speicherentnahme immer mit dem gleichen Druckabfall gerechnet werden kann· Die Steuereinrichtung hat auch den Vorteil, daß der Gasdruckbehälter 19 Bestandteil der Speicherstation sein kann, also fest installiert, aber auch als transportabler Gasdruckbehälter an den Knotenpunkt 26 angeschlossen werden kann· Die Steuereinrichtung ermöglicht die Optimierung des Wirkungsgrades von Hydraulikanlagen mit Speicherbetrieb und kann die Verfügbarkeit der Maschine erhöhen, da ständig kürzeste Zugriffszeit zum Gasvolumen des Gasdruckbehälters 19 gewährleistet ist, wenn dieser Bestandteil der Speicherstation wird. Die Steuereinrichtung ermöglicht auch eine Druckgasübertragung auf eine andere Verarbeitungsmaschine, wenn eine flexible Leitung an den Knotenpunkten 26 beider Liaschinen angeschlossen wird· Es kann bei Einsatz dieser Steuereinrichtung nur noch mit Gasverlusten gerechnet werden, die durch Undichtheiten zum Speicher oder im Rohrleitungssystem entstehen· Die gleiche Steuereinrichtung mit geänderter Schaltungsanordnung zeigt Pig· 2. Hier liegt auch das Punktionsprinzip, wie bereits in Pig· 1 beschrieben, vor, nur die Gasdruckbehälter 17', 18*, 29 können durch die Absperrventile 27, 28 voneinander getrennt werden, so daß das Nachschaltgasvolumen gestuft erweitert oder reduziert werden kann· Diese Schaltung ist anwendbar, wenn nur kleine Volumen aus dem Druckflüssigkeitsspeicher 7 entnommen werden und ein größerer Druckabfall des Üruckflüssigkeitsspeichers 7 möglich

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ist· Das wird erreicht, indem nach Beendigung des Speicherladevorganges gemäß Fig. 1 die Speicherstation betriebsbereit ist und das Gasvolumen entsprechend den Anforderungen des Verarbeitungsprozesses, z.B. für Druckhaltefunktion, in nachfolgend beschriebener V/eise gestuft zu- oder abgeschaltet werden kann. Der Gasdruckbehälter 29 kann zum Beispiel über Absperrventil 28 und die Gasdruckbehälter 18' und 29 können über Absperrventil 27 zu- bzw. abgeschaltet werden. Die wahlwej.se Anpassung des Gasdruckes der Gasdruckbehälter 17', 18', und 29 an den Gasdruckbehälter 19' erfolgt wie bereits in Fig. 1 erläutert wurde.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung einer Steuereinrichtung zur Leistungsanpassung von Druckflüssigkeitsspeichern mit konstanten und variablen Nachschaltgasvolumen, gekennzeichnet dadurch, daß ein gasseitiges Rohrleitungssystem (23,23') durch einen oder mehrere Gasdruckbehälter (19,19a; 19') erweitert wird, die durch zwei parallel geschaltete Absperrventile (12,12'; 14,14') und ein hinter den Absperrventilen (14,14') angeordnetes Rückschlagventil (15,15') mit Durchflußrichtung zu den Gasdruckbehältern (19,19'; 19a) vom Rohrleitungssystem (23,23') getrennt sind.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der oder die Gasdruckbehälter (19,19'; 19a) integrierter Bestandteil der Speicherstation sind oder extern am Knotenpunkt (26,26') anschließbar sind.
3. Schaltungsanordnung nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Gasdruckbehälter (17^f, 18^f, 29) durch Absperrventile (27, 28) voneinander getrennt angeordnet sind.
4. Schaltungsanordnung nach den Punkten 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der Gasdruckbehälter (19,19'; 19a) am Kno-tenpunkt (26,26·) eine zweite Speicherstation einer Hydraulikanlage anschließbar ist.

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