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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Demnach weist die
Antriebsanordnung einen Verbraucher mit zwei entgegengesetzt wirkenden
Druckräumen auf, von denen einer über eine erste
Druckleitung und eine Pumpenanordnung und der andere über
eine zweite Druckleitung und die Pumpenanordnung mit Druckmittel
versorgbar ist, um z. B. einen Verbraucher in Gestalt einer Kolben/Zylinder-Einheit
in einem Arbeitshub zu betätigen und in einem Rückhub
in die Ausgangsstellung zurückzuholen. Die Erfindung betrifft
ferner ein Verfahren zum druckspeicherlosen hydraulischen Antreiben
eines Verbrauchers gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 9.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Schaltungen
für die Bewegungssteuerung hydraulischer Verbraucher, wie
Differenzialzylinder, werden heute in der weit überwiegenden
Zahl in der Weise realisiert, dass eine Arbeitspumpe von einem Asynchron-Motor
ständig angetrieben wird. Das geförderte Hydrauliköl
fließt zu einem Wegeventil, in dessen Ruhestellung (geschlossener
Zustand) das Hydrauliköl, welches die Pumpe fördert,
drucklos zum Vorratstank zurückströmt. Soll der
Kolben der Kolben/Zylinder-Einheit ausfahren, so wird das steuernde
Wegeventil in eine erste Arbeitsstellung geschaltet, in der das
Hydrauliköl in den ersten Druckraum (Kolbenraum) des Arbeitszylinders
strömt, so dass die Kolbenstange ausfährt. Das
in dem dem Kolbenraum bezüglich des Kolbens gegenüberliegenden
Druckraum (Ringraum um die Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit)
verdrängte Öl fließt über das
Wegeventil zurück in den Tank. Zur Rückfahrt des
Arbeitskolbens wird das Wegeventil in eine zweite Arbeitsstellung überführt,
in der das von der Arbeitspumpe geförderte Hydrauliköl
in den Ringraum der Kolben/Zylindereinheit anstatt in den Kolbenraum gefördert
wird, während der Kolbenraum nunmehr über die
Rücklaufleitung mit dem Hydrauliköltank verbunden
ist. Ein Druckbegrenzungsventil begrenzt den Systemdruck auf das
zulässige Maß. Bei Übersteigen des Grenzdruckes
kann Hydrauliköl in den Tank drucklos abfließen.
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Antriebsanordnungen
nach diesem Konzept sind in großer Zahl realisiert worden
und arbeiten zuverlässig und sicher. Die Steuerungen haben
jedoch auch erhebliche Nachteile:
- – In
Ruhepausen des Systems läuft der elektrisch betriebene
Antriebsmotor ständig weiter und verbraucht Energie;
- – soll der Arbeitskolben Arbeit verrichten, so steigt der
Systemdruck und das Hydrauliköl wird um etwa 1% komprimiert.
Beim Umsteuern zum Rückhub wird die zuvor im Hydrauliköl
gespeicherte Energie nutzlos in Wärme umgesetzt, die das Öl
aufheizt und nicht zurück gewonnen werden kann;
- – soll mit dem System ein Kolben exakt positioniert
werden, so setzt man im Regelfall stufenlos ansteuerbare Proportionalventile
oder, seltener, aufwändige Pumpen mit verstellbarem Förderstrom
ein. Im ersteren Fall wird beim Drosseln des Ölstroms wiederum
Energie vernichtet; im zweiten Fall ist ein erheblicher baulicher
Aufwand erforderlich.
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Mit
dem Aufkommen leistungsfähiger, durch entsprechende Umrichter
drehzahl- und richtungsvariabel zu steuernder Elektromotoren wurde
das vorbeschriebene Grundkonzept radikal geändert. Die Arbeitspumpe
ist nun schaltventillos mit dem Kolbenraum einer Kolben/Zylinder-Einheit
verbunden. Der elektrische Antriebsmotor der Pumpe ist über
eine Umrichtersteuerung im Bezug auf Drehzahl und Drehrichtung bis
hin zum Stillstand frei parametrierbar. Der von der Arbeitspumpe
geförderte Ölstrom verhält sich annähernd
proportional zur Motordrehzahl. Auf diese Weise ist der Hydraulikölstrom
und somit auch die Kolbenbewegung frei beeinflussbar. Die Ringraumseite
des Kolbens ist mit einem Akkumulator verbunden, dessen Druck etwas
höher eingestellt ist als der zur Überwindung
der Reibungsverluste und der Schwerkraft des Kolbens und etwaiger angehängter
Massen erforderliche Gegendruck. Die Ist-Position der Kolbenstange
wird über einen Weggeber an die Steuereinrichtung übertragen.
Bei Stillstandsphasen des Verbrauchers steht der elektrische Antriebsmotor
still und es wird kein Hydrauliköl gefördert und
damit keine Kolbenbewegung ausgelöst. Soll der Arbeitskolben
ausfahren, so beginnt der elektrische Antriebsmotor zu rotieren,
das Hydrauliköl fließt in den Kolbenraum und die
Kolbenstange fährt aus. Das ringraumseitige Hydraulikölvolumen fließt
in den Akkumulator und hebt dessen Druck leicht an. Nach Erreichen
der gewünschten Kolben-Position kommt der elektrische Antriebsmotor über
eine entsprechende Ansteuerung wieder zum Stillstand und die Kolbenposition
wird gehalten. Die Fähigkeit des Systems zur winkelgenauen
Steuerung des elektrischen Antriebsmotors ermöglicht eine
sehr exakte Positionierung des Arbeitskolbens. Die Sollpositionen
werden unter vollem Druck mit einer Genauigkeit von bis zu 1 μm
ohne Drosselverluste angefahren und gehalten.
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Für
den Rückhub des Kolbens wird nun die Drehrichtung des elektrischen
Antriebsmotors geändert. Die im komprimierten Hydrauliköl
gespeicherte Energie im Akkumulator unterstützt einerseits
die Beschleunigung des elektrischen Antriebsmotors in Gegenrichtung,
andererseits kann überschüssige Kompressionsenergie
durch die generatorische Wirkung des elektrischen Antriebsmotors
in elektrische Energie umgewandelt und entweder in Kondensatoren der
Umrichter elektronisch gespeichert oder auch ins elektrische Netz
zurückgespeist werden. Diese druckspeicherbehaftete hydraulische
Antriebsanordnung hat viele Vorteile gegenüber druckspeicherlosen
hydraulischen Antriebsanordnungen der oben beschriebenen Art, wie
einen hohen Gesamtwirkungsgrad, einen sehr einfachen Systemaufbau, sehr
geringe thermische Belastung des Hydrauliköls und weniger
Lärmemission durch die variable Drehzahl des Antriebsmotors.
Eine derartige druckspeicherbehaftete hydraulische Antriebsanordnung ist
aus der
DE 103 29
067 A1 oder der
US
6,379,119 A bekannt.
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Mit
dieser bekannten hydraulischen Antriebsanordnung sind bereits viele
Anwendungen realisiert worden. Die Grenzen werden einerseits erreicht, wenn
anhängende Lasten oder Rückzugkräfte
aus dem Prozess so groß sind, dass die prinzipbedingt geringen
Drücke des Akkumulators nicht für einen Rückhub
des Kolbens ausreichen oder aber der Zylinderdurchmesser und/oder
der Kolbenhub so groß sind, dass das Volumen des Akkumulators über
ein wirtschaftlich vertretbares Maß ansteigt. Das ist beispielsweise
bei hydraulischen Arbeitsmaschinen mit Kräften über
etwa 4000 kN und/oder Hüben über etwa 700 mm der
Fall. – Gerade bei großen Zylindern wäre
jedoch der energetische Vorteil besonders bedeutend.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, drehzahl- und
drehrichtungsvariable hydraulische Antriebsanordnungen unter Verzicht
auf Druckspeicher auch für Großverbraucher nutzbar
zu machen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird eine druckspeicherlose hydraulische
Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Demnach
ist vorgesehen, dass bei einer gattungsgemäßen
druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung die Pumpenanordnung
aus einer drehzahlvariabel angetriebenen Hauptarbeitspumpe für
Arbeitshübe und aus einer drehzahlvariabel angetriebenen
Hilfspumpe für Rückhübe besteht und dass eine
Steuereinrichtung vorgesehen ist, die einen von der Hilfspumpe aufzubauenden,
gegen den Druck im Arbeitsraum des Verbrauchers wirkenden Gegendruck
in dem der Hilfspumpe zugeordneten Druckraum steuert oder regelt.
Es hat sich gezeigt, dass die Hilfspumpe bei gleichem Volumenstrom
wie die Hauptarbeitspumpe beispielsweise nur 1/10 der Leistung der
Hauptarbeitspumpe benötigt und dass der durch die zusätzliche
und selbstständig angetriebene Hilfspumpe entstehende Aufwand
deutlich geringer als der Aufwand für einen entsprechend
ausgelegten Akkumulator ist. Dabei werden auch günstigere Platz-
und Gewichtsverhältnisse ermöglicht als bei einem
geeignet großen Akkumulator. Hinsichtlich eines gattungsgemäßen
Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.
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Es
ist nun auf verschiedene Weise möglich, die druckspeicherlose
hydraulische Antriebsanordnung gemäß der Erfindung
zu verwirklichen. So ist es möglich und besonders bevorzugt,
schaltventillose Direktverbindungen zwischen der Hauptarbeitspumpe
und dem ersten Druckraum bzw. der Hilfspumpe und dem zweiten Druckraum
des Verbrauchers zu verwirklichen und damit die unter Umständen
gefährlichen Schläge im System bei Verwendung
von Wegeventilen in den Druckleitungen zu vermeiden.
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Um
höhere Kolbengeschwindigkeiten des Verbrauchers zu erreichen,
ist es auch möglich, anstelle der einzelnen Hauptarbeitspumpe
das an sich bekannte Konzept einer zusätzlichen Eilgangpumpe zu
verwirklichen, bei der der elektrische Antriebsmotor der Hauptarbeitspumpe
gleichzeitig zwei Hydraulikölpumpen antreibt, deren kombinierter
Volumenstrom den Arbeitskolben schneller ausfahren lässt. Bei
Erreichen eines bestimmten, über einen Druckaufnehmer an
einem Umrichter übermittelten Grenzdrucks kann die Eilgangpumpe
durch Schalten eines Wegeven tils mit dem Rücklauftank für
Hydrauliköl verbunden werden. Dann fördert nur
noch die zweite Pumpe. Damit kann das erforderliche Drehmoment des
elektrischen Antriebsmotors auf ein wirtschaftlich sinnvolles Maß begrenzt
werden.
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Eine
andere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen
druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung besteht darin,
die Kolben/Zylinder-Einheit des Verbrauchers mit einem an sich bekannten
Eilgangkolben und Füllventilen zu kombinieren, wie sie
aus konventionellen Hydrauliksteuerungen an sich bekannt sind. Allerdings
sind die erforderlichen Füllventile mit den notwendigerweise
großen Rohrleitungen so genannter Eilgangkolben vergleichsweise
kostenintensiv.
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Es
ist daher ferner ein Anliegen der Erfindung besonders leistungsstarke
und/oder große Verbraucher in druckspeicherlosen hydraulischen
Antriebsanordnungen schnell und präzise betreiben zu können
und dennoch zu vertretbaren Kosten realisieren zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung
nach Anspruch 4 realisiert, welche von eigenständiger erfinderischer
Bedeutung ist, so dass sich die Anmelderin vorbehält, diese
Lösung zum Gegenstand einer Teilanmeldung zu machen. Diese
Lösung sieht vor, bei einer gattungsgemäßen
druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung eine Pumpenanordnung
aus einer drehzahlvariabel angetriebenen Hauptarbeitspumpe für
Arbeitshübe und ferner aus einer drehzahlvariabel angetriebenen
Hilfspumpe für Rückhübe vorzusehen, wobei
die Förderrichtung der Hilfspumpe umkehrbar und die Hilfspumpe über
ein Wegeventil wahlweise mit dem ersten und/oder dem zweiten Druckraum
des Verbrauchers hydraulisch verbunden bzw. verbindbar ist.
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Wenn
gemäß einer weiteren Ausführungsform
ein elektrischer Umrichter, insbesondere ein Frequenzumrichter,
als Ersatz für eine hydraulische Steuerung für
die gefahrbringende Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung der
Hydraulikpumpe verwendet wird, insbesondere dann, wenn zusätzlich
zu dem Umrichter eine schaltbare Bremse zwischen dem elektrischen
Antriebsmotor der Pumpenanordnung und dem Umrichter installiert
wird, werden auf einfache Weise höherwertige Risikokategorien
bei geringem Aufwand erreichbar. Wegen der eigenständig
erfin derischen Bedeutung dieser Lösung behält sich
die Anmelderin vor, diese Kombination zum Gegenstand einer Teilanmeldung
zu machen. Als Umrichter stehen inzwischen Ausführungsformen
zur Verfügung, die nach den Anforderungen der zweithöchsten
CE-Risikokategorie 3 zertifiziert sind. Wird ein solcher Umrichter
mit einer Hydrauliksteuerung wie der vorbeschriebenen Art kombiniert,
d. h. mit einem hydraulischen Getriebe ohne sicherheitsrelevante
Schaltventile, und wird zu dem die restliche elektrische Steuerung
entsprechend sicher ausgelegt, so kann – praktisch ohne
im Bereich der Hydraulik einen nennenswerten Zusatzaufwand zu betreiben, – eine
hydraulische Antriebsanordnung mit Kategorie 3-Einstufung realisiert
werden. In diesem Fall werden die Hydrauliksysteme nur noch als „hydraulisches
Getriebe” verwendet und die gefahrbringende Richtungs-
und Geschwindigkeitssteuerung wird ausschließlich durch
den Umrichter realisiert. Eine derartige Lösung ist auch
bei druckspeicherbehafteten hydraulischen Antriebsanordnungen mit
drehzahlvariabel angetriebenen Hydraulikpumpen realisierbar, wie
sie unter anderem in der
DE
103 59 067 A1 beschrieben sind oder wie sie unter Verwendung nur
einer einzigen von dem elektrischen Antriebsmotor angetriebenen
Hydraulikpumpe bekannt sind.
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Es
ist ferner möglich mit nur geringem Zusatzaufwand die höchste
Risikokategorie 4 zu erreichen, in dem zusätzlich zu dem
Umrichter mit Kategorie 3-Einstufung eine Bremse zwischen elektrischem
Antriebsmotor und der Arbeitspumpe installiert wird. Dadurch wird
ein redundantes System geschaffen. Bremsen mit entsprechend sicherer
Auslegung sind beispielsweise aus dem Aufzugbau bekannt. Darüber
hinaus kann der Umrichter die Wirksamkeit der Bremse in regelmäßigen
Zeitabständen überprüfen, indem der Motor
gegen die aktive Bremse ein Drehmoment aufbringt und die Prozesssteuerung
prüft, ob sich der Rotor unzulässig bewegt.
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Die
vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt
Anwendung finden können
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung
der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der – beispielhaft – Ausführungsbeispiele
einer hydraulischen Antriebsanordnung dargestellt sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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In
der Zeichnung zeigen
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1 das
Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer druckspeicherlosen
hydraulischen Antriebsanordnung;
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2 das
Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer druckspeicherlosen
hydraulischen Antriebsanordnung;
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3A/B/C
das Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform einer
druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung in drei unterschiedlichen Ventilstellungen;
sowie
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4 das
Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform einer druckspeicherlosen
hydraulischen Antriebsanordnung, wobei eine erhöhte Sicherheitskategorie
erreicht wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt
eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung, bei der eine
von einem elektrischen drehzahlvariablen Antriebsmotor M1 angetriebene
hydraulische Hauptpumpe P1 mit dem Kolbenraum K einer als Verbraucher 1 fungierenden Kolben/Zylinder-Einheit über
eine Druckleitung D1 schaltventillos direkt verbunden ist. Zusätzlich
ist eine von einem elektrischen drehzahlvariablen Antriebsmotor
M2 angetriebene Hilfspumpe P2 über eine schaltventillose
Direktverbindung D2 mit dem Ringraum R des Verbrauchers 1 verbunden.
Die Motor/Pumpeneinheit M1/P1 bestimmt als Führungseinheit
die Kolbenbewegung zumindest bei dessen Arbeitshub, so wie dies
auch bei druckspeicherbehafteten hydraulischen Antriebsanordnungen üblich
ist. Mit der Motor/Pumpeneinheit M2/P2 wird ein Gegendruck erzeugt,
der die Funktion eines Akkumulators nachbildet, wie er in den druckspeicherbehafteten hydraulischen
Antriebsanordnungen verwendet wird. Dazu wird das Drehmoment des
Motors M2 so geregelt, dass ein bestimmter, für den Prozess
erforderlicher Gegendruck gegen den Arbeitsdruck erzeugt und gehalten
wird. Dieser Gegendruck kann unabhängig von der Position
des Kolbens bzw. der Kolbenstange beliebig gesteuert oder geregelt
werden. So ist es möglich, am Beginn des Rückhubes
etwa bei einem von dem Verbraucher durchgeführten Umformprozess
eines Werkstückes hohe Abstreifkräfte zu erzeugen,
die z. B. erforderlich sind, um einen Umformstempel beim Rückhub
aus der Form zurückzuholen. Ebenso können lange
Rückhübe, insbesondere mit konstantem Gegendruck,
realisiert werden. Im Stillstand oder bei der Abwärtsfahrt – d.
h. im Anfangsbereich des Arbeitshubes – kann das Moment des
Antriebsmotors M1 reduziert werden, um Energie zu sparen.
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Für
die Motor/Pumpeneinheit M2/P2 wird nur eine im Vergleich zur Hauptarbeitspumpe
geringe Antriebsleistung benötigt, die zwischen 2% und
50% der Nennleistung liegen kann, die von der Hauptarbeitspumpe
benötigt wird. In vielen Fällen ist etwa 1/10
der Nennleistung der Hauptarbeitspumpe für die Hilfspumpe
günstig und ausreichend.
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Bei
einer derartigen Anordnung werden die gleichen Vorteile wie bei
einer druckspeicherbehafteten hydraulischen Antriebsanordnung mit
drehzahlvariabel angetriebener Hydraulikpumpe erreicht – und
zwar auch für Anwendungsfälle, bei denen lange Arbeitshübe
und/oder große Kräfte vom Verbraucher, d. h. der
Kolben/Zylinder-Einheit gefordert werden. Durch die Erfindung wird
darüber hinaus nicht nur ein kostengünstigerer
Aufbau erreicht, sondern vor allem ganz erhebliche Vorteile beim
Energiebedarf der Anordnung.
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Bei
der Anordnung nach diesem ersten (und den folgenden) Ausführungsbeispielen
verbinden Steuerleitungen 5A, 5B die Steuerungseinrichtung 6 mit
den drehzahlvariablen elektrischen Antriebsmotoren M1, M2. Die drehzahlvariablen
Motoren M1 und M2 sind über die Steuereinrichtung 6,
insbesondere in Gestalt eines an sich bekannten Umrichters, bevorzugt
in Gestalt eines Frequenzumrichters, in Bezug auf Drehzahl und Drehrichtung – gewünschtenfalls
bis zum Stillstand – frei parametrierbar. Da der von den
Pumpen P1 und P2 geförderte Hydraulikölstrom sich
annähernd proportional zur Motordrehzahl verhält,
ist auf diese Weise der Ölstrom und somit auch die Kolbenbewegung
frei beeinflussbar. Druckbegrenzungsventile 4A und 4B begrenzen
den Systemdruck auf das zulässige Maß, so dass
bei Übersteigen des eingestellten Drucks Hydrauliköl über
die Rückläufe 2A bzw. 2B in
den Hydrauliköltank T zurückfließt. Die
Ist-Position der Kolbenstange wird über den Weggeber 8 an
die Umrichtersteuerung 6 übertragen.
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Eine
bevorzugte Funktionsweise ist die Folgende: Im Stillstand des Verbrauchers
stehen die Motoren M1 und M2 in der Regel annähernd still,
es sei denn eine Leckage oder dergleichen sind auszugleichen. Bei
Motorenstillstand wird kein Öl gefördert und somit
keine Kolbenbewegung gezielt ausgelöst.
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Soll
die Kolbenstange S ausgefahren werden, so beginnt der Motor M1 zu
rotieren und das Hydrauliköl fließt in den Kolbenraum
K (Füllmodus der Pumpe P1), so dass die Kolbenstange S
ausfährt. Hierbei kann das Drehmoment des im Entleermodus der
Pumpe P2 mitlaufenden Motors M2 auf einen relativ geringen Wert
begrenzt werden. Der im Entleermodus der Pumpe P2 mitlaufende Motor
M2 verhindert z. B., dass eine an dem Verbraucher hängende Last
sich unkontrolliert absenkt. Die Drehrichtung des Motors M2 entspricht
also dem Entleermodus der Pumpe P2, d. h. Hydrauliköl wird
aus dem Ringraum unter Aufrechterhalten eines gewissen Gegendruckes
gegen den Kolben des Verbrauchers kontrolliert abgezogen bzw. abgelassen.
Die Pumpe P2 wird daher vom ringraumseitig ausströmenden
Hydraulikölvolumen mit geringem Druck in rückläufige
Rotation versetzt werden, d. h., dass der Motor M1 seinerseits den
Motor M2 antreibt und der Motor M2 diese Antriebskraft abbremst,
da er langsamer läuft als es dem Antriebsmoment des Motors
M1 ent spräche. Das Öl fließt nach Durchströmen
der Pumpe P2 drucklos in den Tank T zurück. Über
die Steuereinrichtung 6 des Motors M2 kann dabei das Motor-Bremsmoment
des Motors M2 variiert und so ein vorgebbarer Gegendruck gehalten
werden. Da beide Elektromotoren M1 und M2 winkelgenau steuerbar sind,
ermöglicht dies eine sehr exakte Positionierung der Kolbenstange,
deren Sollpositionen unter vollem Druck und ohne Drosselverluste
mit einer Genauigkeit bis zu 1 μm angefahren und gehalten
werden können.
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Für
die Rückfahrt werden nun die Drehrichtungen der Motoren
M1 und M2 geändert, d. h. M1/P1 arbeiten im Entleermodus
und M2/P2 arbeiten im Füllmodus für den zugeordneten
Druckraum des Verbrauchers 1. Im etwa komprimierten Hydrauliköl gespeicherte
Energie unterstützt dabei einerseits die Beschleunigung
des Motors M1 in die Gegenrichtung. Andererseits kann überschüssige
Kompressionsenergie durch die generatorische Wirkung des Motors
M1 in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert oder ins Netz
zurückgespeist werden. Bei der Rückfahrt (Rückhub
des Kolbens) bestimmt weiterhin die Drehzahl des nunmehr in der
Drehrichtung umgekehrten Motors M1 die Position und Geschwindigkeit
der Kolbenstange S. Der durch das begrenzte Antriebsmoment des Motors
M2 erzeugte Förderstrom der Pumpe P2 ist gerade so groß,
das die durch die reversierte Pumpe P1 aus dem Kolbenraum K geförderte Ölmenge
auf der Ringraumseite R ersetzt wird. Durch Anhalten des Motors
M1 kommt der Kolben positionsgenau zum Stillstand.
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Die
Ausführungsform nach 2 unterscheidet
sich von derjenigen nach 1 durch die Verwendung eines
an sich bekannten so genannten Eilgangkolbens 3' und eines
Füllventils 9 sowie einer dritten Druckleitung
D3, die über ein Auf/Zu-Ventil 11 im Bypass zur
schaltventillosen Druckleitung D1 zugeschaltet werden kann. Der
Eilgangkolben 3' ist in den Kolben der Kolbenzylindereinheit 1 eingesetzt. Durch
Schließen des Ventils 11 wird der Pumpenstrom
der Hauptarbeitspumpe P1 nicht auf den Hauptkolben, sondern auf
den im Durchmesser viel kleineren Eilgangkolben geleitet. Die Kolbenstange
S fährt so deutlich schneller aus. Über ein entsperrbares,
als Füllventil 9 dienendes Rückschlagventil
wird dabei Hydrauliköl zum Füllen des Kolbenraumes
K aus dem Tank T gesaugt. Nach Erreichen eines einstellbaren Druckes
wird mit dem Ventil 11 die Hauptkolbenfläche zugeschaltet,
damit die volle Kolbenkraft erreicht werden kann. Beim Rückhub
wird das Füllventil 9 ebenfalls geöffnet,
um auch hier mit hoher Geschwindigkeit fahren zu können.
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Die
Ausführungsform nach den 3A bis 3C unterscheidet
sich von derjenigen nach 1 durch den Einsatz des Schaltventils 13 und
die zusätzliche Druckleitung D4, mit der der Ringraum R der
Kolbenstange S mit dem Ventil 13 bzw. je nach Schaltstellung
des Ventils 13 mit dem Kolbenraum K der Kolben/Zylindereinheit 1 verbunden
werden kann.
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Soll
die Kolbenstange S mit Eilganggeschwindigkeit ausfahren, so wird
das Ventil 13 in die in 3B dargestellte
Stellung „parallele Pfeile” geschaltet. Beide
Motoren M1 und M2 werden über die Steuereinheit 6 mit
gleicher Drehrichtung und Drehzahl angesteuert. Die Pumpe P1 fördert über
die Druckleitung D1 direkt in den Kolbenraum K, die Pumpe P2 über
die Druckleitung D4 ebenfalls. Über die Leitung D2 ist
dabei der Ringraum R mit dem Kolbenraum K verbunden. Die Kolbenstange
S fährt wegen der im Verhältnis zur Fläche
des Ringraums R größeren Fläche des Kolbens
K aus. Die dabei über die Druckleitung D2 aus dem Ringraum
R verdrängte Ölmenge fließt über
die Leitung und D4 ebenfalls in den Kolbenraum K. Auf diese Weise
können durch die Kombination der Förderströme
der Pumpen P1 und P2 sowie zusätzlich durch die Nutzung
der ringraumseitig abfließenden Ölmenge hohe Ausfahrgeschwindigkeiten
realisiert werden.
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Soll
im weiteren Verlauf des Antriebshubes der eigentliche Arbeitsschritt
beginnen, so wird das Ventil 13 in die im Bild 3A dargestellte
Sperrposition gebracht. Ringraum R und Kolbenraum K sind wieder voneinander
getrennt, die Anlage arbeitet nach dem in der 1 dargestellten
Prinzip. Dazu stellt die Steuereinrichtung 6 die Betriebsart
des Motors M2 um; statt mit gleicher Drehzahl und -richtung wie
der Motor M1 im Füllmodus zu laufen, erzeugt M2 nun wieder
ein vorgebbares, insbesondere konstantes Bremsmoment, wie oben für
die 1 beschrieben (Entleermodus). Die Drehrichtung
von M2 wird hierfür also umgekehrt.
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Für
den Rück- oder Leerhub kann das Ventil 13 in die
in der 3C dargestellte Stellung „gekreuzte
Pfeile” geschaltet werden. Der Kolbenraum K ist nunmehr über
die Leitung 12 direkt mit dem Tank T verbunden. So kann
die meist recht hohe Fördermenge der Pumpe P2 für
eine hohe Rücklaufgeschwindigkeit genutzt werden, die nicht
mehr durch den relativ hohen Widerstand der nach dem Konzept entsprechend
der 1 das Entleeren den Kolbenraums K gestattenden
Pumpe P1 begrenzt ist. In diesem Betriebszustand wird der Motor
M2 (Füllmodus) in Bezug auf Drehrichtung und Drehzahl wieder
synchron zum Motor M1 (Entleermodus) betrieben. Vor Erreichen der
oberen Endlage werden beide Motoren M1 und M2 zum Stillstand gebracht,
das Ventil 13 schaltet in die Mittelstellung entsprechend
Bild 3A.
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4 zeigt
eine hydraulische Steuerung für eine Maschine, die der
höchsten CE-Risikokategorie 4 entspricht. Das
Bild zeigt eine Steuerung ähnlich der in der 1 dargestellten;
auf gleiche Weise können auch Steuerungen der Bilder 2
bis 3 verändert werden. Die eigentliche hydraulische Steuerung bleibt
völlig unverändert. Die Umrichtersteuerung 6 erhält
jedoch eine Zusatzausrüstung zum Erreichen der Risikokategorie 3,
dazu gehören beispielsweise redundante elektrische Schaltungen
und eine besonders zertifizierte Software. Zwischen den Motor M1 und
die Pumpe P1 wird eine elektrisch schaltbare Bremse B eingebaut.
Das Bremsmoment wird über Federn aufgebracht, das Lüften
erfolgt durch eine elektrisch betriebene Spule. Bei gewollten Bewegungen
des Kolbens S wird die Bremse durch Einschalten der Spule gelüftet,
für den sicheren Stillstand bleibt sie geschlossen.
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- 1
- Verbraucher
- 2A
- Rücklauf
- 2B
- Rücklauf
- 3
- Zylinder
- 3'
- Eilgangkolben
- 4A
- Druckbegrenzungsventil
- 4B
- Druckbegrenzungsventil
- 5A
- Steuerleitung
- 5B
- Steuerleitung
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Rücklauf-/Saugleitung
- 8
- Weggeber
- 9
- Füllventil
- 10
- Antriebsanordnung
- 11
- Ventil
- 12
- Leitung
- 13
- Schaltventil
- 20
- Pumpenanordnung
- B
- Bremse
- D1
- erste
Druckleitung
- D2
- zweite
Druckleitung
- D3
- dritte
Druckleitung
- D4
- vierte
Druckleitung
- M1
- erster
Antriebsmotor
- M2
- zweiter
Antriebsmotor
- P1
- Hauptarbeitspumpe
- P2
- Hilfspumpe
- K
- erster
Druckraum
- R
- zweiter
Druckraum
- S
- Kolbenstange
- T
- Tank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10329067
A1 [0005]
- - US 6379119 A [0005]
- - DE 10359067 A1 [0013]