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Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Maschine
zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier-
oder Kartonmaschine.
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In
Papiermaschinen wird verbreitet Hydraulik als Betätigungs-
und Steuerungsmittel eingesetzt; insbesondere werden Stellglieder
hydraulisch angetrieben, mit denen große Kräfte
mit hoher Genauigkeit eingestellt und ausgeübt werden können.
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In
der Regel wird ein Arbeitsfluid, z. B. Hydrauliköl verwendet,
das von einer Pumpe unter Druck gesetzt wird. Die Einleitung des
unter Druck stehenden Hydrauliköls in ein hydraulisches
Stellglied, wie z. B. einen Hydraulikzylinder oder einen Hydraulikmotor
wird typischerweise durch ein proportionales Steuerventil oder Proportionalventil
gesteuert, das elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben
sein kann.
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Ein
solches Steuerventil hat einen verschieb- oder verlagerbaren Steuerschieber
oder Steuerkolben, der in Antwort auf seine Lage in einem zugehörigen
Ventilgehäuse einen Solldruck am Ausgang einstellen kann,
indem der Druck von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls
heruntergeregelt wird. Die Beweglichkeit des Steuerkolbens im Ventilgehäuse
erfordert zwingend ein gewisses Spiel oder Spaltmaß zwischen
Steuerkolben und Ventilgehäuse, so dass eine innere Leckage
des Steuerventils unvermeidbar ist. Das Spaltmaß darf nicht
zu eng gewählt werden, denn sonst würde das Ventil
zu anfällig gegen Verschmutzungen im Hydrauliköl.
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In
letzter Zeit wurden alternative Druckregler entwickelt, die in dieser
Anmeldung durchgängig als digitalhydraulische Druckregler
bezeichnet werden sollen. Werden solche digitalhydraulischen Druckregler
als Druckminderer eingesetzt, werden diese in der vorliegenden Anmeldung
durchgehend als digitalhydraulische Druckminderer bezeichnet.
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Die
Arbeitsweise der digitalhydraulischen Druckregler ist beispielsweise
in der Zeitschrift Fluid Nr. 7–8, 2008 S. 12, 13 genauer
beschrieben. Der verbesserten Lesbarkeit dieser Anmeldung halber wird
die Arbeitsweise digitalhydraulischer Druckregler nochmals sehr
kurz zusammengefasst dargestellt:
Ein digitalhydraulischer
Druckregler besteht im einfachen Fall aus einer Reihe parallel geschalteter
Ventile, die lediglich AUF/ZU Funktion besitzen; also einfache EIN/AUS-Schaltventile
sind, die einen Durchfluss zulassen oder unterbrechen und in dieser
Anmeldung durchgängig als Ventile bezeichnet werden können.
Die Ventile sind alle mit einer gemeinsamen Zuführleitung
einerseits und mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung andererseits
verbunden. Die Ventile selbst können herkömmliche
Solenoidventile, d. h. Ventile mit elektromagnetischem Antrieb sein.
Natürlich können auch andere Antriebsformen gewählt werden.
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Durch
Anschluss oder Einbau von Drosselelementen bzw. durch die Ventile
selbst ist dafür gesorgt, dass die Ventile unterschiedliche
Durchflösse haben, wenn sie geöffnet sind. Wenn
beispielsweise vier Ventile vorgesehen sind, so können
die Durchflussraten Q in den einzelnen, jeweils von dem zugehörigen
Ventil wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis
von 1:2:4:8 zueinander stehen; bei einer größeren
Anzahl von Ventilen wird diese Reihe entsprechend fortgesetzt.
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Durch Öffnen
und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen,
die auf der Basis von mathematischen Modellen von einem Rechner
bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche
und präzise Druckeinstellung in der Ausgangsleitung bzw.
in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden. Dies wird
erreicht, indem die analoge Regelkurve des eingangs geschilderten proportionalen
Steuerventils durch eine digital erstellte (angenäherte)
Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von
Nichtlinearitäten und/oder Hysterese des analogen, Proportionalventils
eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es
erlaubt, einen Regelpunkt schnell und (nahezu) überschwingungsfrei
anzufahren.
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Ein
weiterer Vorteil der digitalhydraulischen Regelung liegt darin,
dass die Ventile entweder offen oder geschlossen sind, d. h. zum
Halten eines Solldrucks in einem geschlossenen (und unveränderten) System
sind die Ventile einfach geschlossen und es gibt keine inneren Leckageströme.
Damit besteht ein deutlicher Unterschied zum herkömmlichen
Proportionalventil, das stets von einem Hydraulikölstrom durchflossen
ist. Dies kostet ständig Energie für die Hydraulikpumpen,
z. B. in der Papiermaschine.
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Somit
ist zu erkennen, dass es der Einsatz von digitalhydraulischen Druckreglern
gestattet, die Hydraulikpumpen weniger oft oder kürzer
zu betreiben, wodurch Energie gespart werden kann.
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Es
besteht aber weiterhin ein Bedarf, den Energieverbrauch einer Maschine
zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-
oder Kartonmaschine weiter zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Hydrauliksystem für eine Maschine
zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-
oder Kartonmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
ein Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer
Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, vorgeschlagen,
das mindestens ein hydraulisches Stellglied, mindestens einen Hochdruckspeicher
zur Bevorratung eines hydraulischen Arbeitsfluids unter Druck, eine
Pumpe, um das Arbeitsfluid mit hohem Druck in den Hochdruckspeicher
einzuspeisen und diesen aufzuladen, und mindestens einen digitalhydraulischen
Druckregler hat, der dem hydraulischen Stellglied zugeordnet ist
und den Druck des Arbeitsfluids in dem hydraulischen Stellglied
einstellt.
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In
den nachfolgenden Erläuterungen ist stets von einer Papiermaschine
die Rede; dieser Begriff soll aber ausdrücklich alle Maschinentypen
zur Herstellung von Faserstoffbahnen, also insbesondere auch Kartonmaschinen,
(Hart) Faserplattenmaschinen und dergleichen umfassen.
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Wenn
ein digitalhydraulischer Druckregler anstelle eines herkömmlichen
Proportionalventils verwendet wird, ist, bei unveränderter
Stellung des hydraulischen Stellglieds, der Hydraulikflüssigkeitsverbrauch,
d. h. der innere Leckagestrom im Regler Null. In einer Papiermaschine
sind viele verstellbare Elemente erforderlich und vorhanden; die
Verstellung erfolgt aber nicht oft, sondern nur bei relativ selten auftretenden
Vorgängen, wie Anfahrvorgängen, Bahnabrissen und
Neueinfädelungen der Bahn, Tambourwechsel oder Wartungsmaßnahmen.
Die Stellbewegungen, die üblicherweise mittels an den verstellbaren
Elementen angreifenden Hydraulikzylindern ausgeführt werden,
umfassen dabei einen Verfahrvorgang eines Hydraulikzylinders und/oder
ggf. einen Druckaufbau, um irgendwelche mechanischen Druckkräfte,
z. B. Druck zwischen zwei Walzen, zu erzeugen.
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Es
wurde gefunden, dass mit dem Wegfall des permanenten Leckagestroms
in Proportionalventilen tatsächlich ein so geringer Bedarf
an Arbeitsfluid vorliegt, dass es energetisch ungünstig
ist, eine für den Leckagestrom hinreichend groß ausgelegte Pumpe
wiederholt ein- und auszuschalten. Die Erfinder haben nun gefunden,
dass der Verbrauch an Arbeitsfluid auch aus einem Hochdruckspeicher
gedeckt werden kann, wobei die Hochdruckspeicher mit einer Pumpe
von Zeit zu Zeit aufgeladen wird.
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Wie
eingangs erläutert wurde, hat das Hydrauliksystem für
eine Papiermaschine üblicherweise eine Vielzahl von hydraulischen
Stellgliedern, wobei es möglich ist, jedem einzelnen Stellglied
einen eigenen Hochdruckspeicher oder mehreren Stellgliedern gemeinsam
einen gemeinsamen Hochdruckspeicher zuzuordnen. In beiden Fällen
kann eine einzelne Pumpe vorgesehen werden, die mehrere Hochdruckspeicher
oder den einen Hochdruckspeicher auflädt. Im Fall mehrerer
Hochdruckspeicher können diese nacheinander einzeln aufgeladen
werden, so dass eine kleine Pumpe, die für die Füllung
eines Hochdruckspeichers ausgelegt ist, ausreicht.
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Der
Aufwand für die Bereitstellung, Verlegung, Wartung von
Rohrleitungen für die Versorgung des Hydrauliksystems mit
Hydrauliköl ist in einer herkömmlichen Papiermaschine
beachtlich. Die verwendeten Materialien müssen für
die feuchtheiße Umgebung korrosionsfest sein, es sind enorme
Strecken zu bewältigen, denn eine übliche Papiermaschine
ist schlichtweg groß (mehrere zig Meter lang), sodass hier
der Materialverbrauch an hochwertigem Rohrmaterial ein echter Kostenfaktor
ist. Zudem ergeben sich Strömungsverluste bei der Führung
der Ölströme in den Leitungen, die entweder durch
größere Rohrquerschnitte, d. h. mehr Materialverbrauch,
oder durch höhere Pumpleistung, d. h. höherer
Energieverbrauch ausgeglichen werden müssen.
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Durch
die Zuordnung von individuellen Hochdruckspeichern zu einzelnen
Stellgliedern oder Gruppen mit mehreren Stellgliedern, lässt
sich eine funktionale und räumliche Aufgliederung der Druckversorgung
erreichen, d. h. einzelne lokale Pumpstationen werden vorgesehen,
die unabhängig voneinander sind, so dass lange Leitungsstränge
entfallen können.
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Mit
einem schnellen Satz digitaler Ventile als digitalhydraulischem
Druckregler an einem Druckspeicher, kann der Druck in beispielsweise
einem Walzenspalt oder Walzennip präzise gesteuert werden,
obwohl der Pegel des Versorgungsdrucks ein wenig schwankt oder nachlässt.
Der Satz Ventile ist in dem Druckspeicher eingebaut, um den Druck
bzw. den von dem Druckspeicher abgegebenen Volumenstrom zu steuern.
Wenn der Druckspeicher erschöpft ist, d. h. die darin gespeicherte
Energie abgegeben wurde, schaltet der Satz digitaler Ventile auf
den Pumpendruck um. Dabei wird die Druckregelung unmittelbar mit
dem gepumpten Arbeitsfluid ausgeführt und gleichzeitig
wird der Druckspeicher wieder aufgeladen. Dann schaltet die Pumpe
wieder ab und es wird wieder Arbeitsfluid aus dem Druckspeicher
entnommen.
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Überlegungen
haben ergeben, dass der Bedarf an Arbeitsfluid bei einem durchschnittlich
häufigen und durchschnittlich dauernden Betrieb der Stellglieder
so gering ist, dass entsprechend bemessene Hochdruckspeicher lediglich
im mehrwöchigen Rhythmus aufzuladen sind. Daher ist es
in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das
Hydrauliksystem anstatt mit stationär angebrachten und
angeschlossenen Pumpen mit einer mobilen, zu den jeweiligen Hochdruckspeichern
bewegbaren und daran lösbar anschließbaren Pumpe
zu betreiben. Eine solche mobile Pumpe, bspw. in Form eines Pumpenwagens,
könnte mit entsprechender Stromversorgung, ggf. einem eigenen
Tank, geeigneten Schnellanschlüssen, Steuergeräten
etc. ausgerüstet sein, so dass die Hochdruckspeicher einfach
und ggf. mit frischem oder gereinigtem Arbeitsfluid aufgeladen werden
können.
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Es
gibt ein Vielzahl Stellen in einer Papiermaschine, wo mehrere Stellglieder
gleichwirken, also parallel arbeitend eingesetzt sind. In diesen
Fällen sind, z. B. in Einrichtungen zum Tambourwechsel, Einrichtungen
zum Öffnen von Walzenspalten, Gestellabschnitten, Bahndurchführungen
oder dergleichen, wegen der schieren Größe der
beteiligten Maschinenteile mehrere Hyraulikzylinder vorgesehen, die
beispielsweise eine Walze an beiden Enden anheben oder absenken.
Vorzugsweise wird jeder solchen Gruppe von gleichwirkenden hydraulischen Stellgliedern
ein eigener digitalhydraulischer Druckregler zugeordnet, der dann
den Druck für die ganze Gruppe einstellt. Dies erfordert
eine Rohrverbindung unter den Mitgliedern einer Gruppe.
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Wenn
die gleichwirkenden Gruppenmitglieder aber weit voneinander entfernt
angebracht sind kann jedes Stellglied mit einem eigenen digitalhydraulischen
Druckregler verbunden sein. Wenn das Stellglied ein Hydraulikzylinder
ist, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die
Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar an dem
Hydraulikzylinder angebracht. Diese Bauweise ist nicht nur kompakt,
sondern es sind auch wenige hydraulische Anschlussstellen vorhanden.
Dies verbessert die Zuverlässigkeit, weil es wenige Stellen gibt,
die undicht werden könnten.
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Wegen
des vergleichsweise einfachen Aufbaus der Druckregler ist es im
Hinblick auf die Qualität des Regelungsergebnisses in einer
vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, die Druckregelfunktion an
einem Hydraulikzylinder so zu gestalten, dass die Regelung des Drucks
auf beiden Seiten eines Kolbens des Hydraulikzylinders erfolgt.
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In
dieser oder anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Hydraulikzylinder
mit einem eigenen, digitalhydraulischen Druckregler, einem eigenen Hochdruckspeicher
und einem eigenen Tank zur Speicherung von drucklosem Arbeitsfluid
verbunden sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Hydrauliksystems ist das Stellglied ein Hydraulikmotor, der parallel
zu einem elektrischen Antriebsmotor mit einem drehend anzutreibenden
Element der Maschine vorgesehen ist. Der Hydraulikmotor kann als
Antriebshilfsaggregat oder als Bremshilfsaggregat oder für
diese beiden Funktionen mit dem drehend angetriebenen Element wahlweise koppelbar
ausgestaltet sein.
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Eine
Papiermaschine ist eine auf Dauerbetrieb ausgelegte Maschine, dennoch
ist ein Stillstand der Maschine unvermeidbar. Bahnbrüche,
das Auswechseln von Verschleißteilen und ähnliche
Tätigkeiten machen es erforderlich, die Maschine anzuhalten oder
anzufahren. Für den Dauerbetrieb ist in der Regel ein elektrischer
Antrieb für die drehenden bzw. umlaufenden Elemente vorgesehen,
d. h. von Walzen, Zylindern, Trommeln, Bändern, Sieben
etc. von denen es in einer Papiermaschine eine Vielzahl gibt. Das
Anfahren der Papiermaschine erfordert, dass alle diese drehenden
Elemente, die groß und schwer und entsprechend träge
sind, vom Stillstand auf die Dauerbetriebsgeschwindigkeit beschleunigt
werden. Um dieses in kurzer Zeit zu erreichen, sind erhebliche Leistungen
der elektrischen Antriebe erforderlich; Leistungen, die deutlich über
der für den Dauerbetrieb erforderlichen Antriebsleistungen
liegen. Elektromotoren mit diesen Leistungen sind groß,
teuer und für den Dauerbetrieb überdimensioniert.
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Hydraulikmotoren
erreichen aus dem Stand hohe Drehmomente und können somit
geeignete Hilfsantriebe zum Anfahren der Papiermaschine sein. Wenn
man den Hydraulikmotor mit einem Druckspeicher für das
Arbeitsfluid versieht, dann kann der Speicher hohe Leistungen für
kurze Zeit bereithalten. Für den im Verhältnis
zum Dauerbetrieb seltenen Fall des Anfahrens der Papiermaschine lässt
sich Bauaufwand und Energie sparen, wenn ein Teil des Anfahrdrehmoments
von einem Hydraulikmotor anstelle eines großen Elektromotors
geliefert wird. Mit einem rasch ansprechenden, digitalhydraulischen
Druckregler kann der Hydraulikmotor gut gesteuert werden, so dass
ein feinfühliges Aufbringen von Drehmoment mit dieser Lösung
möglich ist. Hydraulikmotoren haben einen im Vergleich
zu Elektromotoren einfachen Aufbau und können aus einfachen
Materialen angefertigt werden.
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In
einer Anordnung als Anfahrunterstützung der kann Hydraulikmotor
mit einem eigenen digitalhydraulischen Druckregler, einer eigenen
Pumpe, einem eigenen Hochdruckspeicher und einem eigenen Tank zur
Speicherung von drucklosem Arbeitsfluids versehen und als kompakte
Einheit an der gewünschten Stelle angebracht sein.
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Die
Anfahrunterstützung kann auch in Form eines Hybridantriebs
aus Elektromotor mit ankoppelbarem Hydraulikmotor gestaltet sein.
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Ferner
ist es möglich, im laufenden Betrieb den Hydraulikmotor
als Pumpe einzusetzen, die den Druckspeicher wieder auffüllt;
dazu kann ein Teil der mechanischen Leistung des Elektromotors den
Hydraulikmotor vorübergehend als Pumpe antreiben, um den
Druckspeicher allmählich zu füllen.
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Die
Regelgenauigkeit der digitalhydraulischen Druckregler wird besser,
wenn das Druckgefälle über den Regler kleiner
wird. Wenn der Druck des Arbeitsfluids am Eingang des Reglers im
Bereich des vom Regler einzustellenden Drucks liegt, lässt sich
der gewünschte Druck genauer und schneller einstellen.
Der oder die verwendeten Druckspeicher sollen aber, um einen großen
Speicherinhalt (d. h. lange Laufzeiten der Arbeitsfluidversorgung)
zu erreichen, bei hohen Drücken speichern.
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Um
den Druck des Arbeitsfluids am Einlass des digitalhydraulischen
Druckreglers in einen geeigneten Bereich einzustellen, kann ein
als Druckminderer eingesetzter digitalhydraulischer Druckregler
verwendet werden. Dieser kann ggf. einfacher aufgebaut sein als
der die tatsächliche Regelaufgabe ausführende
digitalhydraulische Druckregler, d. h. beispielsweise wenige Ventile
haben oder mit einfachen oberen und unteren Stellwerten arbeiten
oder es können ähnliche, die Regelaufgabe vereinfachende Maßnahmen
getroffen sein.
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Ein
digitalhydraulischer Druckminderer kann jedem digitalhydraulischen
Druckregler, einer Gruppe solcher Regler oder einfach jedem Druckspeicher zugeordnet
sein. Wenn beispielsweise für mehrere Stellglieder ein
gemeinsamer Hochdruckspeicher vorgesehen ist, an den eine Mehrzahl
einzelner digitalhydraulischer Druckregler angeschlossen ist, kann zwischen
dem Hochdruckspeicher und den Druckreglern ein gemeinsamer digitalhydraulischer
Druckminderer vorgesehen sein oder es kann ein digitalhydraulischer
Druckminderer für jeden digitalhydraulischen Druckregler
vorgehen sein, der die oder den jeweiligen Druckregler versorgt.
Im letztgenannten Fall können die einzelnen digitalhydraulischen Druckminderer
jeweils einen unterschiedlichen, der Regelaufgabe des nachfolgenden
digitalhydraulischen Druckreglers angepassten Druck des Arbeitsfluids
einstellen.
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Es
ist zudem möglich, zwischen dem digitalhydraulischen Druckminderer
und dem oder den digitalhydraulischen Druckreglern einen oder jeweils
einen Zwischenspeicher vorzusehen, der Arbeitfluid mit dem verminderten
Druck speichert und an den oder die digitalhydraulischen Druckregler
abgibt.
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Die
Erfindung kann mit zahlreichen Modifikationen und Optionen in die
Praxis umgesetzt werden, von denen einige nachfolgend geschildert
werden. Diese Modifikationen tragen zu einem vereinfachten Aufbau
des Hydrauliksystems und/oder zur Verminderung des Energieverbrauchs
bei.
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Es
gibt verschiedene Bauformen von Hydraulikzylindern, die einfachwirkenden
Plungerzylinder oder die doppeltwirkenden Differentialzylinder.
In einem Differentialzylinder sind sowohl auf der Kolbenseite als
auch auf der Stangenseite druckwirksame Flächen ausgebildet,
so dass die Kolbenstange des Zylinders letztlich eine Stellung einnimmt,
die von der auf die Stange wirkenden Last und der Differenz der
Drücke auf der Kolbenseite und der Stangenseite abhängt.
In einer üblichen Betriebsweise wird, wenn die Lage des
Kolbens verstellt werden soll, Arbeitsfluid unter Druck auf der
Zylinderseite in die Druckkammer eingespeist, deren Volumen zunehmen
soll, während eine entsprechende Menge an Arbeitsfluid aus
der Druckkammer abgelassen wird, deren Volumen abnehmen soll.
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In
diesem Fall wird Arbeitsfluid auf einem Druckniveau abgelassen,
das deutlich über dem des Vorratsbehälters, nachfolgend
als Tank bezeichnet, liegt. Dies bedeutet, dass die zuvor investierte
Pumpenergie, die in diesem abzulassenden Teil des Arbeitsfluid enthalten
ist, ungenutzt in den Tank abgegeben wird. Durch ein Überströmventil,
das die beiden Druckkammern des Zylinders miteinander verbindet,
strömt des Arbeitsfluid auf hohem Druckniveau von einer
Druckkammer in die andere und es ist nur die Pumpenergie aufzubringen,
die zur Druckerhöhung in diesem Volumen erforderlich ist.
Auf diese Weise wird Energie gespart.
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Mit
Hilfe eines geeigneten Umschaltventils kann auch ein vereinfachter
Aufbau eines digitalen Druckreglers in Verbindung mit einem Differentialzylinder
erreicht werden.
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Ein üblicher
digitalhydraulischer Druckregler hat in der Regel eine Reihe oder
Bank parallel geschalteter Ventile für die Zuführung
von Arbeitsfluid zu einer Druckkammer des Differentialzylinders
und eine Bank parallel geschalteter Ventile zum Ablassen von Arbeitsfluid
aus dieser Druckkammer. In der Regel sind einem Differentialzylinder
mit zwei Druckkammern insgesamt vier Ventilbänke zugeordnet.
Mit einem Umschaltventil (4/2-Wege Ventil) kann nun eine Vereinfachung
des Aufbaus erreicht werden, indem jeweils eine Ventilbank mit jeweils
einer Zylinderdruckkammer verbunden ist, während das Umschaltventil
die beiden Ventilbänke abwechselnd mit dem Tank oder der
Pumpe (bzw. der Druckquelle) verbindet.
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Werden
digitalhydraulische Druckregler zusammen mit Hydraulikzylindern
verwendet, so liegt ein besonderer Vorteil darin, dass diese Regler
keinen Leckagestrom haben. Daher stehen Ölvolumina und
Kolbenstellung in sehr engem Zusammenhang, d. h. misst man das dem
Zylinder zugeführte Ölvolumen kann man auf die
tatsächliche Kolbenstellung schließen. Bei dem
Betrieb eines solchen Zylinders kann die Kolbenstellung eine wichtige
Größe sein, insbesondere bei der Einstellung von
genauen Abständen bei großen Kräften
oder hinsichtlich einer Synchronisation von Bewegungen.
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Die
herkömmlicherweise verwendete Sensorik für diese
Aufgabe ist an der Außenseite des Zylinders angeordnet
und damit den widrigen Umgebungsbedingungen von beispielsweise Papiermaschinen
ausgesetzt, wo es häufig staubig und/oder feucht ist. Dadurch
ist diese Sensorik störungsanfällig.
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Durch
den engen Zusammenhang zwischen vom Regler abgegebenem Ölvolumen
und der Kolbenstellung wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen,
dass man aus einer Volumenstrommessung im Ölstrom, beispielsweise
mit Zahnraddurchflussmessern, auf die Kolbenstellung schließt.
Dabei kann der Durchflussmesser an einer Stelle angebracht sein,
die von der Kolbenstange (deren Position erfasst werden soll) entfernt
ist. Zudem kann man solche Durchflussmesser kapseln, da sie nur
etwas erfassen müssen, was in ihrem Inneren erfolgt. Auf diese
Weise ist eine robuste Kolbenstellungserfassung möglich.
Selbst wenn ein Messfehler bei der Erfassung des Durchflusses auftritt,
ist das System, besonders wenn Hin- und Rückfluss zum bzw.
vom Zylinder getrennt erfasst und ausgewertet werden, hinreichend
genau, um Fehlfunktionen zu erkennen.
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Es
sollte auch möglich sein, aus der Arbeitsweise des digitalhydraulischen
Reglers auf das verschobene Ölvolumen zu schließen,
indem man die einzelnen Ströme durch die einzelnen Ventile
eines Reglers unter Berücksichtigung der Öffnungszeiten aufsummiert.
Auf diese Weise kann ggf. sogar jedweder Durchflussmesser eingespart
werden. Dabei kann man die Erkenntnis nutzen, dass die Öffnungszeiten
der einzelnen Ventile für die Regelung ohnehin berechnet
werden und aus der Verrechnung mit den individuellen Durchflussraten
durch die entsprechenden Ventile auf das in der jeweiligen Druckkammer vorliegende
Volumen (also die Kolbenstellung), geschlossen werden kann.
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Die
zuvor beschriebenen digitalhydraulischen Regleranordnungen werden
in der Regel mit Hydrauliköl betrieben, d. h. das Arbeitsfluid
ist ein Öl. Die Verwendung von Öl ist für
die üblichen Steuerventile zur Schmierung der Steuerkolben
grundsätzlich erforderlich oder zumindest von Vorteil.
Nachdem die digitalhydraulischen Regler nur noch einfache Abschaltventile
verwenden, gibt es diese Schmierungserfordernis nicht mehr oder
nicht mehr in dem Maße. Deshalb kann das Arbeitsfluid auch eine
wässrige Emulsion (z. B. eine Öl/Wasser Emulsion ähnlich
der Bohrmilch) oder sogar einfaches Wasser sein. Neben einer erheblichen
Verringerung des Aufwands, der getroffen werden muss, um die Umwelt
vor Verschmutzung durch austretendes Öl zu schützen,
gibt es auch technische Vorteile.
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Die
Viskosität von Öl ist temperaturabhängig. In
digitalhydraulischen Reglern sind in der Regel feste Drosseln zur
Einstellung der Volumenströme durch die einzelnen Ventile
vorgesehen, deren Drosselwirkung deutliche Abhängigkeit
von der Viskosität des Arbeitsfluids zeigt. Bei Wasser
oder wässrigen Emulsionen hat die Temperatur nur einen
geringen Einfluss auf die Viskosität, so dass die Temperaturempfindlichkeit
des Hydrauliksystems gering ist. Damit ist es nicht erforderlich,
die Temperatur des Arbeitsfluids am Einsatzort des digitalhydraulischen
Reglers zu berücksichtigen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend hinsichtlich verschiedener Aspekte anhand
von beispielhaften Ausgestaltungen nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 einen
Abschnitt eines Hydrauliksystems mit Druckspeichern und digitalhydraulischen Druckminderern
zur Versorgung mehrerer Hydraulikkreise mit jeweils verschiedenem
Arbeitsdruck in einem schematischen Schaltbild;
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2 einen
Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem Druckspeicher, digitalhydraulischen Druckreglern
und einem hydraulischen Differentialzylinder in einem schematischen
Schaltbild;
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3 ein
Schaltbild einer Pumpenanordnung, die mit dem Hydrauliksystem gemäß 2 verwendbar
ist;
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4 einen
Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem digitalhydraulischen
Druckregler, einem Überströmventil und einem hydraulischen
Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild;
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5 einen
Abschnitt eines Hydrauliksystems mit zwei Druckspeichern mit unterschiedlichem Arbeitsdruck,
digitalhydraulischem Druckminderer, digitalhydraulischen Druckreglern
und hydraulischen Differentialzylindern in einem schematischen Schaltbild;
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6 einen
Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem vereinfachten digitalhydraulischen Druckregler,
einem Umschaltventil und einem hydraulischen Differentialzylinder
in einem schematischen Schaltbild;
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7 eine
Anordnung zur Erfassung der Kolbenstellung von Differentialzylindern
in einem Hydrauliksystem mit digitalen Druckreglern.
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In
der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass die allgemeine
Funktionsbeschreibung lediglich anhand einer Figur vorgenommen und
dann darauf verwiesen wird. Wenn ferner im nachfolgenden Text von Druckminderern,
Druckreglern oder Durchflussreglern die Rede ist, so sind diese,
wenn nichts anderes gesagt ist, digitalhydraulische Druckminderer,
Druckregler oder Durchflussregler die unter Verwendung des eingangs
der Beschreibung erläuterten digitalhydraulischen Prinzips
arbeiten.
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1 zeigt
einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit Druckspeichern und digitalhydraulischen Druckminderern
zur Versorgung mehrerer Hydraulikkreise mit jeweils verschiedenem
Arbeitsdruck in einem schematischen Schaltbild. In einem Versorgungsabschnitt 1 ist
eine Pumpe 10 vorgesehen und drückt Arbeitsfluid
aus einem Tank 20 in eine Hochdruckleitung 100.
Die Hochdruckleitung 100 ist mit einem Hochdruck- oder
Pumpendruckspeicher 11 verbunden, der von der Pumpe 10 mit
Arbeitsfluid unter hohem Druck gespeist wird und dieses unter hohem Druck
speichert.
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Von
der Hochdruckleitung 100 zweigen vier Hydraulikkreise (kurz:
Kreis) 101, 102, 103 und 104 ab.
Jeder Kreis 101, 102, 103 und 104 hat
seinen eigenen Druckminderer 13. Eingangsseitig des in 1 untersten
Druckminderer 13 des Kreises 104 ist ein Hochdrucksensor 15 vor
den Druckminderer geschaltet. Dieser Hochdrucksensor 15 wird
zur Steuerung der Pumpe 10 und des Pumpendruckspeichers 11 verwendet.
Ferner haben die einzelnen Kreise 101, 102, 103 und 104 diesen
Hochdrucksensor 15 gemeinsam, haben aber jeweils ihre eigenen Niederdrucksensoren 12.
Nachdem in der Schaltung gemäß 1 der
Druck am Eingang jedes Druckminderers 13 dem von dem Hochdrucksensor 15 erfassten
Druck entspricht, kann der Messwert vom Hochdrucksensor 15 der
Druckregelung in den einzelnen Druckminderern 13 unter
Verwendung des Messwerts des jeweils zugehörigen Niederdrucksensors 14 der
einzelnen Kreise 101, 102, 103 und 104 zugrunde
gelegt werden.
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Jeder
der Kreise 101, 102, 103 und 104 hat einen
eigenen Niederdruckspeicher 12, der das Arbeitsfluid mit
dem durch den Druckminderer 13 eingestellten Druck speichert
und ggf. in den zugehörigen Hydraulikkreis nachliefert.
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Durch
die Verwendung eines Niederdruckspeichers 12 in dem jeweiligen
Hydraulikkreis 101, 102, 103 und 104 werden
Regelungsabweichungen des Druckminderers 13 gedämpft.
Zudem ist keine ständig laufende Pumpe erforderlich, auch
wenn mehrere Hydraulikkreise 101, 102, 103 und 104 mit Arbeitsfluid
versorgt werden müssen und unterschiedlich hohen Verbrauch
an Arbeitsfluid haben. Ferner hat die gezeigte Anordnung den Vorteil,
dass die Niederdruckspeicher 12 so bemessen sind, dass, auch
wenn in allen angeschlossenen Hydraulikkreisen 101, 102, 103 und 104 der
maximale Arbeitsfluidbedarf auftritt, die jeweiligen Niederdruckspeicher 12 die
erforderliche Menge Arbeitsfluid mit ausreichendem Druck liefern
können, ohne dass eine auf den maximalen Arbeitsfluidbedarf
ausgelegte, entsprechend große Pumpe vorgesehen werden
muss.
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Der
Pumpendruckspeicher 11 kann in einem solchen Fall zudem
kurzfristig genügend Arbeitsfluid in der Leitung 100 bereitstellen,
damit die einzelnen Niederdruckspeicher 12 rasch wieder
aufgefüllt werden können. Die Pumpe 10 kann
schon während dieser Zeit aber auch darüber hinaus
laufen, um den Pumpendruckspeicher 11 wieder aufzuladen.
Wegen der Speicherkapazität der Hochdruckversorgung kann
eine Pumpe geringerer Leistung verwendet werden.
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2 zeigt
einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem Druckspeicher 11,
einem digitalhydraulischen Druckregler 4 und einem hydraulischen
Differentialzylinder 3 in einem schematischen Schaltbild.
Ein Versorgungsabschnitt 1 mit einem Pumpendruckspeicher 11, einem
Pumpenanschluss 16 und einem Tank 20 versorgt
den Druckregler 4 mit zwei Reglerabschnitten 41, 42 zum
Betrieb eines Differentialzylinders 3. Sensoren 19 erfassen
den Druck in den beiden Druckkammern 31 und 34 des
Differentialzylinders 3, die durch einen Kolben 33 mit
einer Kolbenstange 36 getrennt sind. Der Druck in der stangenseitigen
Druckkammer 31 wirkt auf die stangenseitige Kolbenfläche 32,
während der Druck in der kolbenseitigen Druckkammer 34 auf
die Kolbenfläche 35 drückt. Mit den Reglerabschnitten 41 und 42 können
Füllmenge und Druck in den beiden Druckkammern 31 und 34 eingestellt
werden, damit die Kolbenstange 36 in der gewünschten
Stellung und mit der gewünschten Kraft mit einem daran
angeschlossenen Maschinenelement (nicht gezeigt) zusammenwirkt.
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Der
Druck in der Druckversorgung 1, von dem ausgehend der Zylinder 3 zu
steuern ist, wird mittels Drucksensor 14 gemessen und davon
ausgehend wird der Solldruck in den Druckkammern 31 und 34 eingestellt.
Mit 45 ist ein Überströmventil bezeichnet,
das eine Verbindung der beiden Druckkammern 31 und 34 wahlweise
zulässt. Die Funktion dieses Überströmventils 45,
das auf Durchgang geschaltet werden kann, wird später unter
Bezugnahme auf 4 erläutert.
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3 zeigt
ein Schaltbild einer Pumpeinheit, die mit dem Hydrauliksystem gemäß 2 verwendbar
ist. Der Pumpendruckspeicher 11 in dem Hydrauliksystem
gemäß 2 ist so bemessen, dass mit der
darin gespeicherten Menge an Arbeitsfluid eine Vielzahl von Arbeitszyklen
des Hydraulikzylinders 3 aus 2 ausgeführt
werden können. Der Verbrauch an Arbeitsfluid für
die Druckregelung durch die Reglerabschnitte 41 und 42 ist
prinzipbedingt sehr gering, wie eingangs bereits umfassend dargelegt
wurde.
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Die
mobile Pumpeinheit 5 hat eine Pumpe 10, einen
Motor 18, ein Überdruckventil 21 und
einen Tank 20. Ferner sind noch Komponenten wie Fahrgestell,
Räder, Stromversorgung für den Motor 18 und weitere
Elemente vorgesehen, die aber hier nicht gezeigt sind. Die mobile
Pumpeinheit 5 ist ferner mit einem Lieferanschluss 16 und
einem Aufnahmeanschluss 17 versehen. Diese Anschlüsse
sind vorzugsweise als Schnellkupplungen (nicht gezeigt) ausgestaltet,
so dass die mobile Pumpeinheit 5 mit der Druckversorgung 1 des
Hydrauliksystems aus 2 einfach und werkzeuglos verbunden
werden kann.
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Mit überschlägigen
Berechnungen lässt sich zeigen, dass z. B. die Zylinder
zum Schließen und Gegeneinanderpressen von Walzen zu Bildung
eines Walzenspalts auch unter Berücksichtigung der Notwendigkeit
den Walzenspalt bei Bahnabriss zu öffnen und zu schließen,
mit einem aufgeladenen Druckspeicher mehrere Wochen unabhängig
von einer Pumpe betreibbar sind. Da der Ladevorgang nicht lange
dauert, kann mit einer mobilen Pumpeinheit die Druckversorgung vieler
solcher mit Druckspeicher ausgerüsteten Stellglieder im
Hydrauliksystem mit sehr wenig Aufwand sichergestellt werden. Weil
zudem Rohrleitungen, die Pumpe(n) selbst und natürlich
auch eine große Anzahl von Rohrverbindungen eingespart
werden können ist der Investitionsaufwand geringer und
die Betriebssicherheit steigt.
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Die
Verwendung der mobilen Pumpeinheit ermöglicht auch einen
einfachen Wechsel oder eine einfache Reinigung des Arbeitsfluids.
So kann das aus dem Tank entnommene, mit der Pumpe in den Druckspeicher
zu fördernde Arbeitsfluid gefiltert werden. Auf diese Weise
können Schmutzpartikel oder andere Feststoffe aus dem Arbeitsfluid
entfernt werden, wodurch eine Beschädigung nachgeordneter Bauteile des
Hydraulikkreises durch diese Feststoffe verhindert ist. Weil die
verwendeten Filter nur einmal vorhanden sein müssen, können
größere und ggf. effizientere Filter eingesetzt
werden. Gegebenenfalls kann auch das Ergebnis, z. B. beim Auftreten
starker Verunreinigungen an einer Füllstelle, d. h. beim
Füllen eines Druckspeichers, zur Fehlersuche oder Fehlerdiagnose
im Hydrauliksystem herangezogen werden.
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Wenn
der Tank (nicht gezeigt), der der jeweiligen Füllstelle
zugeordnet ist, abnehmbar gestaltet ist, so kann dieser Tank gegen
einen leeren Tank ausgetauscht werden und der Druckspeicher wird
mit frischem (gereinigtem oder neuem) Arbeitsfluid gefüllt.
Auf diese Weise kann der Austausch des Arbeitsfluids regelmäßig
und fast vollständig auf einfache Weise erreicht werden,
ohne dass die Maschine anhält, denn die Druckversorgung
steht weiter zur Verfügung, auch während der Druckspeicher
aufgeladen (befüllt) wird.
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4 zeigt
einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem digitalhydraulischen
Druckregler, einem Überströmventil und einem hydraulischen
Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild. In dieser
Figur ist analog der 2 ein digitalhydraulischer Druckregler 4 gezeigt,
der einen kolbenstangenseitigen Reglerabschnitt 41 und
einen zylinderseitigen Reglerabschnitt 42 hat. Dieser Druckregler 4 ist
mit einem Differentialzylinder 3 verbunden und regelt den
Druck und ggf. die Füllmenge in der kolbenstangenseitigen
Druckkammer 31 und der zylinderseitigen Druckkammer 34,
indem kontrolliert Arbeitsfluid den Kammern zugeführt oder
aus diesen abgeführt wird.
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Der
von einer Druckquelle (nicht gezeigt) bereitgestellte Druck wird
mit dem Drucksensor 14 gemessen, während die von
der Reglerabschnitten 41 und 42 eingestellten
Drücke in den beiden Druckkammern 31 und 34 mit
Drucksensoren 19 erfasst werden.
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Ferner
ist zwischen den beiden Reglerabschnitten 41, 42 eine
Verbindungsleitung mit einem Überströmventil 45 angeschlossen,
das im geschlossenen Zustand die Reglerabschnitte 41, 42 und
die Druckkammern 31, 34 voneinander trennt. Wenn
das Überströmventil 45 öffnet,
sind die beiden Druckkammern miteinander verbunden oder kurzgeschlossen. In
der Regel liegt an der Kolbenstange eine Last oder Kraft an, die
bestrebt ist, die Kolbenstange in den Zylinder hinein zu drücken.
Soll nun die Kolbenstange der Last folgend in den Zylinder eingezogen
werden, wie dies beispielsweise beim Öffnen eines Walzenspalts
auftritt, so wird das Überströmventil 45 geöffnet
und die Steuerventile des kolbenstangenseitigen Reglerabschnitts
bleiben geschlossen. Das Arbeitsfluid strömt also zum Teil
in die kolbenseitige Druckkammer 31 und teilweise in den
Tank (nicht gezeigt). Der Abfluss in den Tank wird vom zylinderseitigen Reglerabschnitt 42 gesteuert
und damit die Absenkgeschwindigkeit der Kolbenstange kontrolliert.
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Weil
das Arbeitsfluid im Kurzschluss geführt wird, um die kolbenseitige
Druckkammer 31 zu füllen, muss diese Arbeitsfluidmenge
nicht aus der Druckversorgung entnommen werden. Das Arbeitsfluid muss
also nicht zunächst von der Pumpe gefördert und
auf hohen Druck gebracht werden, um dann mit heruntergeregeltem
Druck in die Druckkammer 31 eingespeist zu werden. Insgesamt
ist das von der Pumpe zu bewegende Volumen reduziert, wodurch Energie
gespart wird.
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Weil
ferner der kolbenstangenseitige Reglerabschnitt 41 ausgeschaltet
bleibt, entfällt hier der Rechnungs- und Steuerungsaufwand.
Dies halbiert den Berechnungsaufwand und die Rechenleistung im Rechner
des Reglers und spart zudem die Antriebsenergie für die
Betätigung der Ventile ein.
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Zudem
ergibt sich bei einer Belastung von beispielsweise der Kolbenstange
mit einer Masse von oben, gegen die der Zylinder von unter gegenhält,
dass der Druck in der kolbenstangenseitigen Kammer eines Differentialzylinders
deutlich kleiner sein kann als der Druck in der zylinderseitigen
Kammer. Wird nun das Überströmventil geöffnet,
wird der Druck zwischen den beiden Kammern ausgeglichen. Durch die
zwischen den Kammern verschobene Fluidmenge wird die Kolbenstange
ein kurzes Stück der Masse folgend bewegt. Diese Bewegung
ist ein durchaus erwünschter Öffnungsruck.
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5 zeigt
einen Abschnitt des Hydrauliksystems mit zwei Druckspeichern 11, 12 mit
unterschiedlichem Arbeitsdruck, einem digitalhydraulischem Druckminderer 13,
digitalhydraulischen Druckreglern 4 und hydraulischen Differentialzylindern 3 in
einem schematischen Schaltbild. Eine Pumpe 10 pumpt Arbeitsfluid
aus einem Tank 20 in einen Druckspeicher 11, der über
eine Versorgungsleitung 100 auf der Hochdruckseite mit
dem Druckminderer 13 verbunden ist. In dem Druckminderer 13 wird
das Arbeitsfluid auf einen Druck heruntergeregelt, der nicht zu
hoch über dem von den Druckreglern 4 an die Zylinder 3 abzugebenden
Druck liegt. Diese Vorgehensweise ist empfehlenswert, weil die Qualität der
Regelung (Genauigkeit, Überschwingverhalten etc.) digitalhydraulischer
Druckregler besser ist, wenn die Druckdifferenz nicht sehr groß ist.
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In
der Anordnung gemäß 5 wird Arbeitsfluid
in dem Druckspeicher 11 unter hohem Druck gespeichert.
Arbeitsfluid mit durch den Druckminderer 13 vermindertem
Druck wird in einem Niederdruckspeicher 12 aufgenommen.
Aus dem Niederdruckspeicher 12 werden die beiden Druckregler 4 mit
Arbeitsfluid versorgt, um damit die beiden Zylinder 3, die
als Differentialzylinder ausgestaltet sind, anzutreiben.
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Die
in 5 gezeigte Anordnung ist eine für einen
Walzenspalt geeignete Form eines Hydrauliksystems, das zwei Zylinder
als Stellglieder hat, die beispielsweise an den beiden Achszapfen
einer Walze angreifen, um die Walze zu verstellen und einen Walzenspalt
zu öffnen oder um die Walze in bestimmter Weise gegen ihr
Gegenstück zu drücken.
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Zu
diesem Zweck ist der Druck in den Druckkammern 31, 34 jedes
Zylinders 3 getrennt regelbar; eine solche Regelung wurde
zuvor schon beschrieben.
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Das
in 5 gezeigte Konzept, das einen für mehrere
nachfolgende digitalhydraulische Druckregler gemeinsamen Niederdruckspeicher 12 verwendet,
hat beispielsweise den Vorteil, dass, Druckschwankungen hinter dem
Druckminderer 13 gedämpft werden. Gleichzeitig
stellt ein Druckspeicher auch ein Arbeitsfluidreservoir bereit,
das in der Lage ist, größere Volumenströme
in kurzer Zeit zu liefern. Im vorliegenden Fall kann der Druckminderer 13 auf geringe
Volumenströme ausgelegt werden (kleinere Ventile benötigen
kleinere Antriebe bei gleichem Ansprechverhalten), da der Niederdruckspeicher 12 in der
Lage ist, im Bedarfsfalle auch große Volumenströme
von Arbeitsfluid auf einem Druckniveau an die Druckregler 4 zu
liefern, das dem Ausgangsdruck des Druckminderers entspricht.
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In
der 5 ist der Drucksensor, der den Druck im Hochdruckspeicher
erfasst, mit 15 bezeichnet, während der Drucksensor
für den Niederdruckspeicher 12 mit 14 bezeichnet
ist. Die Drücke am jeweiligen Ausgang der einzelnen Reglerabschnitte 41, 42 werden
von Drucksensoren 19 erfasst.
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Die
mit Druckspeicher bezeichneten Einrichtungen können Druckspeicher
mit einem Gaspolster mit oder ohne Membran, aber auch Federdruckspeicher
mit einem gegen eine Feder verschiebbaren Kolben in einem Zylinder
oder andere gleichwertige Speicher sein. Diese Speicher können
die gespeicherte Energie in Form von Fluid(en) unter Druck lange
und verlustfrei speichern; beim Einspeichern oder Entnehmen auftretende
Verluste durch Erwärmung und/oder Reibung sind vernachlässigbar.
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6 zeigt
einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem abgewandelten digitalhydraulischen
Druckregler 43, einem Umschaltventil 44 und einem
hydraulischen Differentialzylinder 3 in einem schematischen
Schaltbild. Mit dem Druckregler 43 aus 6 werden
die Drücke und Füllvolumina der Druckkammern 31, 34 des
als Differentialzylinder 3 ausgestalteten Stellglied geregelt;
dies wurde zuvor mit einem anderen Regleraufbau ausführlich
erläutert, so dass eine Wiederholung hier unterbleibt.
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Der
Druckregler 43 hat zwei Reihen von Ventilen 431 und 432,
die innerhalb der Reihen parallel geschaltet sind; diese Reihen
von parallel geschalteten Ventilen werden auch als Ventilbänke
bezeichnet. Die Ventilbänke können den gleichen
Aufbau haben, wie in den zuvor ausführlich erläuterten
Druckreglern 41, 42.
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Der
Druckregler 43 hat einen Aufbau wie ein Reglerabschnitt 41, 42 des
zuvor unter Bezugnahme auf 2, 4 und 5 beschrieben
Druckreglers 4, ist als so etwas wie ein halber Druckregler.
Zusätzlich ist ein Umschaltventil 44 vorgesehen,
das den Anschluss der beiden Ventilbänke 431 und 432 mit
der Druckzuführleitung 100 und der Ablassleitung 120 zum
Tank 20 vertauschen kann. Das als 4/2-Wege-Steuerventil
ausgestaltete Umschaltventil ist vorzugsweise ein Tellerventil,
das wahlweise die kolbenstangenseitige Ventilbank 431 oder
die zylinderseitige Ventilbank 432 mit Druck beaufschlagt.
Die jeweils andere Ventilbank ist mit dem Tank 20 verbunden. Die
jeweilige mit Druck beaufschlagte Ventilbank kann Arbeitsfluid in
die angeschlossene Druckkammer 31, 34 des Zylinders 3 liefern,
während Arbeitsfluid aus der anderen Druckkammer 31, 34 über
die andere Ventilbank in den Tank abfließt.
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Während
der Bewegung des Kolbens, nimmt das Volumen der einen Druckkammer
ab, während des Volumen der anderen Druckkammer zunimmt;
es gibt dabei keine Betriebszustände in denen beide Druckkammern
gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden oder beide gleichzeitig
abgelassen werden. Folglich kann zum Einziehen der Kolbenstange
des Zylinders die Ventilbank 431 mit der Druckleitung 100 verbunden
sein, während bei der Druckregelung zur Einstellung der
Kraft des Zylinders 3 nur die zylinderseitige Druckkammer 34 von
der Ventilbank 432 mit Druck beaufschlagt wird, die dann – durch
Umschalten des Umschaltventils 44 – mit der Druckleitung 100 verbunden
ist.
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Mit
diesem Druckregler 43 kann die erforderliche Anzahl von
Ventilen im Vergleich zum Druckregler 4 (2, 4 und 5) halbiert
werden. Damit können die Investitionskosten für
das Hydrauliksystem der Maschine vermindert werden.
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7 zeigt
eine Anordnung zur Erfassung der Kolbenstellung von Differentialzylindern 3 in
einem Hydrauliksystem mit digitalen Druckreglern 4.
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Eine
Pumpe 10 liefert über einen Durchflussmesser 51,
der den von der Pumpe 10 dem System zugeführten
Volumenstrom an Arbeitsfluid misst, Arbeitsfluid zu zwei Druckreglern 4,
die jeweils mit einem Differentialzylinder 3 verbunden
sind. Durchflussmesser 52 erfassen den Zustrom an Arbeitsfluid in
die zylinderseitige Druckkammer des jeweiligen Zylinders 3.
Durch die verlustfreie Arbeitsweise der digitalhydraulischen Druckregler
entspricht die von den Durchflussmessern 52 erfasste Menge
an Arbeitsfluid den tatsächlich in den jeweiligen zylinderseitigen
Druckkammern vorliegenden Füllmenge, die ein verlässliches
Maß für die der Kolbenstellung ist.
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Das
Bewegen von schweren Lasten, wie z. B. Walzen in einer Papiermaschine,
mit zwei Hydraulikzylindern 3 ist stets auch ein Synchronisationsproblem
der Bewegung der beiden Kolbenstangen. Das Ergebnis der Durchflussmessungen
ist ein Positionssensor für die Kolbenstellung, wobei die
Durchflussmesser 52 genau messen sollten. Vorzugsweise
werden dazu Zahnradsysteme verwendet, die relativ genau sind. Zudem
liefert die Durchflussmessung mit dem Durchflussmesser 51 in
der Versorgungsleitung einen weiteren Messwert, der zur Plausibilitätsprüfung
der Ergebnisse der Durchflussmesser 52 für die Druckkammern
herangezogen werden kann.
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Durch
die indirekte Messung kann der Absolutwert für die Kolbenstellung
auch leicht fehlerbehaftet sein, es können aber den beiden
Messwerten (jeder für einen Zylinder 3), die gleichzeitig
erfasst werden und dabei den gleichen äußeren
Einflüssen ausgesetzt sind, Hinweise darauf entnommen werden, wie
synchron sich die beiden Kolben bewegen, oder ob die Bewegungen
unzulässig stark voneinander abweichen. Diese Erkenntnisse
können dazu verwendet werden, die Synchronisation gegebenenfalls mit
geeigneten Maßnahmen zu verbessern. Ferner kann aus den
Messwerten auch auf Fehlfunktionen im Hydrauliksystem geschlossen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Fluid Nr.
7–8, 2008 S. 12, 13 [0006]