DE102009040126A1

DE102009040126A1 - Elektromotorischer Hydraulikantrieb und Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens

Info

Publication number: DE102009040126A1
Application number: DE102009040126A
Authority: DE
Inventors: Andrè Hermann Nobbenhuis
Original assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Current assignee: Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-17
Also published as: WO2011026944A1; WO2011026944A9

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen elektromotorischen Hydraulikantrieb 1 für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente 90, insbesondere für ein Setzgerät. Der Hydraulikantrieb 1 umfasst einen hydraulischen Zylinder 10 mit einem Kolben 20, der innerhalb des hydraulischen Zylinders 10 über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel 50 geradlinig bewegbar ist. Der Kolben 20 teilt den Zylinder 10 in eine spindelabgewandte 12 und eine spindelzugewandte Arbeitskammer 14. Die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 weist eine erste Hydraulik-Öffnung 44 und die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 weist eine zweite Hydraulik-Öffnung 46 auf. Über diese Hydraulik-Öffnungen 44, 46 ist die Komponente 90 gezielt mit Hydraulik betreibbar.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromotorischen Hydraulikantrieb, der für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente, insbesondere ein Setzgerät, genutzt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe des elektromotorischen Hydraulikantriebs. Zudem betrifft vorliegende Erfindung eine hydraulisch betriebene Komponente, insbesondere ein Setzgerät, in Verbindung mit diesem Hydraulikantrieb. Außerdem ist sie auf ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs gerichtet.
2. Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind verschiedene mit Hydraulik, d. h. mit Hydrauliköl oder einer entsprechenden Flüssigkeit, betreibbare Komponenten bekannt. Zu diesen hydraulisch betreibbaren Komponenten zählen beispielsweise Hebebühnen, Rohrbiegemaschinen, Setzgeräte und Vorrichtungen zum Clinchen von Blechbauteilen.
Bekannte Setzgeräte werden über eine getrennt angeordnete Hydraulikeinheit mit dem geforderten Hydraulikdruck und -volumen versorgt. In der Hydraulikeinheit sorgt eine Kreiselpumpe für den geforderten Druck in der Hydraulikflüssigkeit. Diese unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit bzw. Hydraulik wird über Schläuche dem Setzgerät zugeführt. Mit Hilfe von Ventilen werden dann gezielt Hydraulikdruck und Hydraulikvolumen im Setzgerät bereitgestellt, um eine Zustellbewegung oder eine Rückstellbewegung des Setzstempels des Setzgeräts zu erzielen.
Derartige Hydraulikeinheiten haben den Nachteil, dass sie feststehende Einheiten nahe dem Setzgerät bilden. Sie sind aufgrund ihres Aufbaus und Gewichts nicht bewegbar, da man sie nur mit Hilfe eines Gabelstaplers versetzen kann. Neben dem Platzerfordernis von ca. 1 m² für derartige Hydraulikeinheiten erzeugen diese störenden Lärm und Wärme. Lärm und Wärme sind auf den Betrieb der Kreiselpumpe zurückzuführen. Es ist des Weiteren von Nachteil, dass das Setzgerät, welches beispielsweise an einem Roboterarm installiert ist, über mehrere Meter lange Hydraulikschläuche mit dem geforderten Hydraulikdruck und -volumen versorgt werden muss Durch die Bewegung des Nietsetzgeräts sind die Hydraulikschläuche einem ständigen Verschleiß ausgesetzt. Des Weiteren bilden die Schläuche zusätzlich zum Nietsetzgerät eine Störkontur, die die Zugänglichkeit zu bestimmten Fügestellen erschwert.
Ausgehend von den oben genannten Nachteilen ist es das technische Problem vorliegender Erfindung, einen Hydraulikantrieb bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik eine Platz sparende Konstruktion mit geringer Störkontur darstellt. Zudem ist es das technische Problem vorliegender Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe des genannten Hydraulikantriebs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikkomponente mit Hilfe des Hydraulikantriebs bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannten technischen Probleme werden durch einen elektromotorischen Hydraulikantrieb gemäß Anspruch 1, eine hydraulisch betriebene Komponente in Verbindung mit diesem Hydraulikantrieb gemäß Anspruch 11, ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens gemäß Anspruch 15 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs gemäß Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen hervor.
Der erfindungsgemäße elektromotorische Hydraulikantrieb wird zum Betrieb einer mit Hydraulik betreibbaren Komponente genutzt. Hydraulik bezeichnet in diesem Zusammenhang jede beliebige Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Hydrauliköl, die in derartigen Komponenten eingesetzt wird. Beispielgebend für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente ist ein Setzgerät. Der erfindungsgemäße elektromotorische Hydraulikantrieb weist die folgenden Merkmale auf: einen hydraulischen Zylinder mit einem Kolben, der innerhalb des hydraulischen Zylinders über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder in eine spindelabgewandte und eine spindelzugewandte Arbeitskammer unterteilt, während die spindelabgewandte Arbeitskammer eine erste Hydraulik-Öffnung und die spindelzugewandte Arbeitskammer eine zweite Hydraulik-Öffnung aufweist, so dass die Komponente mit dem Hydraulikantrieb verbindbar und mit einem definierten Hydraulikdruck und/oder Hydraulikvolumen über die erste und/oder die zweite Hydraulik-Öffnung betreibbar ist.
Um einen gewünschten Hydraulikdruck und/oder ein gewünschtes Hydraulikvolumen beispielsweise einem Setzgerät bereitstellen zu können, wird ein Kolben innerhalb eines hydraulischen Zylinders mit Hilfe einer elektrisch angetriebenen drehenden Spindel geradlinig hin und her bewegt. Durch diese geradlinige Bewegung des elektrisch bewegten Kolbens wird Hydraulik dem hydraulischen Zylinder definiert zu- und/oder abgeführt. Zu diesem Zweck weist sowohl die spindelabgewandte wie auch die spindelzugewandte Arbeitskammer jeweils eine Hydraulik-Öffnung auf, über die ein Hydraulikdruck oder Hydraulikvolumen der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zuführbar ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hydraulik-Öffnung der spindelzugewandten Arbeitskammer als Belüftungsöffnung für die spindelzugewandte Arbeitskammer einzusetzen. Auf dieser Grundlage muss die spindelzugewandte Arbeitskammer nicht mit Hydraulik genutzt werden und behindert durch die Wirkung der Belüftungsöffnung nicht den Betrieb des übrigen Hydraulikantriebs. Im Vergleich zu bekannten Hydrauliksystemen ist weder eine Kreisel- noch eine Kolbenpumpe zum Erzeugen des Hydraulikdrucks erforderlich. Stattdessen wird über den elektromotorisch angetriebenen Spindeltrieb der Kolben derart im Zylinder bewegt, dass der gewünschte Hydraulikdruck erzeugt oder das gewünschte Hydraulikvolumen bewegt wird. Da die gewünschten Hydraulikdrücke und -volumina mit Hilfe des durch die Spindel bewegten Kolbens direkt angesteuert werden können, ist es nicht unbedingt erforderlich, Druckreduzierventile zur Steuerung von Zu- und Abfluss von Hydraulik einzusetzen. Dies vereinfacht einerseits den apparativen Aufwand des Hydraulikantriebs mit angeschlossener Komponente sowie den Steuerungsaufwand für diese Komponente.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kolben des Hydraulikantriebs eine voreilende Kolbenstange innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer, mit der über die Bewegung des Kolbens in einen bezogen auf den Durchmesser der spindelabgewandten Arbeitskammer verjüngten Bereich der spindelabgewandten Arbeitskammer eingreifbar ist, während der verjüngte Bereich eine dritte Hydraulik-Öffnung aufweist.
Über die spezielle Formgebung des mit Hilfe der elektrisch betriebenen Spindel bewegbaren Kolbens wird der Hydraulikdruck beispielsweise zweistufig erhöht. Zu diesem Zweck greift die voreilende Kolbenstange in einen verjüngten Bereich der spindelabgewandten Arbeitskammer ein, so dass bei gleichem oder reduziertem Kraftaufwand der Spindel ein entsprechend der verkleinerten Fläche der voreilenden Kolbenstange erhöhter Druck in der Hydraulik generierbar ist. Dieser erhöhte Druck wird bevorzugt über eine dritte Hydraulik-Öffnung weitergegeben. Nachdem die voreilende Kolbenstange in den verjüngten Bereich der spindelabgewandten Arbeitskammer eingedrungen ist, wird vorzugsweise Hydraulikdruck aus der spindelabgewandten Arbeitskammer über die erste Hydraulik-Öffnung abgelassen, um die Bewegung der voreilenden Kolbenstange im verjüngten Bereich nicht zu behindern.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung vorliegender Erfindung ist der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden, in deren Inneren die Spindel derart angeordnet ist, dass die Kolbenstange mit Kolben geradlinig bewegbar ist. Die Spindel wiederum wird mit Hilfe eines Elektromotors gedreht, so dass der Kolben im hydraulischen Zylinder entsprechend dem Gewinde der Spindel und der Drehzahl des Elektromotors verschoben wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung steht die Kolbenstange über den Kolben in die spindelabgewandte Arbeitskammer vor und bildet auf diese Weise die voreilende Kolbenstange.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des elektromotorischen Hydraulikantriebs ist dieser mit mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher verbunden, so dass während des Betriebs des Hydraulikantriebs Hydraulikvolumen kontrolliert zu- und/oder abführbar ist. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise der mindestens eine Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens vorgespannt oder auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorspannbar. Mit Hilfe des mindestens einen Hydraulik-Druck-Volumen-Speichers wird der Hydraulikfluss im geschlossenen System bestehend aus Hydraulikantrieb und Verarbeitungsgerät unterstützt. In diesem Zusammenhang werden Hydraulikvolumina mit annäherndem Systemdruck des geschlossenen Systems in das System eingespeist. Zudem sind bspw. vom Verarbeitungsgerät zurückfließende oder abgegebene Hydraulikvolumina aufnehmbar. Bei der Aufnahme von Hydraulikvolumina ist es bevorzugt, auf veränderliche Drücke einstellbare Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher einzusetzen. Auf dieser Grundlage wird bei Aufnahme von Hydraulikvolumen der Druck im Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher verringert, so dass die Hydraulikvolumenaufnahme erleichtert wird.
Die Kombination des Hydraulikantriebs mit mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher macht es möglich, den Hydraulikantrieb als ein geschlossenes System bereitzustellen. Die für die mit Hydraulik betreibbare Komponente erforderlichen Drücke und Volumina an Hydraulik werden durch den Hydraulikantrieb mit Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher bereitgestellt, um beispielsweise den Setzstempel eines Setzgeräts in Richtung der Fügestelle zu verfahren. Findet die entgegengesetzte Bewegung des Setzstempels statt, wird in entgegengesetzter Richtung das Hydraulikvolumen wieder von dem Hydraulikantrieb in Kombination mit dem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher aufgenommen. Auf diese Weise wird im Vergleich zu bekannten Systemen eine geringe Menge Hydraulik zwischen Hydraulikantrieb und mit Hydraulik betreibbarer Komponente hin und her verschoben, um die Komponente anzutreiben. Basierend auf dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, Hydraulikschläuche von mehreren Metern Länge in Verbindung mit einem Hydraulik-Reservoir an beispielsweise ein Setzgerät anzuschließen, da der Hydraulikantrieb mit der begrenzten zirkulierenden Hydraulikmenge in unmittelbarer Nähe der mit Hydraulik betreibbaren Komponente positionierbar ist. Dies gewährleistet einerseits einen kleinen Bauraum des Hydraulikantriebs im Vergleich zu bekannten Hydraulikantriebseinheiten. Andererseits wird die Störkontur langer Schläuche vermieden, die den Zugang beispielsweise eines Setzgeräts zu bestimmten Fügestellen erschweren. Zudem ist der Hydraulikantrieb in jeder beliebigen Orientierung und Lage im Raum betreibbar. Des Weiteren ist er aufgrund seiner kompakten Bauweise und seines geringen Gewichts im Vergleich zu Hydrauliksystemen des Standes der Technik frei bewegbar, so dass er auf einem Roboter eines Setzgeräts befestigbar und betreibbar ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen mit mindestens einem umschaltbaren Ventil oder Ventilblock zu verbinden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Hydraulikantrieb einen zuschaltbaren pneumo-hydraulischen Druckübersetzer, so dass ein über den Hydraulikantrieb hergestellter Hydraulikdruck in einer Leitung aufrechterhaltbar ist, auch wenn der Hydraulikantrieb von der Leitung getrennt worden ist. Zudem ist es, wie bereits oben erwähnt, bevorzugt, den Hydraulikantrieb in Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente als ein geschlossenes Hydrauliksystem arbeiten zu lassen.
Um eine Platz sparende Konstruktion des Hydraulikantriebs bereitzustellen, ist dieser bevorzugt vollständig auf einer Konsole installierbar, die an einem Roboterarm, vorzugsweise für Setzgeräte, befestigbar ist. Es ist ebenfalls denkbar, diese Konsole mit dem vollständigen Hydraulikantrieb an anderen bewegten Zwischenkomponenten oder direkt an der mit Hydraulik betriebenen Komponente zu positionieren, um einerseits Bauraum zu sparen und andererseits die Standfläche der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zu verringern.
Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls eine hydraulisch betreibbare Komponente in Verbindung mit einer der Ausführungsformen des oben beschriebenen Hydraulikantriebs. Diese hydraulisch betreibbare Komponente ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein hydraulisch betriebenes Setzgerät, mit dem Fügeelemente in mindestens ein Bauteil einbringbar sind, insbesondere ein Nietsetzgerät. Um die Vorteile der Platz sparenden und kompakten Konstruktion des Hydraulikantriebs optimal zu nutzen, ist die hydraulisch betreibbare Komponente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gemeinsam mit dem Hydraulikantrieb an einem bewegbaren Roboter befestigt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die hydraulisch betreibbare Komponente ein mobiles Handgerät darstellt, dessen Hydraulikantrieb separat, vorzugsweise bewegbar, vom Handgerät positioniert ist.
Die vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe eines Hydraulikantriebs, der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder mit einem Kolben, der innerhalb des hydraulischen Zylinders über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder in eine spindelabgewandte und eine spindelzugewandte Arbeitskammer unterteilt, indem die spindelabgewandte Arbeitskammer eine erste Hydraulik-Öffnung aufweist, während das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Drehen der Spindel und Bewegen des Kolbens derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung abgegeben wird. Dieses Verfahren umfasst bevorzugt den weiteren Schritt: Aufnehmen eines Hydraulikvolumens in der spindelzugewandten Arbeitskammer durch die Bewegung des Kolbens über eine zweite Hydraulik-Öffnung.
Um den erfindungsgemäßen Hydraulikantrieb optimal nutzen zu können, wird während der Bewegung des Kolbens im hydraulischen Zylinder vorzugsweise sowohl die spindelabgewandte Arbeitskammer wie auch die spindelzugewandte Arbeitskammer genutzt. Wird beispielsweise in der ersten spindelabgewandten Arbeitskammer ein im Vergleich zum Atmosphärendruck höherer Hydraulikdruck erzeugt und/oder Hydraulikvolumen abgegeben, kann gleichzeitig in der zweiten spindelzugewandten Arbeitskammer ein Hydraulikvolumen aufgenommen werden. Somit dient die spindelabgewandte Arbeitskammer der Abgabe von Hydraulikvolumen, während die spindelzugewandte Arbeitskammer von der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zurückfließende Hydraulik gezielt aufnehmen kann. Es ist ebenfalls denkbar, über die spindelzugewandte Arbeitskammer und die entsprechende zweite Hydraulik-Öffnung ein Stellglied zu betätigen, das unabhängig von der mit Hydraulik betreibbaren Komponente arbeitet.
Weist gemäß einer bereits oben beschriebenen Ausgestaltung des Hydraulikantriebs der Kolben eine voreilende Kolbenstange innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer auf, die einen bezogen auf ihren Durchmesser verjüngten Bereich passend zur voreilenden Kolbenstange umfasst, wird das Verfahren vorzugsweise um die folgenden Schritte ergänzt: Bewegen der voreilenden Kolbenstange in den verjüngten Bereich, Erzeugen eines definierten Hydraulikdrucks in dem verjüngten Bereich und an einer dritten Hydraulik-Öffnung und/oder Abgeben eines Hydraulikvolumens über die dritte Hydraulik-Öffnung und Entlasten der ersten spindelzugewandten Arbeitskammer über die erste Hydraulik-Öffnung, so dass die Bewegung der voreilenden Kolbenstange in den verjüngten Bereich nicht behindert wird.
Des Weiteren offenbart vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des oben beschriebenen Hydraulikantriebs, während das Setzgerät zumindest einen ersten Kolben-Zylinder-Antrieb für einen Setzstempel umfasst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bewegen des Kolbens mit Hilfe der Spindel derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung abgegeben wird, und Verbinden der ersten Hydraulik-Öffnung mit dem ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb des Setzstempels, so dass der Setzstempel eine Zustellbewegung zu einer Fügestelle durchführt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, die erste Hydraulik-Öffnung mit einem zweiten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb eines Niederhalters des Setzgeräts zu verbinden, so dass der Niederhalter eine Zustellbewegung zur Fügestelle durchführt. Gleichzeitig zu der oben beschriebenen Kolbenbewegung im hydraulischen Zylinder des Hydraulikantriebs ist es bevorzugt, Hydraulik aus dem ersten und/oder zweiten Kolben-Zylinder-Antrieb von Setzstempel und/oder Niederhalter in der zweiten spindelzugewandten Arbeitskammer über eine zweite Hydraulik-Öffnung aufzunehmen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Kolben mit Hilfe der Spindel derart bewegt, dass die spindelzugewandte Arbeitskammer verkleinert wird und der Setzstempel und/oder der Niederhalter über die zweite Hydraulik-Öffnung und Zufuhr von Hydraulik zum Setzgerät zurückstellt wird/werden. Zudem weist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt folgenden Schritt auf: Einspeisen von Hydraulik aus oder Aufnehmen von Hydraulik in mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher, so dass der Hydraulikantrieb- und/oder das Setzgerät ausreichend mit Hydraulik versorgt sind.
4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ausschnittsvergrößerung des bevorzugten Hydraulikantriebs,
2 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Hydraulikantriebs,
3 eine Ausführungsform des Hydraulikantriebs installiert an einem Roboter,
4 bis 7 Hydraulikpläne zum bevorzugten Betrieb eines Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs,
8 ein Flussdiagramm zum bevorzugten Betrieb des Hydraulikantriebs und
9 ein Flussdiagramm zum bevorzugten Betrieb eines Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs.
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Ausschnittsvergrößerung einer bevorzugten Ausführungsform des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 gemäß vorliegender Erfindung. Innerhalb des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 wird mit Hilfe eines Spindeltriebs ein Kolben 20 bewegt, um einen definierten Hydraulikdruck in einer hydraulischen Flüssigkeit zu erzeugen. Die hydraulische Flüssigkeit ist beispielsweise Hydrauliköl oder eine ähnliche Flüssigkeit, die als Antriebsmedium nutzbar ist. Sie wird im Weiteren allgemein als Hydraulik bezeichnet. Komponenten, die mit Hydraulik betrieben werden, umfassen beispielsweise eine Hebebühne, eine Rohrbiegemaschine oder ein Setzgerät zum Setzen von Nieten oder zum Clinchen.
Anhand von 1 wird der Aufbau des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 beschrieben. Der Hydraulikantrieb 1 umfasst einen hydraulischen Zylinder 10, in dem der Kolben 20 geradlinig bewegbar angeordnet ist. Die in dem hydraulischen Zylinder 10 enthaltene Hydraulik wird über die Bewegung des Kolbens 20 aus dem Zylinder 10 unter definiertem Druck herausgeschoben oder von diesem aufgenommen. Die lineare Bewegung des Kolbens 20 innerhalb des hydraulischen Zylinders 10 wird mit Hilfe eines elektrischen Spindeltriebs 30, 50, 52, 54 realisiert.
Der elektrische Spindeltrieb umfasst bevorzugt eine mit dem Kolben 20 verbundene Kolbenstange 30. Im Inneren der Kolbenstange 30 ist eine Spindel 50 angeordnet. Die Spindel 50 wirkt mit einem Innengewinde der Kolbenstange 30 zusammen. Dieses Innengewinde wird beispielsweise über eine Mutter, eine Gewindebuchse 32 oder ähnliche Konstruktionen innerhalb der Kolbenstange 30 gebildet. Die Spindel 50 ist über ein Getriebe 54 mit einem Elektromotor 52 verbunden. Dreht der Elektromotor 52 die Spindel 50, wird der Kolben 20 im hydraulischen Zylinder 10 geradlinig entlang der Mittelachse des Zylinders 10 bewegt.
Der Kolben 20 unterteilt den hydraulischen Zylinder 10 in eine spindelabgewandte Arbeitskammer 12 und eine spindelzugewandte Arbeitskammer 14. Durch die Bewegung des Kolbens 20 innerhalb des hydraulischen Zylinders 10 wird daher die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 und die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 gezielt in ihrer Größe verändert. Über diese Größenänderung der Arbeitskammern 12, 14 werden somit über den elektromotorisch bewegten Kolben 20 gezielt Hydraulikdrücke in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 und in der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 erzeugt und/oder entsprechende Hydraulikvolumina über den Kolben 20 bewegt.
Während des Betriebs des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 werden die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 und die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 mit ihren Hydraulik-Öffnungen 44, 46 einzeln oder in Kombination genutzt. Auf diese Weise werden über die erste Hydraulik-Öffnung 44 und die zweite Hydraulik-Öffnung 46 eine Komponente, wie beispielsweise das Setzgerät 90, oder getrennte Komponenten oder Stellglieder betrieben. So ist es bevorzugt, innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 einen definierten Hydraulikdruck oberhalb eines Systemdrucks zu erzeugen und/oder Hydraulik über die erste Hydraulik-Öffnung 44 abzugeben, während gleichzeitig in der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 ein Hydraulik-Unterdruck verglichen zum Systemdruck erzeugt wird und/oder Hydraulik in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung umfasst der Kolben 20 eine voreilende Kolbenstange 32. Die voreilende Kolbenstange 32 ist gemäß einer Ausführungsform direkt am Kolben 20 ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die Kolbenstange 30, an der der Kolben 20 befestigt ist, über den Kolben 20 hinaus in die spindelabgewandte Arbeitskammer 12. Dieser hinausragende Teil der Kolbenstange 30 bildet somit die voreilende Kolbenstange 32.
Die voreilende Kolbenstange 32 greift bei der Bewegung des Kolbens 20 in einen verjüngten Bereich 16 der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 ein. Der verjüngte Bereich 16 weist einen geringeren Durchmesser als die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 auf. Zudem umfasst der verjüngte Bereich 16 eine dritte Hydraulik-Öffnung 42. Wird der Kolben 20 mit voreilender Kolbenstange 32 mit konstanter Kraft bewegt, erzeugt die voreilende Kolbenstange 32 beim Eintauchen in den verjüngten Bereich 16 einen höheren Hydraulikdruck als der Kolben 20 in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12. Die Drücke in dem verjüngten Bereich 16 und in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 unterscheiden sich entsprechend den Stirnflächenunterschieden zwischen Kolben 20 und voreilender Kolbenstange 32. Dieser höhere Hydraulikdruck bzw. das entsprechende Hydraulikvolumen ist über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 abgebbar. Es ist weiterhin bevorzugt, während des Eintauchens der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 durch Öffnen der Hydraulik-Öffnung 44 zu entlasten. Auf diese Weise kann die noch in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 enthaltene Hydraulik über die Hydraulik-Öffnung 44 entweichen, während sich die voreilende Kolbenstange 32 weiter im verjüngten Bereich 16 bewegt. Dies hat zur Folge, dass während des Eintauchens der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 kein zusätzliches und behinderndes Komprimieren der Hydraulik in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 stattfindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Hydraulikantrieb 1 in Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente 90 als geschlossenes System genutzt. Zu diesem Zweck muss der Hydraulikantrieb 1 ausreichend Hydraulik zum Betrieb der Komponente 90 bereitstellen. Zudem muss der Hydraulikantrieb 1 in der Lage sein, die von der Komponente 90 abgegebene Hydraulik wieder aufzunehmen. Um diese Funktion als geschlossenes System sicherstellen zu können, umfasst der Hydraulikantrieb 1 mindestens einen, vorzugsweise zwei Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62, 64. Diese sind beispielgebend in 2 gezeigt. Basierend auf dieser bevorzugten Konstruktion des Hydraulikantriebs 1 ist während seines Betriebs Hydraulikvolumen kontrolliert zu- und/oder abführbar. In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren bevorzugt, mindestens einen Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62, 64 auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens, beispielsweise Stickstoff, vorzuspannen. Eine weitere Alternative besteht darin, den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62, 64 auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorzuspannen. Basierend auf dieser Drucksteuerung wird zur Abgabe von Hydraulik aus dem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher der pneumatische Vorspanndruck erhöht, während es zur Aufnahme von Hydraulik für einen erleichternden Rückfluss herabgesetzt wird.
Die Verwendung des Hydraulikantriebs 1 als geschlossenes System hat den Vorteil, dass störende Hydraulikschläuche in Verbindung mit der Komponente 90 vermieden werden. Der Hydraulikantrieb 1 wird als Platz sparende kompakte Anordnung bereitgestellt, die auch auf bewegten Teilen, beispielsweise einem Roboter, installierbar ist. Beispielgebend ist die kompakte und Platz sparende Anordnung in 2 dargestellt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in 2 ist erkennbar, dass der vollständige Hydraulikantrieb 1 Platz sparend auf einer Konsole 70 bzw. festen Basis angeordnet ist. Die Konsole 70, die vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff besteht, trägt den Elektromotor 52 mit Getriebe 54 und Spindel 50. Zudem sind der hydraulische Zylinder 10 mit dem Kolben 20 sowie die Peripheriegeräte, wie Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62, 64 und Druckübersetzer 66, bevorzugt auf der Konsole 70 befestigt.
3 zeigt die Installation des Hydraulikantriebs 1 an einem Roboter 80. Im Speziellen ist der Hydraulikantrieb 1 über seine Konsole 70 oder allgemein die feste Basis am Roboter 80 befestigt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Hydraulikantrieb 1 aufgrund seiner kompakten Anordnung nahe dem Setzgerät 90 mit C-Bügel 91 installiert. Daher sind nur Hydraulik-Schläuche (nicht gezeigt) vom Hydraulikantrieb 1 bis zum Setzgerät 90 erforderlich, die im Vergleich zu bestehenden Systemen eine vernachlässigbar geringe Störkontur bei der Bewegung des Setzgeräts 90 bilden.
Unabhängig davon, mit welcher Komponente der Hydraulikantrieb 1 verbunden ist, lässt sich der Betrieb des Hydraulikantriebs 1 anhand des Flussdiagramms in 8 beschreiben. In einer Ausgangssituation ist die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 mit Hydraulik gefüllt. Eine mit Hydraulik betreibbare Komponente ist an der ersten Hydraulik-Öffnung 44 angeschlossen. Da zum Betrieb der Komponente ein bestimmtes Hydraulikvolumen erforderlich ist, dreht der Elektromotor 52 über das Getriebe 54 die Spindel 50 (Schritt A). Dadurch wird der Kolben 20 in Richtung der ersten Hydraulik-Öffnung 44 bewegt.
Um einen Hinweis auf den in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 erzeugten Hydraulikdruck zu erhalten, wird bevorzugt ein Drehmomentenmotor als Elektromotor 52 eingesetzt. Bei der Verwendung eines Drehmomentenmotors liefert der Motorstrom einen Hinweis auf die Leistung des Elektromotors 52 beim Drehen der Spindel 50, der dann wiederum auf den Hydraulikdruck in der spindelabgewandten 12 und in der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 kalibrierbar ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, Drucksensoren am Kolben 20 oder in den Arbeitskammern 12, 14 zu nutzen, um Informationen über den vorliegenden Druck zu bekommen. Zudem sind derartige Drucksensoren, die in den 4 bis 7 mit P/U gekennzeichnet sind, in den Leitungen des Hydrauliksystems einsetzbar. In gleicher Weise ist es ebenfalls bevorzugt, den Volumenstrom der Hydraulik an verschiedenen Stellen im System mittels geeigneter Sensoren zu erfassen, um jederzeit Rückschlüsse auf den Systembetrieb und -zustand ziehen zu können. Somit dienen die verschiedenen oben genannten Sensoren der Überwachung sowie Regelung und/oder Steuerung des Hydraulikantriebs 1 und/oder des geschlossenen Hydrauliksystems mit Verarbeitungsgerät.
Aufgrund der Bewegung des Kolbens 20 (Schritt B) in Richtung der ersten Hydraulik-Öffnung 44 wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert. Entsprechend der Volumenverkleinerung der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 wird ein definiertes Hydraulikvolumen aus der ersten Hydraulik-Öffnung 44 ausgeschoben, um die angeschlossene Komponente zu betreiben. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Hydraulik in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 durch den Kolben 20 derart komprimiert wird, dass ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung 44 anliegt. In diesem Fall wird durch den Elektromotor 52 und den Spindelantrieb 30, 50 eine definierte Kraft über den Kolben 20 an seiner Stirnfläche auf die Hydraulik aufgebracht, die dann den definierten Hydraulikdruck zur Folge hat.
Es ist bevorzugt, parallel zur spindelabgewandten Arbeitskammer 12 auch die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 zu nutzen. Dabei wird beispielsweise ein Stellglied oder ein anderer Teil der mit Hydraulik betreibbaren Komponente an die zweite Hydraulik-Öffnung 46 angeschlossen. Bewegt sich der Kolben 20 gemäß Schritt A, wird in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 ein definiertes Hydraulikvolumen aufgenommen (Schritt C). Alternativ dazu ist es bevorzugt, dass die Kolbenbewegung gemäß Schritt A einen Unterdruck (Schritt C) in der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 im Vergleich zu einem Systemdruck erzeugt. Dieser Systemdruck ist beispielsweise der Hydraulikdruck in einer an die zweite Hydraulik-Öffnung 44 angeschlossenen Leitung. Durch die Kolbenbewegung wird somit Hydraulik über die zweite Hydraulik-Öffnung 46 in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen, während der Kolben 20 die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 vergrößert und die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert.
Je nachdem, ob über die Hydraulik-Öffnungen 44, 46 Hydraulik aufgenommen oder abgegeben werden soll, wird der Kolben 20 mittels Spindelantrieb 50, 52, 54 in die eine oder andere Richtung bewegt. Dreht die Spindel 50 derart, dass die Kolbenbewegung die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 verkleinert, wird Hydraulik über die Hydraulik-Öffnung 46 abgegeben. Gleichzeitig kann Hydraulik über die erste Hydraulik-Öffnung 44 aufgenommen werden.
Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hydraulik-Öffnungen 42, 44, 46 mit einem schaltbaren Ventil oder Ventilblock zu kombinieren. Die bevorzugten Ventile schalten eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen 42, 44, 46 gezielt frei oder blockieren diese, so dass Hydraulik aufnehmbar und/oder abgebbar ist. Es ist weiterhin denkbar, dass die Ventile ähnlich einer Weiche wirken, so dass nicht benötigte Hydraulik in Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher abführbar ist, sofern sie beim Betrieb des Hydraulikantriebs 1 und der angeschlossenen Komponente nicht benötigt wird. In entgegengesetzter Richtung ist es ebenfalls bevorzugt, Hydraulik aus derartigen Hydraulik-Druck-Volumen-Speichern zu entnehmen, um die gewünschte Hydraulikmenge beim Betrieb von Hydraulikantrieb 1 und angeschlossener Komponente zur Verfügung zu haben.
Um bei konstanter oder reduzierter mechanischer Belastung der Spindel 50 durch den Kolben 20, d. h. bei gleicher oder reduzierter Kraft in axialer Richtung auf die Spindel 50, den Hydraulikdruck des Hydraulikantriebs 1 zu erhöhen, weist der Hydraulikantrieb 1 die voreilende Kolbenstange 32 in Kombination mit dem verjüngten Bereich 16 des Zylinders 10 auf. Wird die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 bewegt (Schritt E), erzeugt die voreilende Kolbenstange 32 in dem verjüngten Bereich 16 einen gesteigerten Hydraulikdruck im Vergleich zum Hydraulikdruck in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12. Der Hydraulikdruck ergibt sich aus der durch die Spindel 50 über die Stirnfläche der voreilenden Kolbenstange 32 auf die Hydraulik aufgebrachten Kraft.
Die im verjüngten Bereich 16 vorhandene Hydraulik wird über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 abgegeben. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Abgabe und Aufnahme der Hydraulik ständig über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 stattfinden zu lassen, anstatt die erste Hydraulik-Öffnung 44 zu nutzen.
Sobald die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 eintaucht, ist die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 abgeschlossen. Die Hydraulik in der abgeschlossenen spindelabgewandten Arbeitskammer 12 behindert die weitere Bewegung der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16. Um dies zu verhindern, wird die erste Hydraulik-Öffnung 44 geöffnet, damit Hydraulik aus der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 abfließen kann. Damit wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 entlastet (Schritt G).
Als weitere bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Betrieb des Setzgeräts 90 in Verbindung mit dem Hydraulikantrieb 1 unter Bezug auf die 4 bis 7 und 9 beschrieben. Die 4 bis 7 zeigen unterschiedliche Stadien der Hydraulikversorgung des Setzgeräts 90 in Form von schematischen Hydraulikschaltplänen. 9 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration der bevorzugten Schritte des Betriebs des Setzgeräts 90 mittels Hydraulikantrieb 1.
Das Setzgerät 90 ist schematisch in den 4 bis 7 dargestellt. Derartige Setzgeräte 90 sind beispielsweise in EP 1 460 081 B1 näher erläutert, so dass für ausführliche konstruktive und verfahrenstechnische Details des Setzgeräts 90 auf diese Druckschrift Bezug genommen wird. Es sind auch andere Konstruktionen von Setzgeräten anwendbar, solange sie mit Hydraulik betrieben werden können.
Das Setzgerät 90 umfasst einen Hauptzylinder 91 mit einem Hauptkolben 92 mit Hauptkolbenstange. Die Hauptkolbenstange ist mit einem Stempel zum Setzen eines Niets in beispielsweise zwei übereinander liegende Bauteile (nicht gezeigt) verbunden. Der Hauptzylinder 91 wird über einen ersten 96 und einen zweiten Hydraulikanschluss 97 betätigt. Das Setzgerät 90 umfasst des Weiteren einen Nebenzylinder 93, in dem ein Niederhalterkolben 94 mit Niederhalterkolbenstange angeordnet ist. Der Niederhalterkolben 94 umgibt die Kolbenstange und ist auf dieser gleitend geführt. Zudem ist der Niederhalterkolben 94 mit einem Mitnehmer ausgestattet. Bei der Bewegung des Niederhalterkolbens 94 in Richtung der Fügestelle, also nach links in den 4 bis 7, nimmt der Niederhalterkolben 94 den Hauptkolben 92 mit Stempel mit. In gleicher Weise nimmt der Hauptkolben 92 bei einer Bewegung von der Fügestelle weg den Niederhalterkolben 94 mit. Zum Betrieb des Nebenzylinders 93 und des Niederhalterkolbens 94 weist der Nebenzylinder 93 einen dritten Hydraulikanschluss 95 auf.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in 4 ist die dritte Hydraulik-Öffnung 42 über ein umschaltbares Ventil V1 mit dem dritten Hydraulikanschluss 95 verbunden. Zudem ist der zweite Hydraulikanschluss 96 mit der zweiten Hydraulik-Öffnung 96 verbunden. Gemäß einer Ausgestaltung ist in dieser Verbindung der Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 64 zwischengeschaltet, um überschüssige Hydraulik aufzunehmen oder zusätzlich Hydraulik in das System bestehend aus Hydraulikantrieb 1 und Setzgerät 90 einzuspeisen. Während die Ventile V2 und V3 optional sind, ist über das Ventil V4 der Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 97 verbunden.
Dreht der Elektromotor 52 die Spindel 50 und bewegt den Kolben 20 in Richtung der dritten Hydraulik-Öffnung 42 (Schritt 1), wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert und Hydraulik durch die dritte Hydraulik-Öffnung 42 abgegeben. Der Hydraulikantrieb 1 versorgt dadurch über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 den dritten Hydraulikanschluss 95 mit Hydraulik und bewegt den Niederhalterkolben 94 in Richtung Fügestelle (Schritt 3). Bei dieser Bewegung nimmt der Niederhalterkolben 94 den Hauptkolben 92 mit. Dabei wird Hydraulik aus dem Hauptkolben 91 über den ersten Hydraulikanschluss 96 ausgeschoben und durch den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 64 und/oder über die zweite Hydraulik-Öffnung 46 durch die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen (Schritt 4). Gleichzeitig wird aus dem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 Hydraulik dem zweiten Hydraulikanschluss 97 zugeführt. Aufgrund dieses Betriebs des Hydraulikantriebs 1 wird mit Hilfe des erzeugten Hydraulikdrucks der Niederhalterkolben 94 mit Niederhalter gegen die Fügestelle bzw. die miteinander zu verbindenden Bauteile (nicht gezeigt) gedrückt.
Gemäß 5 wird das Ventil V1 umgeschaltet, so dass die dritte Hydraulik-Öffnung 42 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 97 und der dritte Hydraulikanschluss 95 mit dem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 verbunden ist. Gemäß einer optionalen Ausgestaltung wird mit Hilfe des Hydraulik-Druck-Volumen-Speichers 62 und/oder dem pneumo-hydraulischen Druckübersetzer 66 der Hydraulikdruck am dritten Hydraulikanschluss 95 aufrechterhalten. Auf diese Weise drückt der Niederhalter weiterhin auf die zu fügenden Bauteile und hält diese fest. Der Druckübersetzer 66 hält einerseits den Systemdruck im geschlossenen Hydrauliksystem aufrecht. Zudem dient er dazu, auch bei längeren Hydraulikleitungen die Übertragung des durch den Hydraulikantrieb 1 erzeugten Hydraulikdrucks oder des Hydraulikvolumenstroms auf effiziente Weise zu unterstützen.
Der Spindeltrieb 50, 52, 54 bewegt nun den Kolben 20 weiter und verkleinert die spindelabgewandte Arbeitskammer 12. Dabei wird über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 der zweite Hydraulikanschluss 97 und somit der Hauptkolben 92 mittels zugeführter Hydraulik bewegt. Der Hauptkolben 92 mit Stempel bewegt sich dadurch in Richtung Fügestelle, bis der Niet an der Fügestelle anliegt. Gleichzeitig wird Hydraulik über den zweiten Hydraulikanschluss 96 abgeben und von dem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 64 und/oder der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 aufgenommen.
Nach einem bevorzugten Umschalten der Ventile V2 und V3 gemäß 6 wird der Niet gesetzt. Dazu wird der Niederhalterkolben 94 über den dritten Hydraulikanschluss 95 entlastet, indem Hydraulik über das Ventil V2 und das Ventil V4 in den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 abfließen kann. Gleichzeitig wird ein erhöhter Hydraulikdruck auf den Hauptkolben 92 über den Hydraulikantrieb 1 aufgebracht, um den Niet zu setzen (Schritt 2). Zur Realisierung dieses höheren Setzdrucks des Hauptkolbens 92 taucht bevorzugt die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 des Zylinders 10 ein. Durch diesen Vorgang wird der erhöhte Hydraulikdruck über die Hydraulik-Öffnung 42 dem Hauptkolben 92 bereitgestellt. Gleichzeitig zu diesem Vorgang wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 über die erste Hydraulik-Öffnung 44 und das Ventil V3 entlastet, damit das eingeschlossene Hydraulikvolumen die Bewegung der voreilenden Kolbenstange 32 nicht behindert. Während des Setzvorgangs fließt weiterhin Hydraulik über den ersten Hydraulikanschluss 96 ab.
Nach Beendigung des Setzvorgangs und bei noch anliegendem maximalen Hydraulikdruck am Hauptkolben 92 wird der Hydraulikdruck am dritten Hydraulikanschluss 95 noch einmal erhöht, um den Niederhalter gegen die Bauteile zu drücken. Dieser Druck für den Niederhalter wird bevorzugt durch den Druckübersetzer 66 und/oder den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 bereitgestellt.
Nach dem Beenden des Setzvorgangs wird das Ventil V1 umgeschaltet, wie es in 6 dargestellt ist. Nun bewegt der Spindeltrieb 50, 52, 54 den Kolben 20 derart, dass die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 verkleinert wird. Dabei wird Hydraulik über die zweite Hydraulik-Öffnung 46 ausgeschoben und dem ersten Hydraulikanschluss 96 zugeführt. Die zugeführte Hydraulik bewegt den Hauptkolben 92 und somit auch den Stempel von der Fügestelle weg. Bei dieser Bewegung des Hauptkolbens 92 wird ebenfalls der Niederhalterkolben 94 über den Mitnehmer mitgeschleppt. Entsprechend wird bei dieser Bewegung des Hauptkolbens 92 und des Niederhalterkolbens 94 Hydraulik über den zweiten 97 und den dritten Hydraulikanschluss 95 abgegeben. Die abgegebene Hydraulik wird durch den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 aufgenommen. Nach erfolgter Rückstellung des Kolbens 20 im Hydraulikantrieb 1 kann ein erneuter Setzvorgang beginnen.
Unabhängig von der oben beschriebenen Reihenfolge und dem oben beschriebenen Aufbau des Setzgeräts 90 können der oder die Kolben-Zylinder-Antriebe eines Setzgeräts in beliebiger Reihenfolge mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs 1 angesteuert werden. In gleicher Weise ist es optional, die dargestellten Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62, 64, den Druckübersetzer 66, die Ventile V1, V2, V3 und V4 sowie die nicht näher erläuterten Drucksensoren P/U einzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1460081 B1 [0051]

Claims

Elektromotorischer Hydraulikantrieb (1) für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente (90), insbesondere für ein Setzgerät, der die folgenden Merkmale aufweist: a. einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, während b. die spindelabgewandte Arbeitskammer eine (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) und die spindelzugewandte Arbeitskammer (14) eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) aufweist, so dass c. die Komponente (90) mit dem Hydraulikantrieb (1) verbindbar und mit einem definierten Hydraulikdruck und/oder Hydraulikvolumen über die erste (44) und/oder die zweite Hydraulik-Öffnung (46) betreibbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 1, dessen Kolben (20) eine voreilende Kolbenstange (32) innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer (12) aufweist, mit der über die Bewegung des Kolbens (20) in einen bezogen auf deren Durchmesser verjüngten Bereich (16) der spindelabgewandten Arbeitskammer (12) eingreifbar ist, während der verjüngte Bereich (16) eine dritte Hydraulik-Öffnung (42) aufweist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kolben (20) mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, in deren Inneren die Spindel (50) derart angeordnet ist, dass die Kolbenstange (30) mit Kolben (20) geradlinig bewegbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 3, dessen Kolbenstange (30) über den Kolben (20) hinaus in die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) vorsteht und eine voreilende Kolbenstange (32) bildet.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher (62, 64) verbunden ist, so dass während des Betriebs des Hydraulikantriebs (1) Hydraulikvolumen kontrolliert zu und/oder abführbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 5, dessen mindestens ein Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher (62, 64) auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens vorgespannt oder auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorspannbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen (42, 44, 46) mit mindestens einem umschaltbaren Ventil oder Ventilblock (V1, V3) verbunden sind.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen zuschaltbaren pneumo-hydraulischen Druckübersetzer (66) umfasst, so dass ein über den Hydraulikantrieb (1) hergestellter Hydraulikdruck in einer Leitung aufrechterhaltbar ist, auch wenn der Hydraulikantrieb (1) von der Leitung getrennt wird.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der nach Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente (90) ein geschlossenes Hydrauliksystem darstellt.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der vollständig und Platz sparend auf einer Konsole (70) installierbar ist, die an einem Roboter (80), vorzugsweise für Setzgeräte (90), befestigbar ist.
Hydraulisch betreibbare Komponente (90) in Verbindung mit einem Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 11, die ein hydraulisch betriebenes Setzgerät umfasst, mit dem Fügeelemente in mindestens ein Bauteil einbringbar sind, insbesondere ein Nietsetzgerät.
Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 12, die an einem bewegbaren Roboter (80) gemeinsam mit dem Hydraulikantrieb (1) befestigt ist.
Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 11, die ein mobiles Handgerät darstellt, dessen Hydraulikantrieb (1) separat vom Handgerät, vorzugsweise bewegbar, positionierbar ist.
Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe eines Hydraulikantriebs (1), der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, in dem die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) aufweist, während das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Drehen (A) der Spindel (50) und b. Bewegen (B) des Kolbens (20) derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung (44) anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung (44) abgegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, das den weiteren Schritt aufweist: c. Aufnehmen (D) eines Hydraulikvolumens in der spindelzugewandten Arbeitskammer (14) über eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) durch die Bewegung des Kolbens (20), insbesondere gleichzeitig zu Schritt b.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Kolben (20) des Hydraulikantriebs (1) eine voreilende Kolbenstange (32) innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer (12) aufweist, die einen bezogen auf ihren Durchmesser verjüngten Bereich (16) passend zur voreilenden Kolbenstange (32) umfasst, während das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: Bewegen (E) der voreilenden Kolbenstange (32) in den verjüngten Bereich (16), Erzeugen eines definierten Hydraulikdrucks in dem verjüngten Bereich und an einer dritten Hydraulik-Öffnung (42) und/oder Abgeben eines Hydraulikvolumens über die dritte Hydraulik-Öffnung (42) und Entlasten (G) der spindelzugewandten Arbeitskammer (12) über die erste Hydraulik-Öffnung (44), so dass die Bewegung der voreilenden Kolbenstange (32) in den verjüngten Bereich (16) nicht behindert wird.
Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts (90) mit Hilfe eines Hydraulikantriebs (1), der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, während die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) aufweist und das Setzgerät (90) zumindest einen ersten Kolben-Zylinder-Antrieb (91, 92) für einen Setzstempel umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bewegen des Kolbens (20) mit Hilfe der Spindel (50) derart (S1), dass die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung (44) anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung (44) abgegeben wird, und b. Verbinden der ersten Hydraulik-Öffnung (44) mit dem ersten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb (91, 92) des Setzstempels (S2), so dass der Setzstempel eine Zustellbewegung zu einer Fügestelle durchführt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, das den weiteren Schritt aufweist: Verbinden der ersten Hydraulik-Öffnung (44) mit einem zweiten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb (93, 94) eines Niederhalters des Setzgeräts (90) (S3), so dass der Niederhalter eine Zustellbewegung zur Fügestelle durchführt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, das den weiteren Schritt aufweist: Aufnehmen von Hydraulik aus dem ersten (90, 91) und/oder zweiten Kolben-Zylinder-Antrieb (93, 94) von Setzstempel und/oder Niederhalter in der spindelzugewandten Arbeitskammer (14) über eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) (S4).
Verfahren gemäß Anspruch 20, das den weiteren Schritt aufweist: Bewegen des Kolbens (20) mit Hilfe der Spindel (50) derart, dass die spindelzugewandte Arbeitskammer (14) verkleinert wird (S5), und Zurückstellen des Setzstempels und/oder des Niederhalters über die zweite Hydraulik-Öffnung (46) und Zufuhr von Hydraulik zum Setzgerät (90) (S6).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, das den weiteren Schritt aufweist: Einspeisen von Hydraulik aus oder Aufnehmen von Hydraulik in mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher (62, 64), so dass der Hydraulikantrieb (1) und/oder das Setzgerät (90) ausreichend mit Hydraulik versorgt sind.