DE102010034610A1 - Hydraulic linear drive - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein hydraulischer Linearantrieb mit einem mit drei Druckräumen ausgeführten Hydraulikzylinder, dessen Wirkflächen so aufeinander abgestimmt sind, dass in einem Eilgang und in einem Krafthub ein Antrieb einer den Hydraulikzylinder mit Druckmittel versorgenden Hydromaschine in etwa im gleichen Drehzahl-/Drehmomentbereich arbeitet.Disclosed is a hydraulic linear drive with a hydraulic cylinder designed with three pressure chambers, the effective surfaces of which are coordinated with one another in such a way that in a rapid traverse and in a power stroke, a drive of a hydraulic machine supplying the hydraulic cylinder with pressure medium operates in approximately the same speed / torque range.
Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Linearantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hydraulic linear drive according to the preamble of
Derartige hydraulische Linearantriebe können beispielsweise zur Betätigung eines Pressstempels einer Presse verwendet werden, wobei über den Linearantrieb beispielsweise im Eilgang ein Presswerkzeug geschlossen und der eigentliche Pressvorgang dann mit vergleichsweise großer Kraft in einem sogenannten „Krafthub” durchgeführt wird. Nach dem Pressvorgang wird der Pressstempel dann wieder im Eilgang in Gegenrichtung in seine Grundposition zurückbewegt. Selbstverständlich sind derartige Linearantriebe auch bei anderen Anwendungen, beispielsweise Stanzen, Werkzeugmaschinen, in Fertigungsstraßen etc. einsetzbar.Such hydraulic linear drives can be used, for example, for actuating a press ram of a press, wherein a pressing tool is closed via the linear drive, for example, at rapid traverse, and the actual pressing operation is then carried out with a comparatively large force in a so-called "power stroke". After the pressing process, the press die is then moved back into its basic position in rapid reverse direction. Of course, such linear drives are also used in other applications, such as stamping, machine tools, production lines, etc.
In der
Eine derartige Lösung bedarf eines sehr großen vorrichtungstechnischen Aufwandes, da zum Einen zur Steuerung der Bewegungen des Hydrozylinders eine aufwendige Verstellpumpe erforderlich ist und zum Anderen eine weitere Pumpe zum Aufladen des Hydrospeichers vorgesehen werden muss.Such a solution requires a very large device complexity, since on the one hand for controlling the movements of the hydraulic cylinder, a complex variable displacement is required and on the other hand, a further pump for charging the hydraulic accumulator must be provided.
In der
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Linearantrieb zu schaffen, der einen vergleichsweise einfachen Aufbau hat und eine auch in energetischer Hinsicht optimierte Ansteuerung ermöglicht.In contrast, the invention has for its object to provide a hydraulic linear drive, which has a relatively simple structure and allows an optimized in terms of energy control.
Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Linearantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a hydraulic linear drive having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß hat der hydraulische Linearantrieb einen Hydraulikzylinder, der mit drei von jeweils einer Wirkfläche begrenzten Druckräumen ausgeführt ist, wobei diese über eine Hydromaschine, vorzugsweise eine Pumpe und eine Ventilanordnung mit Hochdruck (Pumpe) oder einer Niederdruckquelle, beispielsweise mit Tankdruck beaufschlagbar sind, um den Hydraulikzylinder im Eilgang oder in einem Krafthub in einer Richtung und im Eilgang oder im Krafthub in der anderen Richtung zu bewegen. Erfindungsgemäß ist der Hydromotor mit einem drehzahlvariablen Antrieb ausgeführt, wobei die Flächenverhältnisse der Wirkflächen so abgestimmt sind, dass im Eilgang und im Krafthub der Antrieb in etwa im gleichen Drehzahlbereich arbeitet.According to the invention, the hydraulic linear drive has a hydraulic cylinder, which is designed with three of each active area limited pressure chambers, which can be acted upon by a hydraulic machine, preferably a pump and a valve assembly with high pressure (pump) or a low pressure source, for example, with tank pressure to the hydraulic cylinder to move in rapid traverse or in a power stroke in one direction and in rapid traverse or in the power stroke in the other direction. According to the invention, the hydraulic motor is designed with a variable-speed drive, wherein the area ratios of the active surfaces are tuned so that the drive operates at about the same speed range in rapid traverse and in the power stroke.
Durch diese Auslegung der Flächenverhältnisse und des Antriebs ist es möglich, letzteren jeweils im optimalen Drehmoment- und Drehzahlbereich und somit mit minimaler Antriebsleistung zu fahren, so dass der energetische Aufwand und der Investitionsaufwand gegenüber den eingangs genannten Lösungen deutlich verringert ist, da ein kleinerer Antriebsmotor verwendet werden kann. Im Wesentlichen unabhängig davon, ob der Hydraulikzylinder mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit und kleiner Kraft (Eilgang) oder mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit und großer Kraft (Krafthub) betrieben wird, arbeitet der Antrieb stets in seinem optimalen Drehmoment-/Drehzahlbereich, so dass eine effektive Steuerung des Linearantriebs bei minimierter Antriebsleistung möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die konstante, vergleichsweise auf geringem Niveau vorbestimmte Drehzahl des Antriebs die Schallentwicklung des Linearantriebs in beiden Arbeitspunkten (Eilgang, Krafthub) minimal ist.This design of the area ratios and the drive, it is possible to drive the latter each in the optimal torque and speed range and thus with minimal drive power, so that the energy cost and investment costs compared to the solutions mentioned above is significantly reduced, as a smaller drive motor used can be. Essentially, regardless of whether the hydraulic cylinder with comparatively high speed and low power (rapid traverse) or at a relatively low speed and high power (power stroke) is operated, the drive always operates in its optimal torque / speed range, so that an effective control of Linear drive is possible with minimized drive power. Another advantage is that the sound development of the linear drive in both operating points (rapid traverse, power stroke) is minimal due to the constant, relatively low predetermined speed of the drive.
Die Hydromaschine kann mit konstantem Förder-/Verdrängungsvolumen ausgeführt sein. Prinzipiell anwendbar sind jedoch auch für einen Vier-Quadrantenbetrieb ausgelegte Hydromaschinen, bei denen eine Drehrichtungsumkehr möglich ist.The hydraulic machine can be designed with a constant delivery / displacement volume. However, in principle also suitable for a four-quadrant operation designed hydraulic machines in which a reversal of direction is possible.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Ventilanordnung ein Wegeventil, das in einer Position einen Druckanschluss der Hydromaschine über eine Arbeitsleitung mit einem ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum über. eine weitere Arbeitsleitung mit der Niederdruckquelle, beispielsweise dem Tank verbindet. In einer weiteren Position sperrt das Wegeventil eine Verbindung des zweiten Druckraums zur Niederdruckquelle ab. In one embodiment of the invention, the valve arrangement has a directional control valve which in one position via a pressure connection of the hydraulic machine via a working line with a first pressure chamber and a second pressure chamber over. another working line with the low pressure source, such as the tank connects. In a further position, the directional control valve blocks a connection of the second pressure chamber to the low-pressure source.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist stromabwärts des Wegeventils ein Steuerventil angeordnet, das in einer Position den ersten Druckraum mit dem in Gegenrichtung wirksamen zweiten Druckraum verbindet.According to a variant of the invention, a control valve is arranged downstream of the directional control valve, which connects in one position the first pressure chamber with the second pressure chamber acting in the opposite direction.
Dabei wird es bevorzugt, wenn in der ersten Position eine Druckmittelverbindung des dritten Druckraums zur Hydromaschine gesperrt ist.It is preferred if in the first position, a pressure medium connection of the third pressure chamber is blocked to the hydraulic machine.
In diesem Fall kann der dritte Druckraum über eine Saugleitung mit einem in Richtung zum dritten Druckraum öffnenden Rückschlagventil mit der Niederdruckquelle/Tank verbunden sein.In this case, the third pressure chamber may be connected to the low-pressure source / tank via a suction line with a non-return valve opening in the direction of the third pressure chamber.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Niederdruckquelle ein Speicherventil zugeordnet, das in einer Position die Niederdruckquelle mit einer Saugseite der Hydromaschine und in einer anderen Position die erstgenannte Arbeitsleitung im Bereich zwischen dem Wegeventil und dem Steuerventil mit der Niederdruckquelle verbindet.In one embodiment of the invention, the low-pressure source is associated with a storage valve which connects in one position the low-pressure source with a suction side of the hydraulic machine and in another position the former working line in the region between the directional control valve and the control valve with the low-pressure source.
Vorzugsweise wird der erste Druckraum mit einer größeren Wirkfläche als der in Gegenrichtung wirksame zweite Druckraum ausgeführt.The first pressure chamber is preferably designed with a larger effective area than the second pressure space acting in the opposite direction.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn wiederum die zweite Wirkfläche etwas kleiner als die dritte Wirkfläche ausgelegt ist.It may be advantageous if in turn the second effective area is designed slightly smaller than the third effective area.
Wie bereits erwähnt, kann es vorteilhaft sein, die Hydromaschine mit Drehrichtungsumkehr auszuführen, so dass ein Vier-Quadrantenbetrieb ermöglicht ist.As already mentioned, it may be advantageous to carry out the hydraulic machine with reversal of the direction of rotation, so that a four-quadrant operation is possible.
Der hydraulische Linearantrieb lässt sich besonders vorteilhaft als Pressenantrieb oder als Schließachse einer Spritzgießmaschine ausführen. Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Konzept überall da eingesetzt werden, wo Kraft und Geschwindigkeit zu unterschiedlichen Zeitpunkten benötigt wird.The hydraulic linear drive can be carried out particularly advantageously as a press drive or as the closing axis of an injection molding machine. In principle, the inventive concept can be used wherever force and speed are needed at different times.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Hydraulikzylinder mit einem Kolben mit einer Kolbenhohlstange ausgeführt, in den eine Stange des Hydraulikzylinders eintaucht, so dass durch diesen und eine Innenstirnfläche der Kolbenhohlstange der erste Druckraum begrenzt ist, der durch die Stange hindurch mit Druckmittel versorgt ist.In a variant of the invention, the hydraulic cylinder is designed with a piston having a piston hollow rod into which a rod of the hydraulic cylinder is immersed, so that the first pressure chamber is limited by this and an inner end face of the piston piston rod, which is supplied through the rod with pressure medium.
Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, wenn eine kolbenhohlstangenseitige Ringstirnfläche des Kolbens den zweiten Druckraum und eine davon abgewandte stangenseitige Ringstirnfläche den dritten Druckraum abschnittsweise begrenzt.In such an embodiment, it is preferred if a piston hollow rod-side annular end face of the piston bounds the second pressure chamber and a rod-side annular end face facing away from the third pressure chamber in sections.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
Der in
Der Linearantrieb
In der dargestellten Grundposition (a) des Steuerventils
Gemäß
Gemäß
Diese ist an einem Ausgangsanschluss eines Speicherventils
Einzelheiten des Hydraulikzylinders
Zum Einstellen einer schnellen Ausfahrbewegung der Kolbenhohlstange
Zur Einstellung des Eilganges werden das Wegeventil
Die Volumenströme Q1, Q2 berechnen sich aus dem Produkt der Ausfahrgeschwindigkeit x mit der jeweiligen Wirkfläche A1, A2. Der Fördervolumenstrom Qp der Hydromaschine kann berechnet werden aus dem Produkt der Drehzahl n des Antriebs
Für den Krafthub wird die Kolbenhohlstange
Unter der Annahme, dass die Drehzahlen n im Eilgang und im Krafthub in etwa gleich sein sollen, muss dann der Faktor K der Flächenverhältnisse den reziproken Wert des Geschwindigkeitsverhältnisses entsprechen: Assuming that the rotational speeds n should be approximately the same in rapid traverse and in the power stroke, then the factor K of the area ratios must correspond to the reciprocal value of the speed ratio:
Zum schnellen Zurückfahren (Eilgang zurück) wird entsprechend gemäß der Darstellung in
Gemäß den obigen Ausführungen sind die Wirkflächen A1, A2, A3 derart ausgelegt und miteinander verschaltbar, dass der Motor
An Hand der
Für das Verfahren der Kolbenhohlstange
Zum Einfahren der Kolbenhohlstange
Im Übrigen entspricht das in den
Offenbart ist ein hydraulischer Linearantrieb mit einem mit drei Druckräumen ausgeführten Hydraulikzylinder, dessen Wirkflächen so aufeinander abgestimmt sind, dass in einem Eilgang und in einem Krafthub ein Antrieb einer den Hydraulikzylinder mit Druckmittel versorgenden Hydromaschine in etwa im gleichen Drehzahl-/Drehmomentbereich arbeitet.Disclosed is a hydraulic linear drive with a running with three pressure chambers hydraulic cylinder, the active surfaces are coordinated so that a drive of the hydraulic cylinder with pressure medium supplying hydromachine works in a rapid traverse and in a power stroke in about the same speed / torque range.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Linearantrieblinear actuator
- 22
- Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
- 44
- Druckraumpressure chamber
- 66
- Druckraumpressure chamber
- 88th
- Druckraumpressure chamber
- 1010
- Hydromaschinehydromachine
- 1212
- Motorengine
- 1414
- NiederdruckleitungLow-pressure line
- 1616
- NiederdruckquelleLow pressure source
- 1818
- Druckleitungpressure line
- 2020
- Wegeventilway valve
- 2222
- Versorgungsleitungsupply line
- 2424
- Steuerventilcontrol valve
- 2626
- Arbeitsleitungworking line
- 2828
- Regenerationsleitungregeneration line
- 3030
- weitere Arbeitsleitungfurther work management
- 3232
- RücklaufleitungReturn line
- 3434
- dritte Arbeitsleitungthird line of work
- 3636
- Saugleitungsuction
- 3838
- Rückschlagventilcheck valve
- 4040
- Speicherventilmemory valve
- 4242
- Leitungmanagement
- 4444
- Kolbenpiston
- 4646
- KolbenhohlstangePiston rod pipe
- 4848
- Zylinderbodencylinder base
- 5050
- Stangepole
- 5252
- InnenstirnflächeInside face
- 5454
- Kanalchannel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |