DE102010034612B4

DE102010034612B4 - Hydraulic drive

Info

Publication number: DE102010034612B4
Application number: DE102010034612.8A
Authority: DE
Inventors: Udo Fröhlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: DE102010034612A1

Abstract

Hydraulischer Antrieb, insbesondere zur Betätigung einer Armatur (4), der einen Zylinder (2) mit Federrückstellung (46) aufweist, wobei der Zylinder (2) über eine Hydromaschine (10) angesteuert ist, über die Druckmittel von einem Hydrospeicher (82) in eine Zylinderkammer (16) des Zylinders (2) oder aus dieser heraus förderbar ist, wobei in einer Notfahrfunktion zur schnellen Druckabsenkung in der Zylinderkammer (16) des Zylinders (2) durch eine Federkraft der Federrückstellung (46) Druckmittel von der Zylinderkammer (16) über die Hydromaschine (10) und/oder ein Bypassventil (94) zum Hydrospeicher (82) strömbar ist, wobei die Hydromaschine (10) von einem Elektromotor (8), insbesondere einem Servo- oder Schrittmotor, antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromaschine (10) und der Elektromotor (8) derart ausgestaltet sind, das diese in der Notfahrfunktion einen Freilauf bilden.Hydraulic drive, in particular for actuating a fitting (4), which has a cylinder (2) with a spring return (46), the cylinder (2) being controlled via a hydraulic machine (10), via the pressure medium from a hydraulic accumulator (82). a cylinder chamber (16) of the cylinder (2) or can be conveyed out of it, wherein in an emergency driving function for rapid pressure reduction in the cylinder chamber (16) of the cylinder (2) by a spring force of the spring return (46) pressure medium from the cylinder chamber (16) can flow to the hydraulic accumulator (82) via the hydraulic machine (10) and/or a bypass valve (94), wherein the hydraulic machine (10) can be driven by an electric motor (8), in particular a servo or stepper motor, characterized in that The hydraulic machine (10) and the electric motor (8) are designed in such a way that they form a freewheel in the emergency driving function.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb, insbesondere zur Betätigung einer Armatur.The invention relates to a hydraulic drive, in particular for actuating a fitting.

In der DE 101 52 414 A1 ist ein derartiger hydraulischer Antrieb offenbart. Dieser hat einen Hydraulikzylinder, der zur Betätigung eines Ventils einer Turbine eingesetzt ist. In dem Hydraulikzylinder ist ein Kolben geführt, der über eine Kolbenstange mit einem Ventilkörper verbunden ist. Der Ventilkörper ist über eine Feder auf seinem Ventilsitz vorgespannt. Der Hydraulikzylinder hat ein Steuerventil, über das ein Druckraum des Hydraulikzylinders mit einer Druckquelle oder mit einem Tank verbindbar ist. Über ein weiteres Steuerventil ist der Druckraum zusätzlich, zur schnellen Druckabsenkung, mit dem Tank verbindbar.In the DE 101 52 414 A1 such a hydraulic drive is disclosed. This has a hydraulic cylinder that is used to actuate a valve of a turbine. A piston is guided in the hydraulic cylinder and is connected to a valve body via a piston rod. The valve body is prestressed on its valve seat by a spring. The hydraulic cylinder has a control valve via which a pressure chamber of the hydraulic cylinder can be connected to a pressure source or to a tank. The pressure chamber can also be connected to the tank via another control valve for rapid pressure reduction.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein derartiger Antrieb vorrichtungstechnisch äußerst aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung ist.The disadvantage of this solution is that such a drive is extremely complicated in terms of device technology and is expensive to manufacture.

Die US 2 403 912 A1 offenbart ebenfalls einen hydraulischen Antrieb. Die US 2 656 745 A1 offenbart einen Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The U.S. 2,403,912 A1 also discloses a hydraulic drive. The U.S. 2,656,745 A1 discloses a drive according to the preamble of claim 1.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig ist.In contrast, the object of the invention is to provide a hydraulic drive that is simple in design and inexpensive.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This problem is solved by a hydraulic drive with the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß hat ein hydraulischer Antrieb, der zur Betätigung einer Armatur eingesetzt ist, einen Zylinder, insbesondere einen Hydrozylinder, mit Federrückstellung. Der Zylinder ist über eine Hydromaschine angesteuert. Mit der Hydromaschine ist Druckmittel von einem Hydrospeicher in eine Zylinderkammer des Zylinders oder aus dieser heraus förderbar. In einer Notfahrfunktion des Antriebs strömt zur schnellen Druckabsenkung aus der Zylinderkammer des Zylinders durch eine Federkraft der Federrückstellung Druckmittel von der Zylinderkammer über die Hydromaschine und/oder ein Bypassventil zum Hydrospeicher.According to the invention, a hydraulic drive used to actuate a fitting has a cylinder, in particular a hydraulic cylinder, with spring return. The cylinder is controlled via a hydraulic machine. With the hydraulic machine, pressure medium can be conveyed from a hydraulic accumulator into or out of a cylinder chamber of the cylinder. In an emergency operation function of the drive, pressure medium flows from the cylinder chamber via the hydraulic machine and/or a bypass valve to the hydraulic accumulator for rapid pressure reduction from the cylinder chamber of the cylinder by a spring force of the spring return.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass der hydraulische Antrieb vorrichtungstechnisch einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung ist. Des Weiteren bildet der hydraulische Antrieb ein im Wesentlichen hydraulisch autarkes System mit Notfahrfunktion. Durch den einfachen Aufbau ist der hydraulische Antrieb kompakt ausgestaltbar und wartungsarm. Der kompakte Aufbau führt auch zu einer Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen im Einsatz des hydraulischen Antriebs.This solution has the advantage that the hydraulic drive has a simple design in terms of device technology and is inexpensive to manufacture. Furthermore, the hydraulic drive forms an essentially hydraulically self-sufficient system with an emergency drive function. Due to the simple structure, the hydraulic drive can be designed to be compact and requires little maintenance. The compact design also leads to insensitivity to vibrations when using the hydraulic drive.

Erfindungsgemäß ist die Hydromaschine von einem Elektromotor angetrieben. Hierdurch ist die Armatur über den Antrieb positionsgenau auf- und zusteuerbar. Bei dem Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen Servo- oder Schrittmotor.According to the invention, the hydraulic machine is driven by an electric motor. As a result, the valve can be opened and closed in a precise position via the drive. The electric motor is, for example, a servo or stepping motor.

Damit in der Notfahrfunktion Druckmittel aus der Zylinderkammer schnell zum Hydrospeicher strömt sind die Hydromaschine und der Elektromotor derart ausgestaltet, dass diese in der Notfahrfunktion einen Freilauf bilden. Hierdurch ist denkbar, dass der Elektromotor von der Hydromaschine als Generator angetrieben ist.In order for pressure medium to flow quickly from the cylinder chamber to the hydraulic accumulator in the emergency driving function, the hydraulic machine and the electric motor are designed in such a way that they form a freewheel in the emergency driving function. This makes it conceivable that the electric motor is driven by the hydraulic machine as a generator.

Die Hydromaschine ist als Hydropumpe oder -motor einsetzbar.The hydraulic machine can be used as a hydraulic pump or motor.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinder von der Hydromaschine direkt angesteuert.In a further embodiment of the invention, the cylinder is controlled directly by the hydraulic machine.

Zur Steuerung der Betätigungsgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebs ist der Elektromotor drehzahlvariabel.The speed of the electric motor is variable to control the operating speed of the hydraulic drive.

Bei dem Zylinder handelt es sich beispielsweise um einen einfach wirkenden hydraulischen Zylinder oder um einen Differenzialzylinder.The cylinder is, for example, a single-acting hydraulic cylinder or a differential cylinder.

Um bei einer Positionierung des Antriebs ausströmendes Druckmittel aus der Zylinderkammer des Zylinders in Form von Leckage über die Hydromaschine im Wesentlichen zu vermeiden ist ein Steuerventil vorgesehen. Dieses ist im Druckmittelströmungspfad zwischen der Hydromaschine und der Zylinderkammer zum Auf- und Zusteuern dieses Druckmittelströmungspfads angeordnet.A control valve is provided in order to essentially avoid pressure medium flowing out of the cylinder chamber of the cylinder in the form of leakage via the hydraulic machine when the drive is positioned. This is arranged in the pressure medium flow path between the hydraulic machine and the cylinder chamber for opening and closing this pressure medium flow path.

Ein Ventilschieber des Steuerventils ist dabei über eine Feder in eine Öffnungsposition vorgespannt. Somit ist das Steuerventil, wenn dieses beispielsweise über einen elektrischen Aktuator betätigt ist, bei einem Stromausfall geöffnet, wodurch bei einer Notfahrfunktion Druckmittel über das Steuerventil zur Hydromaschine strömen kann.A valve slide of the control valve is biased into an open position by a spring. Thus, when the control valve is actuated, for example, via an electric actuator, it is opened in the event of a power failure, as a result of which pressure medium can flow via the control valve to the hydraulic machine in the event of an emergency driving function.

Über das Bypassventil ist eine direkte Druckmittelverbindung zwischen der Zylinderkammer des Zylinders und dem Hydrospeicher auf- und zusteuerbar. Entsprechend dem Steuerventil ist auch ein Ventilschieber des Bypassventils über eine Feder in eine Öffnungsposition vorgespannt.A direct pressure medium connection between the cylinder chamber of the cylinder and the hydraulic accumulator can be opened and closed via the bypass valve. Corresponding to the control valve, a valve slide of the bypass valve is also biased into an open position by a spring.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of further dependent claims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in einer schematischen Darstellung einen hydraulischen Antrieb gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 in einer schematischen Darstellung den hydraulischen Antrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of schematic drawings. Show it:

1 in a schematic representation of a hydraulic drive according to a first embodiment and
2 in a schematic representation of the hydraulic drive according to a second embodiment.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung den hydraulischen Antrieb 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dieser hat einen Zylinder 2, der zur Betätigung einer Armatur 4 eingesetzt ist. Der Zylinder 2 ist über ein Aggregat 6, das eine von einem Elektromotor 8 angetriebene Hydromaschine 10 aufweist, steuerbar. 1 shows a schematic representation of the hydraulic drive 1 according to a first embodiment. This has a cylinder 2 which is used to actuate a fitting 4 . The cylinder 2 can be controlled via a unit 6 which has a hydraulic machine 10 driven by an electric motor 8 .

Bei dem Zylinder 2 handelt es sich um einen einfach wirkenden Hydrozylinder. In diesem ist gleitend ein Kolben 12 geführt. Dieser weist eine armaturseitige Kolbenstange 14 auf. Der Kolben 12 trennt in dem Zylinder 2 einen von der Kolbenstange 14 durchsetzten Ringraum 16 von einem Zylinderraum 18. Die Kolbenstange 14 ist aus einem Zylindergehäuse 20 des Zylinders 2 herausgeführt.The cylinder 2 is a single-acting hydraulic cylinder. In this, a piston 12 is slidably guided. This has a fitting-side piston rod 14 . In the cylinder 2, the piston 12 separates an annular space 16 through which the piston rod 14 passes from a cylinder space 18. The piston rod 14 is led out of a cylinder housing 20 of the cylinder 2.

Am vom Kolben 12 wegweisenden Endabschnitt 22 der Kolbenstange 14 ist diese über eine Flanschverbindung 24 mit einer Ventilstange 26 der Armatur 4 verbunden. Die Ventilstange 26 erstreckt sich dabei in ein Armaturgehäuse 28 der Armatur 4. An einem von der Flanschverbindung 24 wegweisenden Endabschnitt 30 der Ventilstange 26 ist ein tellerförmiger Ventilkörper 32 ausgebildet. In der 1 ist dieser in einer Öffnungsposition dargestellt. In einer Schließposition liegt eine von dem Zylinder 2 wegweisende Stirnfläche 34 des Ventilkörpers 32 dichtend an einer ringförmigen Sitzfläche 36 des Armaturgehäuses 28 an. Durch den Ventilkörper 32 ist eine Fluid- oder Gasverbindung zwischen einem Zulaufkanal 38 und einem Ablaufkanal 40 (sind jeweils in dem Armaturgehäuse 28 ausgebildet) zu- und aufsteuerbar. Der Ventilkörper 32 ist dabei innerhalb einer Ventilkammer 42 des Armaturgehäuses 28 bewegbar, wobei etwa entlang einer Zylinderlängsachse 44 der Zulaufkanal 38 axial in die Ventilkammer 42 mündet, während sich der Ablaufkanal 40 etwa radialer Richtung von dieser aus weg erstreckt.At the end section 22 of the piston rod 14 pointing away from the piston 12 , the latter is connected to a valve rod 26 of the fitting 4 via a flange connection 24 . The valve rod 26 extends into a fitting housing 28 of the fitting 4. A plate-shaped valve body 32 is formed on an end section 30 of the valve rod 26 pointing away from the flange connection 24. In the 1 this is shown in an open position. In a closed position, an end face 34 of the valve body 32 pointing away from the cylinder 2 is in sealing contact with an annular seat face 36 of the fitting housing 28 . A fluid or gas connection between an inlet channel 38 and an outlet channel 40 (each formed in the fitting housing 28) can be switched on and off by the valve body 32 . The valve body 32 is movable within a valve chamber 42 of the fitting housing 28, with the inlet channel 38 opening axially into the valve chamber 42 approximately along a cylinder longitudinal axis 44, while the outlet channel 40 extends approximately radially away from it.

Das Armaturgehäuse 28 und das Zylindergehäuse 20 sind über übliche Verbindungsmittel 47 fest miteinander verbunden.The armature housing 28 and the cylinder housing 20 are firmly connected to one another via conventional connecting means 47 .

In dem Zylinderraum 18 des Zylinders 2 ist eine Feder 46 angeordnet. Diese stützt sich von einem Zylinderboden 48 des Zylinderraums 18 ab und beaufschlagt den Kolben 12 mit einer Federkraft in Richtung der Schließposition des Ventilkörpers 32.A spring 46 is arranged in the cylinder chamber 18 of the cylinder 2 . This is supported by a cylinder base 48 of the cylinder chamber 18 and applies a spring force to the piston 12 in the direction of the closed position of the valve body 32.

Die der Kolbenstange 14 zuweisende Stirnfläche 50 des Kolbens 12 ist stufenförmig ausgebildet, wobei ein radial zurückgesetzter Dämpfungsvorsprung 52 bei einer Axialverschiebung des Kolbens 12 in einen entsprechend ausgebildeten Teil des Ringraums 16 eintaucht. Der Ringraum 16 hat somit eine erste Kolbenstufe 54 und eine zweite Stufe 56 bzw. Dämpfungsstufe 56, in die der Dämpfungsvorsprung 52 bei der besagten Axialverschiebung eintaucht. Im Bereich einer ringförmigen Bodenfläche 58 der zweiten Stufe 56 des Ringraums 16 mündet ein Druckmittelkanal 60 in den Ringraum 16. Der Druckmittelkanal 60 erstreckt sich durch das Zylindergehäuse 20 hindurch und mündet an einer von der Armatur 4 wegweisenden Zylinderfläche 62 des Zylinders 2. Ein weiterer mit dem Druckmittelkanal 60 verbundener Druckmittelkanal 64 mündet in den Ringraum 16 des Zylinders 2 etwa im Bereich einer ringförmigen Bodenstirnfläche der Kolbenstufe 54. In diesen Druckmittelkanal 64 ist ein sich in Druckmittelströmungsrichtung weg vom Ringraum schließendes Rückschlagventil 66 angeordnet. Somit strömt ein Druckmittel in Strömungsrichtung hin zum Ringraum 16 über den Druckmittelkanal 60 und 64 in diesen ein, während in umgekehrter Strömungsrichtung das Rückschlagventil 66 des Druckmittelkanals 64 geschlossen ist, womit nur über den Druckmittelkanal 60 Druckmittel aus dem Ringraum 16 strömt.The end face 50 of the piston 12 facing the piston rod 14 has a stepped design, with a radially set-back damping projection 52 entering a correspondingly designed part of the annular space 16 when the piston 12 is displaced axially. The annular space 16 thus has a first piston stage 54 and a second stage 56 or damping stage 56, into which the damping projection 52 dips during said axial displacement. In the area of an annular bottom surface 58 of the second step 56 of the annular space 16, a pressure medium channel 60 opens into the annular space 16. The pressure medium channel 60 extends through the cylinder housing 20 and opens out on a cylinder surface 62 of the cylinder 2 pointing away from the fitting 4. Another with The pressure medium channel 64 connected to the pressure medium channel 60 opens into the annular space 16 of the cylinder 2 approximately in the area of an annular bottom end face of the piston stage 54. A check valve 66 closing in the pressure medium flow direction away from the annular space is arranged in this pressure medium channel 64. A pressure medium thus flows in the direction of flow towards the annular chamber 16 via the pressure medium channels 60 and 64, while in the opposite direction of flow the check valve 66 of the pressure medium channel 64 is closed, with the result that pressure medium flows out of the annular chamber 16 only via the pressure medium channel 60.

Taucht der Dämpfungsvorsprung 52 bei einer Axialverschiebung des Kolbens 12 in Schließrichtung des Ventilkörpers 32 in die Dämpfungsstufe 56, dann bildet sich ein ringförmiger Dämpfungsraum zwischen einer Außenmantelfläche des Dämpfungsvorsprungs 52 und einer Innenmantelfläche der zweiten Dämpfungsstufe 56 aus. In diesem Bereich ist die Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels erhöht. Dadurch bildet sich im Ringraum 16 ein Druck aus, der der Kraftwirkung der Feder 46 entgegenwirkt und so die Axialbewegung des Kolbens 12 dämpft.If the damping projection 52 dips into the damping stage 56 during an axial displacement of the piston 12 in the closing direction of the valve body 32, then an annular damping space is formed between an outer lateral surface of the damping projection 52 and an inner lateral surface of the second damping stage 56. The outflow speed of the pressure medium is increased in this area. As a result, a pressure forms in the annular space 16 which counteracts the force of the spring 46 and thus dampens the axial movement of the piston 12 .

Der Druckmittelkanal 60 ist über eine Druckmittelleitung 68 mit einem Anschluss A eines Steuerventils 70 verbunden. In der Druckmittelleitung 68 ist eine Drossel 72 angeordnet. Parallel zur Drossel 72 ist ein in Druckmittelströmungsrichtung hin zum Ringraum 16 öffnendes Rückschlagventil 74 angeordnet. Bei dem Steuerventil 70 handelt es sich um ein 2/2-Wegeventil. An einen Anschluss B des Steuerventils 70 ist eine weitere Druckmittelleitung 76 angeschlossen, die mit der Hydromaschine 10 verbunden ist. Ein Ventilschieber des Steuerventils 70 ist über eine Ventilfeder 78 in eine Öffnungsposition vorgespannt. In dieser sind die Anschlüsse A und B und somit die Druckmittelleitung 68 mit der Druckmittelleitung 76 verbunden. Über einen elektrischen Aktuator 80 ist der Ventilschieber in eine Schließposition verschiebbar.The pressure medium channel 60 is connected to a connection A of a control valve 70 via a pressure medium line 68 . A throttle 72 is arranged in the pressure medium line 68 . A check valve 74 opening in the pressure medium flow direction towards the annular chamber 16 is arranged parallel to the throttle 72 . The control valve 70 is a 2/2-way valve. A further pressure medium line 76 which is connected to the hydraulic machine 10 is connected to a connection B of the control valve 70 . A valve slide of the control valve 70 is biased into an open position by a valve spring 78 . In this, the connections A and B and thus the pressure medium line 68 are connected to the pressure medium line 76 . The valve slide can be moved into a closed position via an electric actuator 80 .

Die Druckmittelleitung 76 ist an einem Anschluss X der Hydromaschine 10 angeschlossen. An einen weiteren Anschluss Y der Hydromaschine 10 ist eine mit einem Hydrospeicher 82 verbundene Speicherleitung 84 angeschlossen. Des weiteren ist die Hydromaschine 10 über eine Leckageleitung 86 mit der Speicherleitung 84 verbunden.The pressure medium line 76 is connected to a connection X of the hydraulic machine 10 . An accumulator line 84 connected to a hydraulic accumulator 82 is connected to a further connection Y of the hydraulic machine 10 . Furthermore, the hydraulic machine 10 is connected to the accumulator line 84 via a leakage line 86 .

Die Hydromaschine 10 ist als Hydromotor und -pumpe einsetzbar. Als Hydromotor ist sie in beide Drehrichtungen und als Hydropumpe in beide Förderrichtungen einsetzbar.The hydraulic machine 10 can be used as a hydraulic motor and pump. As a hydraulic motor, it can be used in both directions of rotation and as a hydraulic pump in both directions.

Der Elektromotor 8 ist über eine Antriebswelle 88 mit der Hydropumpe 10 verbunden. Der Elektromotor 8 ist als Schritt- oder Servomotor ausgebildet.The electric motor 8 is connected to the hydraulic pump 10 via a drive shaft 88 . The electric motor 8 is designed as a stepper or servo motor.

Die Axialbewegung der Kolbenstange 14 wird über ein Wegmesssystem 90 erfasst. Das Wegmesssystem 90 ist beispielsweise mit einer Electronic-Control-Unit verbunden, über die auch der Elektromotor 8 steuerbar sein kann. Der Hydrospeicher 82, das Steuerventil 70, die Drossel 72 und das Rückschlagventil 74 sind in einem gemeinsamen mit dem Zylindergehäuse 20 fest verbundenen Gehäuse 92 angeordnet.The axial movement of the piston rod 14 is recorded via a position measuring system 90 . The path measuring system 90 is connected, for example, to an electronic control unit, via which the electric motor 8 can also be controlled. The hydraulic accumulator 82, the control valve 70, the throttle 72 and the check valve 74 are arranged in a common housing 92 which is fixedly connected to the cylinder housing 20.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des hydraulischen Antriebs 1 erläutert. Zum Öffnen der Armatur 4 im Normalbetrieb treibt der Elektromotor 8 über die Antriebswelle 88 die Hydromaschine 10 als Hydropumpe an. Diese fördert dann Druckmittel vom Hydrospeicher 82 über die Speicherleitung 84, die Druckmittelleitung 76, das Steuerventil 70, die Druckmittelleitung 68 mit der Drossel 72 und dem parallel angeordneten Rückschlagventil 74, dem Druckmittelkanal 60 und dem Druckmittelkanal 64 in den Ringraum 16 des Zylinders 2. Der Kolben 12 wird hierdurch vom Ringraum 16 mit einem Druck beaufschlagt und bewegt sich entgegen der Federkraft der Feder 46 in Richtung weg von der Armatur 4. Durch diese Axialbewegung des Kolbens 12 wird der Ventilkörper 32 über die Kolbenstange 14 und die Ventilstange 26 in eine Öffnungsposition bewegt. In dieser Position ist ein Fluid - oder Gasstrom zwischen dem Zulaufkanal 38 und dem Ablaufkanal 40 geöffnet. Durch die Drehzahl des Elektromotors 8 ist die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Kolbens 12 einstellbar. D. h., je größer die Drehzahl des Elektromotors 8, desto größer ist der über die Hydromaschine 10 geförderte Druckmittelvolumenstrom und desto größer ist die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Kolbens 12.The mode of operation of the hydraulic drive 1 is explained below. To open the fitting 4 in normal operation, the electric motor 8 drives the hydraulic machine 10 as a hydraulic pump via the drive shaft 88 . This then conveys pressure medium from hydraulic accumulator 82 via accumulator line 84, pressure medium line 76, control valve 70, pressure medium line 68 with throttle 72 and check valve 74 arranged in parallel, pressure medium channel 60 and pressure medium channel 64 into annular chamber 16 of cylinder 2 As a result, piston 12 is pressurized by annular chamber 16 and moves against the spring force of spring 46 in the direction away from fitting 4. This axial movement of piston 12 moves valve body 32 via piston rod 14 and valve rod 26 into an open position . In this position, a fluid or gas flow between the inlet channel 38 and the outlet channel 40 is open. The speed of the axial movement of the piston 12 can be adjusted by the speed of the electric motor 8 . That is, the greater the speed of the electric motor 8, the greater the pressure medium volume flow conveyed via the hydraulic machine 10 and the greater the speed of the axial movement of the piston 12.

Zum Schließen der Armatur 4 im Normalbetrieb wird der Ventilkörper 32 in Richtung seiner Sitzfläche 36 bewegt. Die Hydromaschine 10 wird hierfür als Hydromotor eingesetzt und treibt den Elektromotor 8 als Generator an. Der Kolben 12 wird beim Schließen über die Federkraft der Feder 46 in Richtung der Armatur 4 bewegt. To close the valve 4 in normal operation, the valve body 32 is moved in the direction of its seat 36 . For this purpose, the hydraulic machine 10 is used as a hydraulic motor and drives the electric motor 8 as a generator. When closing, the piston 12 is moved in the direction of the fitting 4 by the spring force of the spring 46 .

Druckmittel strömt hierbei aus dem Ringraum 16 über den Druckmittelkanal 60, die Drossel 72 der Druckmittelleitung 68, das Steuerventil 70, zur Hydromaschine 10, die als Hydromotor eingesetzt ist, bis zum Hydrospeicher 82. Durch den Einsatz des Elektromotors 8 als Generator wirkt ein Drehmoment entgegen dem Drehmoment der Hydromaschine 10, wodurch eine Strömungsgeschwindigkeit des Druckmittels bei einer Strömung vom Ringraum 16 des Zylinders 2 zum Hydrospeicher 82 verringert ist.In this case, pressure medium flows from the annular space 16 via the pressure medium channel 60, the throttle 72 of the pressure medium line 68, the control valve 70, to the hydraulic machine 10, which is used as a hydraulic motor, up to the hydraulic accumulator 82. By using the electric motor 8 as a generator, a torque counteracts this the torque of the hydraulic machine 10, whereby a flow rate of the pressure medium is reduced when there is a flow from the annular space 16 of the cylinder 2 to the hydraulic accumulator 82.

Zum Halten des Ventilkörpers 32 in einer bestimmten Position sind zwei Möglichkeiten vorgesehen. Bei einer erstem Möglichkeit wird ein Drehmoment über den Elektromotor 8 auf die Hydromaschine 10 aufgebracht, so dass das Drehmoment des Elektromotors 8 und das Drehmoment der Hydromaschine 10 entgegengesetzt sind. Das Drehmoment der Hydromaschine 10 wird bestimmt durch die Federkraft der Feder 46 und von hydraulischen Kräften, die auf den Ventilkörper 32 wirken. In Abhängigkeit des Einsatzes der Armatur 4 wirken die hydraulischen Kräfte entweder in oder gegen die Federkraft der Feder 46. Das Drehmoment des Elektromotors 8 ist dabei derart groß, dass dieser die Hydromaschine 10 als Hydropumpe antreibt und diese eine Druckmittelmenge vom Hydrospeicher 82 fördert, die der Leckagemenge entspricht, die über die Leckageleitung 86 zum Hydrospeicher 82 abströmt.Two options are provided for holding the valve body 32 in a specific position. In a first possibility, a torque is applied to the hydraulic machine 10 via the electric motor 8, so that the torque of the electric motor 8 and the torque of the hydraulic machine 10 are opposed. The torque of hydraulic machine 10 is determined by the spring force of spring 46 and by hydraulic forces that act on valve body 32 . Depending on the use of the fitting 4, the hydraulic forces act either in or against the spring force of the spring 46. The torque of the electric motor 8 is so great that it drives the hydraulic machine 10 as a hydraulic pump and this delivers a quantity of pressure medium from the hydraulic accumulator 82 that the Corresponds to the amount of leakage that flows out via the leakage line 86 to the hydraulic accumulator 82 .

Eine andere Möglichkeit zum Halten der Position des Kolbens 12 liegt darin, den Ventilschieber des Steuerventils 70 in seine Schließposition zu verschieben. Hierdurch ist die Druckmittelverbindung zwischen dem Ringraum 16 und dem Hydrospeicher 82 unterbrochen, wodurch der Elektromotor 8 abschaltbar ist. Dies eignet sich insbesondere dann, wenn die Position des Kolbens 12 bzw. des Ventilkörpers 32 über einen längeren Zeitraum gehalten werden soll.Another way to hold the position of the piston 12 is to move the spool of the control valve 70 to its closed position. As a result, the pressure medium connection between the annular space 16 and the hydraulic accumulator 82 is interrupted, as a result of which the electric motor 8 can be switched off. This is particularly suitable when the position of the piston 12 or of the valve body 32 is to be maintained over a longer period of time.

Bei einem Notfahrbetrieb ist es notwendig, dass der Ventilkörper 32 innerhalb kurzer Zeit auf seinem Ventilsitz 36 anliegt, wodurch die Armatur 4 geschlossen ist. Im Notfahrbetrieb ist der Elektromotor 8 stromlos. Der Kolben 12 wird dann über die Federkraft der Feder 46 in Richtung der Armatur 4 bewegt, wobei Druckmittel aus dem Ringraum 16 über das geöffnete Steuerventil 70 und die Hydromaschine 10, die als Hydromotor eingesetzt ist, zum Hydrospeicher 82 strömt. Die Hydromaschine 10 treibt dabei den Elektromotor 8 als Generator an. Durch die Drossel 72 ist die Strömungsgeschwindigkeit des Druckmittels und damit die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Kolbens 12 zusätzlich gedämpft. Beim Einsatz des Elektromotors 8 als Generator kann somit Energie gewonnen werden, die beispielsweise mit üblichen Mitteln gespeichert wird.In an emergency operation, it is necessary for the valve body 32 to rest against its valve seat 36 within a short time, as a result of which the fitting 4 is closed. In emergency operation, the electric motor 8 is de-energized. The piston 12 is then moved in the direction of the fitting 4 by the spring force of the spring 46, with pressure medium flowing from the annular space 16 via the open control valve 70 and the hydraulic machine 10, which is used as a hydraulic motor, to the hydraulic accumulator 82. The hydraulic machine 10 drives the electric motor 8 as a generator. The flow speed of the pressure medium and thus the speed of the axial movement of the piston 12 is additionally damped by the throttle 72 . When using the electric motor 8 as a generator, energy can thus be obtained which is stored, for example, using conventional means.

Im Notfahrbetrieb erfolgt üblicherweise die Axialbewegung des Kolbens 12 des Zylinders 2 mit größerer Geschwindigkeit (4 bis 10 fach) als im Normalbetrieb. Dabei strömt mehr Druckmittel durch die Hydromaschine 10 als im Normalbetrieb und treibt diese an. Dies zur Folge, dass deren körperliche Dimensionierung (Schluckvolumen pro Umdrehung) so gewählt wird, dass weder die zulässige Drehzahl der Hydromaschine 10 noch die des Elektromotors 8 überschritten wird. Daher wird das Schluckvolumen der Hydromaschine 10 vergleichsweise groß gewählt. Das große Schluckvolumen führt zu einem hohen Drehmoment der Hydromaschine im Vergleich zu einem geringeren Schluckvolumen. Aufgrund des großen Drehmoments ist es notwendig auch den Elektromotor 8 ausreichend groß zu dimensionieren. Die körperliche Dimensionierung der Hydromaschine 10 und des Elektromotors 8 ist beispielsweise um Faktor 4 bis 10 im Vergleich zur üblichen Dimensionierung ausgeführt.In emergency operation, the axial movement of the piston 12 of the cylinder 2 usually takes place at a greater speed (4 to 10 times) than in normal operation. In this case, more pressure medium flows through the hydraulic machine 10 than in normal operation and drives it. The consequence of this is that their physical dimensions (displacement per revolution) are selected in such a way that neither the permissible speed of the hydraulic machine 10 nor that of the electric motor 8 is exceeded. The absorption volume of the hydraulic machine 10 is therefore selected to be comparatively large. The large displacement leads to a high torque of the hydraulic machine compared to a lower displacement. Because of the high torque, it is also necessary to dimension the electric motor 8 sufficiently large. The physical dimensioning of the hydraulic machine 10 and the electric motor 8 is designed, for example, by a factor of 4 to 10 compared to the usual dimensioning.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung den hydraulischen Antrieb 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus 1 ist ein Bypassventil 94 vorgesehen. Dieses ist in einem zusätzlichen Druckmittelströmungspfad zwischen der Ringkammer 16 des Zylinders 2 und dem Hydrospeicher 82 angeordnet. 2 shows a schematic representation of the hydraulic drive 1 according to a second embodiment. In contrast to the first embodiment 1 a bypass valve 94 is provided. This is arranged in an additional pressure medium flow path between the annular chamber 16 of the cylinder 2 and the hydraulic accumulator 82 .

Ein Bypasskanal 96 ist dabei im Zylindergehäuse 20 ausgebildet und mündet in der Dämpfungsstufe 56 etwa auf der axialen Höhe der Mündung des Druckmittelkanals 60. An dem Bypasskanal 96 ist eine Bypassleitung 98 angeschlossen, die mit einem Anschluss A des Bypassventils 94 verbunden ist. In der Bypassleitung 98 ist eine Drossel 100 angeordnet.A bypass channel 96 is formed in the cylinder housing 20 and ends in the damping stage 56 approximately at the axial level of the opening of the pressure medium channel 60 . A throttle 100 is arranged in the bypass line 98 .

Bei dem Bypassventil 94 handelt es sich um ein 2/2-Wegeventil. Dieses hat einen weiteren Anschluss B, der über eine weitere Bypassleitung 102 mit der Speicherleitung 84 verbunden ist. Ein Ventilschieber des Bypassventils 94 ist über eine Feder 104 in eine Öffnungsposition vorgespannt, in der die beiden Bypassleitungen 98, 102 miteinander verbunden sind. Über einen elektrischen Aktuator 106 ist der Ventilschieber in eine Schließposition verschiebbar, in der die beiden Bypassleitungen 98, 102 voneinander getrennt sind.The bypass valve 94 is a 2/2-way valve. This has a further connection B, which is connected to the storage line 84 via a further bypass line 102 . A valve slide of the bypass valve 94 is biased by a spring 104 into an open position in which the two bypass lines 98, 102 are connected to one another. The valve slide can be moved into a closed position via an electric actuator 106, in which the two bypass lines 98, 102 are separated from one another.

Das Bypassventil 94 ist in einem Normalbetrieb des hydraulischen Antriebs 1 geschlossen. In einem Notfahrbetrieb ist das Bypassventil zuschaltbar. Hierfür wird die Bestromung des Aktuators 106 des Bypassventils 94 unterbrochen, wodurch das Bypassventil 94 geöffnet ist. Druckmittel aus dem Ringraum 16 gelangt dann über den Bypasskanal 96, dem Bypassventil 94 zum Hydrospeicher 82, wodurch ein Druck in dem Ringraum 16 abgebaut und der Kolben 12 axial in Richtung der Armatur 4 verschoben wird.The bypass valve 94 is closed when the hydraulic drive 1 is in normal operation. In an emergency operation, the bypass valve can be switched on. For this purpose, the energization of the actuator 106 of the bypass valve 94 is interrupted, as a result of which the bypass valve 94 is opened. Pressure medium from the annular space 16 then passes via the bypass channel 96, the bypass valve 94 to the hydraulic accumulator 82, as a result of which pressure in the annular space 16 is reduced and the piston 12 is displaced axially in the direction of the fitting 4.

Durch das Bypassventil 94 wird die Hydromaschine 10 im Notfahrbetrieb nicht durch das aus dem Ringraum 16 abströmende Öl angetrieben, da der Druck in der Speicherleitung 84 dem Druck in der Druckmittelleitung 76 im Wesentlichen entspricht. Der Notfahrbetrieb hat somit keinen Einfluss auf die Hydromaschine 10 und den Elektromotor 8. Die körperliche Ausgestaltung und Dimensionierung der Hydromaschine 10 und des Elektromotors 8 richtet sich deswegen nur nach den Erfordernissen des Normalbetriebs, wodurch diese eine geringere Dimensionierung im Vergleich zur Dimensionierung für einen Notfahrbetrieb aufweisen können.Due to the bypass valve 94 , the hydraulic machine 10 is not driven by the oil flowing out of the annular space 16 in the emergency driving mode, since the pressure in the accumulator line 84 essentially corresponds to the pressure in the pressure medium line 76 . The emergency driving mode thus has no influence on the hydraulic machine 10 and the electric motor 8. The physical design and dimensioning of the hydraulic machine 10 and the electric motor 8 is therefore only based on the requirements of normal operation, which means that they have a smaller dimensioning compared to the dimensioning for an emergency driving mode can.

Offenbart ist ein hydraulischer Antrieb, insbesondere zur Betätigung einer Armatur, der einen Zylinder mit einer Federrückstellung hat. Ein Kolben des Zylinders ist über eine Hydromaschine gesteuert. Diese fördert dabei Druckmittel von einem Hydrospeicher in eine Zylinderkammer des Zylinders oder aus dieser heraus. In einer Notfahrfunktion zur schnellen Druckabsenkung in der Zylinderkammer des Zylinders ist durch eine Federkraft der Federrückstellung Druckmittel von der Zylinderkammer über die Hydromaschine und/oder ein Bypassventil zum Hydrospeicher strömbar.A hydraulic drive is disclosed, in particular for actuating a fitting, which has a cylinder with a spring return. A piston of the cylinder is controlled by a hydraulic machine. This conveys pressure medium from a hydraulic accumulator into or out of a cylinder chamber of the cylinder. In an emergency driving function for rapid pressure reduction in the cylinder chamber of the cylinder, pressure medium can flow from the cylinder chamber via the hydraulic machine and/or a bypass valve to the hydraulic accumulator due to a spring force of the spring return.

Bezuqszeichenliste:Reference character list:

11: Antriebdrive
22: Zylindercylinder
44: Armaturfitting
66: Aggregataggregate
88th: Elektromotorelectric motor
1010: Hydromaschinehydro machine
1212: KolbenPistons
1414: Kolbenstangepiston rod
1616: Ringraumannulus
1818: Zylinderraumcylinder space
2020: Zylindergehäusecylinder body
2222: Endabschnittend section
2424: Flanschverbindungflange connection
2626: Ventilstangevalve stem
2828: Amaturgehäusedash housing
3030: Endabschnittend section
3232: Ventilkörpervalve body
3434: Stirnflächeface
3636: Sitzflächeseat
3838: Zulaufkanalinlet channel
4040: Ablaufkanaldrain channel
4242: Ventilkammervalve chamber
4444: Längsachselongitudinal axis
4646: FederFeather
4747: Verbindungsmittellanyard
4848: Zylinderbodencylinder bottom
5050: Stirnflächeface
5252: Dämpfungsvorsprungcushioning protrusion
5454: Kolbenstufepiston stage
5656: Dämpfungsstufedamping level
5858: Bodenflächefloor space
6060: Druckmittelkanalpressure medium channel
6262: Zylinderflächecylinder surface
6464: Druckmittelkanalpressure medium channel
6666: Rückschlagventilcheck valve
6868: Druckmittelleitungpressure line
7070: Steuerventilcontrol valve
7272: Drosselthrottle
7474: Rückschlagventilcheck valve
7676: Druckmittelleitungpressure line
7878: Ventilfedervalve spring
8080: Aktuatoractuator
8282: Hydrospeicherhydraulic accumulator
8484: Speicherleitungstorage line
8686: Leckageleitungleakage line
8888: Antriebswelledrive shaft
9090: Wegmesssystemposition measuring system
9292: GehäuseHousing
9494: Bypassventilbypass valve
9696: Bypasskanalbypass channel
9898: Bypassleitungbypass line
100100: Drosselthrottle
102102: Bypassleitungbypass line
104104: FederFeather
106106: Aktuatoractuator
A, B, X, YA, B, X, Y: AnschlussConnection

Claims

Hydraulic drive, in particular for actuating a fitting (4), which has a cylinder (2) with spring return (46), the cylinder (2) being controlled via a hydraulic machine (10), via the pressure medium from a hydraulic accumulator (82) in a cylinder chamber (16) of the cylinder (2) or can be conveyed out of it, wherein in an emergency driving function for rapid pressure reduction in the cylinder chamber (16) of the cylinder (2) by a spring force of the spring return (46) pressure medium from the cylinder chamber (16) can flow via the hydraulic machine (10) and/or a bypass valve (94) to the hydraulic accumulator (82), the hydraulic machine (10) being drivable by an electric motor (8), in particular a servomotor or stepper motor, characterized in that the Hydraulic machine (10) and the electric motor (8) are designed in such a way that they form a freewheel in the emergency driving function.

Hydraulic drive after claim 1 , wherein the hydraulic machine (10) can be used as a hydraulic pump or motor.

Hydraulic drive according to one of Claims 1 or 2 , wherein the electric motor (8) can be used as a generator driven by the hydraulic machine (10).

Hydraulic drive according to one of the preceding claims, in which the cylinder (2) is controlled directly by the hydraulic machine (10).

Hydraulic drive according to one of Claims 1 until 4 , wherein the electric motor (8) is speed-variable.

Hydraulic drive according to one of the preceding claims, in which the cylinder (2) is a single-acting cylinder or a differential cylinder.

Hydraulic drive according to one of the preceding claims, wherein a control valve (70) for opening and closing the pressure medium flow path is arranged in the pressure medium flow path (68, 76) between the hydraulic machine (10) and the cylinder chamber (16).

Hydraulic drive after claim 7 , wherein a valve slide of the control valve (70) is biased into an open position by a spring (78).

Hydraulic drive according to one of the preceding claims, wherein a direct pressure medium connection between the cylinder chamber (16) and the hydraulic accumulator (82) can be opened and closed via the bypass valve (94).

Hydraulic drive after claim 9 , wherein a valve slide of the bypass valve (94) is biased into an open position by a spring (104).