DE102011011750A1

DE102011011750A1 - Druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102011011750A1
Application number: DE201110011750
Authority: DE
Inventors: Manfred Mitze
Original assignee: MAE Maschinen und Apparatebau Goetzen GmbH
Current assignee: MAE Maschinen und Apparatebau Goetzen GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-23
Also published as: EP2676036A1; WO2012110259A1; EP2676036B1

Abstract

Eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung (10) für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen, weist zum Einen eine doppelt wirksame, einen Arbeitskolben (21), eine Kolbenstange (22) und einen Zylinderraum (23) umfassende Kolben/Zylinder-Einheit (20) auf. Der reversierend verfahrbare Arbeitskolben (21) unterteilt den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum (23A) und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum (23B) und andererseits in einen die Kolbenstange (22) umgebenden Ringraum (23C), Die Antriebsanordnung umfasst ferner eine den ersten Kolbenraum (23A) mit einem Druckmittel versorgende erste Druckleitung (D1), eine den zweiten Kolbenraum (23B) mit Druckmittel versorgende zweite Druckleitung (D2) sowie eine den Ringraum (23C) mit Druckmittel versorgende dritte Druckleitung (D3). Zumindest eine Pumpenanordnung (30) umfasst eine erste und eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe (32) sowie einen beide Pumpen antreibenden drehzahl- und/oder drehrichtungsvariablen Antrieb (33). Mit der Kolben/Zylinder-Einheit (20) und der Pumpenanordnung (30) ist ein Tank (40) hydraulisch verbunden oder verbindbar, in dem das Druckmittel speicherbar ist. Die erste Pumpe (31) ist einerseits über die zweite Druckleitung (D2) mit dem zweiten Kolbenraum (23B) und andererseits über die dritte Druckleitung (D3) mit dem Ringraum (23C) verbunden oder verbindbar, während die zweite Pumpe (32) über die erste Druckleitung (D1) mit dem ersten Kolbenraum (23A) verbunden oder verbindbar ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15. Demnach ist vorgesehen, dass die druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen, eine doppelt wirksame, einen Arbeitskolben, eine Kolbenstange und einen Zylinderraum umfassende Kolben/Zylinder-Einheit aufweist, in der der reversierend verfahrbare Arbeitskolben den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum und andererseits in einen die Kolbenstange umgebenden Ringraum unterteilt. Eine erste Druckleitung versorgt den ersten Kolbenraum, eine zweite Druckleitung versorgt den zweiten Kolbenraum und eine dritte Druckleitung versorgt den Ringraum mit Druckmittel das von mindestens einer drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbaren Pumpe gefördert wird.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Drehzahlvariable Hydraulikantriebe für große Zylinder werden etwa entsprechend der WO 2010/020427 ausgeführt. Dort sind zwei getrennte Pumpenanordnungen für den Arbeitshub einerseits und den Rückholhub andererseits vorgesehen um großvolumige Druckspeicher einzusparen. Der Hydraulikzylinder kann mit einem zusätzlichen Eilgang-Kolbenraum ausgestattet sein. Die erste Pumpe fördert zunächst ausschließlich in den relativ kleinflächigen Eilgangzylinder. Der Arbeitskolben wird durch ein geöffnetes Füllventil mit drucklosem Hydrauliköl gefüllt. Zum Aufbau einer nennenswerten Presskraft wird das Füllventil geschlossen. Durch Betätigung eines Schaltventils wird nun auch der große Kolbenraum mit der ersten Pumpe verbunden. So kann bei geringer Geschwindigkeit eine hohe Kraft erzeugt werden. Anlagen nach diesem Schaltungskonzept wurden vielfach ausgeführt und bewähren sich in der Praxis.
Nachteilig ist der hohe Bauaufwand für die beiden Motor-Pumpenstationen. Insbesondere bei großen Verbrauchern sind die für den Motorantrieb eingesetzten Umrichtersteuerungen und Netzteile recht kostenintensiv.
Auch die großen Wegeventile zum Umschalten des Pumpenförderstroms vom Eilgangkolben auf die große Kolbenfläche sind kostenintensiv.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist, den erwähnten drehzahlvariablen Antrieb so weiterzuentwickeln, dass nurmehr ein einziger Elektromotor und dem entsprechend auch nur noch ein einziger Umrichter erforderlich ist. Ein weiteres Ziel ist, die Anzahl der schaltbaren Ventile zu reduzieren, um den Bauaufwand und die Instandhaltungskosten zu senken.
Zur Lösung des Problems wird eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Demnach ist bei einer gattungsgemäßen druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung vorgesehen, dass zumindest eine Pumpenanordnung, eine erste drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe sowie einen beide Pumpen gemeinsam antreibenden drehzahl- und/oder drehrichtungsvariablen Antrieb umfasst. In mindestens einem mit der Kolben/Zylinder-Einheit und der Pumpenanordnung hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank ist das Druckmittel speicherbar. Die erste Pumpe ist einerseits über die zweite Druckleitung mit dem zweiten Kolbenraum und andererseits über die dritte Druckleitung mit dem Ringraum und die zweite Pumpe ist über die erste Druckleitung mit dem ersten Kolbenraum verbunden oder verbindbar. Der gemeinsame Antrieb kann ein Elektromotor sein. Dies könnte u. A. ein (permanenterregter) Servomotor ebenso sein wie ein Standard-Asynchronmotor mit entsprechendem 4-Quadranten-Umrichter.
Durch die Erfindung werden gegenüber der in der WO 2010/020427 beschriebenen Lösung u. A. folgende Vorteile erzielt:

– Eine Motor-Umrichter-Kombination entfällt vollständig
– Bei einer Ausführung mit erhöhtem Sicherheitsniveau entfällt auch eine Bremse
– Ein vor dem Arbeitskolben angeordnetes Schaltventil für ein Umleiten des Druckfluids entfällt.
– Die Regelalgorithmen für den Umrichter eines elektrische Antriebsmotor werden einfacher, weil nicht mehr zwei Motor-Pumpen-Kombinationen gegeneinander wirken.
– Die neuen Einheiten können kostengünstig kombiniert werden.

Die erste Pumpe und/oder die zweite Pumpe weist zugunsten eines variableren Betreibens vorzugsweise ein verstellbares Fördervolumen auf, insbesondere wenn eine externe Verstelleinrichtung vorgesehen ist, die auf hydraulische oder elektrische Stellgrößen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter reagieren kann.
Der erste Kolbenraum kann über eine ein Füllventil aufweisende Zuleitung mit dem Tank verbunden oder verbindbar sein um die Befüllung des Arbeitszylinders mit Arbeitsfluid in einer Eilgangphase zu beschleunigen.
Wenn in dem ersten Kolbenraum ein Eilgangkolben angeordnet ist, und das Verhältnis der Eilgangkolbenfläche zu der Ringraumfläche annähernd gleich ist, ist das Betreiben, insbesondere das Steuern der Pumpen vergleichsweise einfach.
Wenn mindestens eine weitere, der ersten Pumpenanordnung entsprechende weitere Pumpenanordnung vorgesehen ist, die in Parallelschaltung auf die Kolben/Zylinder-Einheit gleichsinnig mit der ersten Pumpenanordnung einwirken, können dadurch besonders großvolumige Kolben/Zylinder-Einheiten betrieben werden.
Wenn die erste, die zweite und/oder die dritte Druckleitung schaltventilfrei, insbesondere frei von sicherheitsrelevanten Schaltventilen betreibbar ist oder sind, werden dadurch u. A. Schläge im hydraulischen System verhindert oder vermindert.
Wenn die Pumpenanordnung eine dritte drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe umfasst, die gemeinsam mit den beiden anderen Pumpen von dem gemeinsamen Antrieb antreibbar ist, wobei die drei Druckleitungen je einer der drei Pumpen zugeordnet ist, wird dadurch die Steuerung der Kolben/Zylinder-Einheit, vereinfacht.
Wenn der Arbeitskolben einseitig wirksam ist und von mindestens einer doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit im Eilgang vor- und zurückbewegbar ist und der zweite Kolbenraum sowie der Ringraum in der mindestens einen doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit vorgesehen sind, wird dadurch z. B. das Betreiben noch größerer Arbeitskolben möglich und/oder eine größere bauliche Flexibilität erreicht.
Wenn der zumindest eine Umrichter 35 mit einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Drucksensor und/oder einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Weggeber 36 verbunden oder verbindbar ist, und der zumindest eine Umrichter 35 ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweist, insbesondere Kategorie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO 13849. Durch Kombination mit weiteren Elementen, wie etwa einer von der Pumpenanordnung umfassten Bremse, sind auch höchste Sicherheitsanforderungen (z. B. Kategorie 4 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level e nach ISO 13849) erreichbar.
Die druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für einen Verbraucher, insbesondere für Pressen, wird vorzugsweise derart betrieben,
dass in einer doppelt wirksamen, einen Arbeitskolben, eine Kolbenstange und einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit der Arbeitskolben, der den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum und andererseits in einen die Kolbenstange umgebenden Ringraum unterteilt, reversierend verfahren wird,
dass der erste Kolbenraum über eine erste Druckleitung, der zweite Kolbenraum über eine zweite Druckleitung sowie der Ringraum über eine dritte Druckleitung mit einem Druckmittel versorgt werden,
dass eine erste sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe gemeinsam von einem drehzahl- und/oder drehrichtungsvariablen Antrieb angetrieben werden,
dass das Druckmittel in einem mit der mindestens einen Kolben/Zylinder-Einheit und der Pumpenanordnung hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank gespeichert wird,
dass die erste Pumpe bei einer ersten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs ein Arbeitsfluid unter Ausfahren der Kolbenstange im Eilgang über die zweite Druckleitung in den zweiten Kolbenraum pumpt und über die dritte Druckleitung aus dem Ringraum absaugt und die zweite Pumpe Arbeitsfluid über die erste Druckleitung in den ersten Kolbenraum füllt und
dass die erste Pumpe bei einer zweiten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs unter Zurückholen der Kolbenstange im Eilgang das Arbeitsfluid aus dem zweiten Kolbenraum absaugt und in den Ringraum pumpt während Arbeitsfluid aus dem ersten Kolbenraum in Tank zurückfließt.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
In der Zeichnung zeigen:
1A eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung als Blockschaltbild;
1B eine zu 1A alternative druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung als Blockschaltbild;
2A eine modular aufgebaute druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild;
2B von der modularen Antriebsanordnung nach 2A ein Einzelmodul;
3 eine dritte Ausführung einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild sowie
4 eine vierte Ausführung einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Aus 1A, 1B ist eine doppelt wirksame, einen Arbeitskolben 21, eine Kolbenstange 22 und einen Zylinderraum umfassende Kolben/Zylinder-Einheit 20 ersichtlich, in der der reversierend verfahrbare Arbeitskolben 21 den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum 23A und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden einen sogenannten Eilgangkolben 21A aufnehmenden zweiten Kolbenraum 23B und andererseits in einen die Kolbenstange 22 umgebenden Ringraum 23C unterteilt. Der Eilgangkolben 21A kann, wie dargestellt, in eine zur Kolbenstange entgegengesetzt weisende Richtung, oder (nicht dargestellt) in eine mit der Kolbenstange gleiche Richtung orientiert sein. Die Kolben/Zylinder-Einheit 20 ist an eine den ersten Kolbenraum 23A mit einem Druckmittel versorgende erste Druckleitung D1, eine den zweiten Kolbenraum 23B mit Druckmittel versorgende zweite Druckleitung D2 sowie eine den Ringraum 23C mit Druckmittel versorgende dritte Druckleitung D3 angeschlossen.
Ein einziger, als Servomotor gestalteter Antrieb 33 treibt eine Doppelpumpe in Gestalt von zwei Pumpen 31, 32 auf einer einzigen Antriebswelle 33A an. Beide Pumpen sind vorzugsweise mit einer Einrichtung zum Verstellen ihres Fördervolumens ausgestattet. Die Verstellung kann rein pumpenintern durch eine Regeleinrichtung erfolgen, der die Fördermenge beispielsweise dem aktuellen Druck folgend verändert. Pumpen mit Verstelleinrichtungen dieser Art sind am Markt verfügbar. Alternativ kann, gemäß 1A, eine Verstelleinrichtung 39A, 39B, 39C eingesetzt werden, die auf hydraulische oder elektrische Stellgrößen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter 35, reagieren kann. Damit kann der Pumpen-Förderstrom proportional zu einem Eingangssignal von „Null” bis zum maximalen Förderstrom verstellt werden. Eine solche Verstelleinrichtung wird beispielsweise von der Firma BoschRexroth unter der Bezeichnung „HS4” für die Axialkolbenpumpen der Baureihe A4 hergestellte.
Die dem Servomotor nächstliegende Pumpe 31 ist auf ihrer einen Seite mit dem als Rückholzylinder dienenden Ringraum 23C und auf ihrer anderen Seite mit dem als Eilgang-Kolbenraum dienenden Kolbenraum 23B verbunden. Beide Kolbenflächen F3 und F2 sind annähernd gleich groß. Die zweite Pumpe 32 ist auf ihrer einen Seite mit einem Tank 40, auf der anderen Seite mit dem als Arbeitszylinder dienenden Kolbenraum 23A fluidisch verbunden. Zudem ist der Kolbenraum 23A mit einem Füllventil 34 ausgestattet. Der an der Kolbenstange 22 installierte Weggeber 36 meldet die aktuelle Kolbenposition an einen den Antrieb 33 mit elektrischer Spannung versorgenden Umrichter 35.
Der zumindest eine Umrichter 35 kann mit einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Drucksensor und/oder einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Weggeber 36 verbunden oder verbindbar sein und/oder ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweisen, insbesondere Kategorie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO 13849. Durch Kombination mit weiteren Elementen, wie etwa einer von der Pumpenanordnung umfassten Bremse, sind auch höchste Sicherheitsanforderungen (z. B. Kategorie 4 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level e nach ISO 13849) erreichbar.
Zum Ausfahren der an dem Arbeitskolben 21 vorgesehenen Kolbenstange 22 mit Eilganggeschwindigkeit fördert bei Drehung des Servomotors M die Pumpe 31 Öl in den Kolbenraum 23B des vergleichsweise kleinflächigen Eilgangkolbens 21A. Zeitgleich saugt die Pumpe Öl aus der Ringraum 23C. Das Füllventil 34 ist geöffnet, so dass der zur Füllung des als Arbeitszylinders dienenden Kolbenraums 23A erforderliche Ölstrom aus dem Tank 40 nachgesaugt werden kann. Die zweite Pumpe 32 wird durch die gemeinsame Welle 33A zur Pumpe 31 durch den Servomotor M mit derselben Drehzahl wie die Pumpe 31 angetrieben. Der Förderstrom wird über die Verstelleinrichtung vorzugsweise auf das Maximum eingestellt, sodass der Pumpenförderstrom denjenigen durch das Füllventil ergänzt.
Zum Umschalten auf Arbeitsgeschwindigkeit wird das Füllventil 34 geschlossen, die Pumpe 32 füllt den großen (ersten) Kolbenraum 23A nun allein. Das Fördervolumen der Pumpe 31 wird dabei zurückgenommen, wahlweise druckabhängig oder mit Hilfe einer aktiven, vorzugsweise über den Umrichter 35 angesteuerten Verstellvorrichtung auf einen vorgebbaren Wert, etwa entsprechend dem Flächenverhältnis der beiden Kolbenflächen F1 und F2. Ist beispielsweise F1 zehnfach größer als F2, so wird der Förderstrom auf etwa 1/10 des bei der Eilgangfahrt geförderten Volumenstroms reduziert.
Der Positioniervorgang erfolgt in gewohnter Weise durch Anhalten des Servomotors M.
Zum Dekomprimieren wird die Drehrichtung des Servomotors umgekehrt. Das unter Druck stehende Öl treibt den Servomotor an, der nun als Generator wirkt. Die entstehende elektrische Energie wird dem Zwischenkreis des Umrichters zugeführt und kann wahlweise auch ins elektrische Netz zurückgespeist werden. Das Verfahren entspricht prinzipiell dem in der WO 2010/020427 beschriebenen. Verfahren.
Für die Aufwärtsfahrt wird das Füllventil 34 geöffnet, die reversierte Pumpe 31 fördert nun in den (unteren) Ringraum 23C der Kolben/Zylinder-Einheit 20, so dass die Kolbenstange 22 mit Eilganggeschwindigkeit einfährt. Zudem saugt die Pumpe 31 das Öl aus dem Eilgangkolbenraum 23B. Die Pumpe 32 ist wird vorzugsweise mit vollem Förderstrom betrieben, um das Füllverntil zu unterstützen.
Sowohl Pumpen wie auch Motoren und Umrichter sind in ihrer real verfügbaren Nenngröße beschränkt. Für große Zylinder ist dies unter Umständen nicht ausreichend. In solchen Fällen können zwei oder mehrere der Antriebe zu einer Einheit zusammengefasst und vorzugsweise die beiden Motoren nach dem System Master-Slave im Gleichlauf betrieben werden. 2 zeigt exemplarisch ein Doppelmodul. Somit können unabhängig von der Anlagengröße immer gleiche Komponenten benutzt werden, was Inbetriebnahme und Ersatzteilvorhaltung vereinfacht.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel nach 3 zeigt die Verwendung einer Dreifachpumpe. Die drei Pumpen 31, 32, 43 werden über die gemeinsame Antriebswelle 33A vom Antrieb 33 gemeinsam angetrieben und sind einerseits mit dem Tank 40 und andererseits mit je einer der Druckleitungen D1, D2 bzw. D3 verbunden und versorgen mithin separat die ersten und zweiten Kolbenräume 23A, 23B bzw. den Ringraum 23C in dem gleichen Betätigungssinn wie weiter oben zu 1 bis 3 beschrieben. Dies erlaubt mehr Flexibilität bei der Pressenkonstruktion. Auch steigt die Anzahl verwendbarer Pumpen, weil auch Ausführungen verwendet werden können, die nicht an beiden Anschlüssen Druck aufbauen können. Die Kolbenflächen F2 und F3 können dann auch recht verschieden von einander sein.
Bei dem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel nach 4 ist der Arbeitskolben 21 einseitig wirksam und von mindestens einem (in der Zeichnung zwei) doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheiten 24A, 24B über ein Brückenglied 25 im Eilgang vor- und zurückbewegbar. Der zweite Kolbenraum 23B sowie der Ringraum 23C sind in den doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheiten 24A, 24B vorgesehen. Damit können extrem großflächige Arbeitskolben 21 von einem einzigen oder einigen wenigen Antriebsmodulen mit jeweils nur einem Antrieb 33 betätigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsanordnung
20: Kolben/Zylinder-Einheit
21: Arbeitskolben
21A: Eilgangkolben
22: Kolbenstange
23A: erster Kolbenraum
23B: zweiter Kolbenraum
23C: Ringraum
24A: Kolben/Zylinder-Hilfseinheit
24B: Kolben/Zylinder-Hilfseinheit
25: Brückenglied
30: Pumpenanordnung
30A: Pumpenanordnung
30B: Pumpenanordnung
31: erste Pumpe
31A, B: erste Pumpe
32: zweite Pumpe
32A, B: zweite Pumpe
33: Antrieb
33', 33'': Antrieb
33A: Antriebswelle
34: Füllventil
35: Umrichter
35A, B: Umrichter
36: Weggeber
36A, B: Weggeber
37: Getriebe
37A, B: Getriebe
38: Bremse
39A: Verstelleinrichtung
39B: Verstelleinrichtung
39C: Verstelleinrichtung
39D: Verstelleinrichtung
40: Tank
43: dritte Pumpe
D1: erste Druckleitung
D1A, B: erste Druckleitung
D2: zweite Druckleitung
D2A, B: zweite Druckleitung
D3: dritte Druckleitung
D3A, B: dritte Druckleitung
F2: Eilgangkolbenfläche
F1: Arbeitskolbenfläche
F3: Ringraumfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/020427 [0002, 0007, 0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Richtlinie DIN EN 954-1 [0015]
ISO 13849 [0015]
Richtlinie DIN EN 954-1 [0015]
ISO 13849 [0015]
Richtlinie DIN EN 954-1 [0029]
ISO 13849 [0029]
Richtlinie DIN EN 954-1 [0029]
ISO 13849 [0029]

Claims

Druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung (10) für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen, mit einer doppelt wirksamen, einen Arbeitskolben (21), eine Kolbenstange (22) und einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit (20), in der der reversierend verfahrbare Arbeitskolben (21) den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum (23A) und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum (23B) und andererseits in einen die Kolbenstange (22) umgebenden Ringraum (23C) unterteilt, mit einer den ersten Kolbenraum (23A) mit einem Druckmittel versorgenden ersten Druckleitung (D1), einer den zweiten Kolbenraum (236) mit Druckmittel versorgenden zweiten Druckleitung (D2) sowie einer den Ringraum (23C) mit Druckmittel versorgenden dritten Druckleitung (D3), mit zumindest einer Pumpenanordnung (30), welche eine erste drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe (31) sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe (32) sowie einen beide Pumpen gemeinsam antreibenden drehzahl- und/oder drehrichtungsvariablen Antrieb (33), umfasst und mit mindestens einem mit der Kolben/Zylinder-Einheit (20) und der Pumpenanordnung (30), hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank (40), in dem das Druckmittel speicherbar ist, bei der die erste Pumpe (31) einerseits über die zweite Druckleitung (D2) mit dem zweiten Kolbenraum (23B) und andererseits über die dritte Druckleitung (D3) mit dem Ringraum (23C) und die zweite Pumpe (32) über die erste Druckleitung (D1) mit dem ersten Kolbenraum (23A) verbunden oder verbindbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (31) und/oder die zweite Pumpe (32) ein verstellbares Fördervolumen aufweist, insbesondere wenn eine externe Verstelleinrichtung (39A, 39B, 39C) vorgesehen ist, die auf hydraulische oder elektrische Stellgrößen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter (35), reagieren kann..
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenraum (23A) über eine ein Füllventil (34) aufweisende Zuleitung mit einem Tank, insbesondere mit dem Tank (40) verbunden oder verbindbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Umrichter (35) gestaltete Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebs (33) und/oder der Fördervolumina der ersten und/oder zweiten Pumpe (31, 32) und/oder des Fülventils (34) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, der zumindest eine Umrichter (35) mit einem dem Arbeitskolben (21) zugeordneten Druck sensor und/oder einem dem Arbeitskolben (21) zugeordneten Weggeber (36) verbunden oder verbindbar ist, und der zumindest eine Umrichter (35) ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweist, insbesondere Kategorie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO 13849.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kolbenraum (23A) ein Eilgangkolben (21A) angeordnet ist, wobei das Verhältnis der Eilgangkolbenfläche (F2) zu der Arbeitskolbenfläche (F1) und/oder zu der Ringraumfläche (F3) vorzugsweise kleiner oder gleich 1 ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb (33) der Pumpenanordnung (30) eine Antriebswelle (33A) zugeordnet ist, über die die erste Pumpe (31) und die zweite Pumpe (32) gemeinsam antreibbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere, der ersten Pumpenanordnung (30) entsprechende Pumpenanordnung (30A, 30B, ...) vorgesehen ist, die in Parallelschaltung auf die Kolben/Zylinder-Einheit (20) gleichsinnig mit der ersten Pumpenanordnung (30) einwirken.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb (33) zumindest ein mechanisches Getriebe (37) für die Drehmomentübertragung auf zumindest eine der Pumpen (31, 32) zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (D1), die zweite (D2) und/oder die dritte (D3) Druckleitung schaltventilfrei, insbesondere frei von sicherheitsrelevanten Schaltventilen betreibbar ist oder sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (D1), die zweite (D2) und/oder die dritte (D3) Druckleitung über Rückschlagventile mit dem Tank (40) verbindbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung (30) eine Bremse (38) umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung (30) eine dritte drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe (43) umfasst, die gemeinsam mit den beiden anderen Pumpen (31, 32) von dem Antrieb (33) antreibbar ist, wobei die drei Druckleitungen (D1, D2, D3) je einer der drei Pumpen (31, 32, 43) zugeordnet ist,
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (21) einseitig wirksam ist und von mindestens einer doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit (24A, 24B, ...) im Eilgang vor- und zurückbewegbar ist und der zweite Kolbenraum (23B) sowie der Ringraum (23C) in der mindestens einen doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit (24A, 24B, ...) vorgesehen sind.
Verfahren zum Betreiben einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung für einen Verbraucher, insbesondere für Pressen, bei dem in einer doppelt wirksamen, einen Arbeitskolben (21), eine Kolbenstange (22) und einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit (20) der Arbeitskolben (21), der den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum (23A) und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum (23B) und andererseits in einen die Kolbenstange (22) umgebenden Ringraum (23C) unterteilt, reversierend verfahren wird, bei dem der erste Kolbenraum (23A) über eine erste Druckleitung (D1), der zweite Kolbenraum (23B) über eine zweite Druckleitung (D2) sowie der Ringraum (23C) über eine dritte Druckleitung (D3) mit einem Druckmittel versorgt werden, bei dem eine erste sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe (31 und 32) gemeinsam von einem drehzahl- und/oder drehrichtungsvariablen Antrieb (33) angetrieben werden und bei dem das Druckmittel in einem mit der mindestens einen Kolben/Zylinder-Einheit (20) und der Pumpenanordnung (30) hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank (40) gespeichert wird, und bei dem die erste Pumpe (31) bei einer ersten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs (33) ein Arbeitsfluid unter Ausfahren der Kolbenstange (22) im Eilgang über die zweite Druckleitung (D2) in den zweiten Kolbenraum (23B) pumpt und über die dritte Druckleitung (D3) aus dem Ringraum (23C) absaugt und die zweite Pumpe (32) Arbeitsfluid über die erste Druckleitung (D1) in den ersten Kolbenraum (23A) füllt und bei dem die erste Pumpe (31) bei einer zweiten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs (33) unter Zurückholen der Kolbenstange (22) im Eilgang das Arbeitsfluid aus dem zweiten Kolbenraum (23B) absaugt und in den Ringraum (23C) pumpt während Arbeitsfluid aus dem ersten Kolbenraum (23A) in Tank (40) zurückfließt.