DE102012004265A1

DE102012004265A1 - Vorrichtung zur Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Hauptverbrauchers und mindestens eines hydraulischen Nebenverbrauchers

Info

Publication number: DE102012004265A1
Application number: DE201210004265
Authority: DE
Inventors: Michael Scheidt; Karl Heinrich Altpeter; Martin Basten
Original assignee: Hydac International GmbH
Current assignee: Hydac International GmbH
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2032-03-03
Also published as: DE102012004265B4

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zur Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Hauptverbrauchers (H1, H2) und mindestens eines hydraulischen Nebenverbrauchers (N1, N2), mit mindestens einem Versorgungsanschluss (P) zur Versorgung der Haupt- und Nebenverbraucher (H1-N2) mit Fluid mit einem vorgebbaren Fluiddruck, ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Speichereinrichtung (14) Fluid mit einem jeweils vorgebbaren Speicherdruck speicherbar und von dort zur Ansteuerung mindestens eines Nebenverbrauchers (N1, N2) entnehmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Hauptverbrauchers und mindestens eines hydraulischen Nebenverbrauchers, mit mindestens einem Versorgungsanschluss zur Versorgung der Haupt- und Nebenverbraucher mit Fluid mit einem vorgebbaren Fluiddruck.
Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise als Hydraulikaggregat in einer Baustahlbearbeitungsmaschine eingesetzt sein, die zur Bearbeitung von Baustahl als hydraulischer Hauptverbraucher einen Arbeitszylinder einer Schere und einen Motor eines Kettenbandes aufweisen kann. Mit Hilfe eines oder mehrerer, typischerweise zwei, Kettenbändern wird der zu bearbeitende Baustahl in die Baustahlbearbeitungsmaschine geführt und dort entsprechend gewünschter Längenabschnitte des Baustahls mit Hilfe der Schere durchtrennt. Als hydraulische Nebenverbraucher, wie Klemmungen und Weichen, sind eine Einrichtung zur Auf- und Zubewegung eines typischerweise oberen Kettenbandes sowie ein vor dem Schneidbereich der Schere angeordneter Niederhalter für entsprechende Längenabschnitte des zu bearbeitenden Baustahls zu nennen.
Die Hauptverbraucher benötigen einen Arbeitsdruck bis zu 160 bar, welcher bei bekannten Baustahlbearbeitungsmaschinen mittels einer von einem Asynchronmotor angetriebenen, druckgeregelten Axialkolbenverstellpumpe bereitgestellt wird. Bei den bekannten Lösungen wird der an den hydraulischen Verbrauchern, Haupt- und Nebenverbrauchern, anstehende Fluiddruck konstant auf den Arbeitsdruck von bis zu 160 bar geregelt. Ein Nebenverbraucher kann mitunter lediglich einen Fluiddruck von 30 bar benötigen, weshalb eine derart hohe Druckbeaufschlagung ineffizient ist und darüber hinaus zu einer erhöhten Ölerwärmung führen kann. Des Weiteren kann bei Ansteuerung einer Hauptfunktion, anders ausgedrückt eines Hauptverbrauchers, der Druck im jeweiligen Nebenverbraucher in ungewünschter Weise abnehmen. Des Weiteren kann neben einer vergleichsweisen langsamen Regelung eine starke Geräuschemission beim Betrieb eines derartigen Hydraulikaggregats in einer Baustahlbearbeitungsmaschine auftreten und sich als störend herausstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hydraulische Haupt- und Nebenverbraucher in zuverlässiger und Energie schonender Weise mit dem jeweils erforderlichen Fluiddruck zu beaufschlagen, wobei ungewünschte Regelungseffekte sowie Druckschwankungen vermieden werden sollen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in mindestens einer Speichereinrichtung Fluid mit einem jeweils vorgebbaren Speicherdruck speicherbar und von dort zur Ansteuerung mindestens eines Nebenverbrauchers entnehmbar ist.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zur Ansteuerung des jeweiligen Nebenverbrauchers erforderliche hydraulische Energie in der mindestens einen Speichereinrichtung vorgehalten und bedarfsgerecht dem jeweiligen Nebenverbraucher zugeführt. Auf diese Weise werden Druckschwankungen am Nebenverbraucher durch eine parallele Ansteuerung der Hauptverbraucher vermieden. Des Weiteren wird der jeweilige Nebenverbraucher nicht mehr direkt vom Versorgungsanschluss mit einem an die Hauptverbraucher angepassten hohen Fluiddruck beaufschlagt, sondern der jeweiligen Speichereinrichtung die erforderliche Druckstufe entnommen. Zweckmäßigerweise ist der jeweilige Speicherdruck entsprechend des zur Ansteuerung des oder der von der jeweiligen Speichereinrichtung versorgbaren Nebenverbraucher erforderlichen Fluiddrucks gewählt. Das Aufbringen eines hohen, zur Ansteuerung der Nebenverbraucher in dieser Höhe nicht erforderlichen Fluiddrucks ist in entsprechenden Fluidzweigen entbehrlich, so dass die Vorrichtung mit einem geringeren Energieeinsatz betrieben werden kann. Die Speichereinrichtung ist typischerweise als Hydrospeicher ausgebildet und stellt den jeweiligen Speicherdruck zur Ansteuerung des jeweiligen Nebenverbrauchers bei entsprechender Befüllung unabhängig vom Versorgungsanschluss zur Verfügung, wodurch auch sicherheitstechnisch relevante Nebenfunktionen, wie die Ansteuerung einer beispielsweise mechanischen Sicherheitseinrichtung, sichergestellt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für jeden Nebenverbraucher eine Speichereinrichtung mit einem jeweiligen Speicherdruck vorgesehen. Der Speicherdruck im jeweiligen Speicher bzw. in der jeweiligen Speichereinrichtung wird entsprechend einer Druckstufe zur Ansteuerung des jeweiligen Nebenverbrauchers gewählt, so dass Druckregelventile zur Einstellung dieser Druckstufen entbehrlich sind. Die erfindungsgemäße Anordnung mindestens einer Speichereinrichtung ermöglicht zudem den Wegfall von Druckregelventilen für die hydraulischen Hauptverbraucher, da dieser Druck über den vorn Versorgungsanschluss vorgebbaren Fluiddruck eingestellt werden kann. Verzögerungseffekte und anderweitige ungewünschte Regelungseffekte sind somit umgehbar. Insgesamt ergibt sich ein einfacherer, weniger störungsanfälliger Aufbau der Vorrichtung zur Ansteuerung.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Speichereinrichtung zwischen dem Versorgungsanschluss und dem jeweiligen Nebenverbraucher angeordnet ist. Die jeweilige Speichereinrichtung wird unmittelbar von dem Versorgungsanschluss mit Fluid beaufschlagt und speichert dieses entsprechend eines vorgebbaren Speicherdrucks, vorzugsweise in einer vorgebbaren Druckstufe, und gibt das gespeicherte Fluid bedarfsabhängig zur Ansteuerung des jeweiligen Nebenverbrauchers an diesen ab.
Weiter kann eine mit dem jeweiligen Versorgungsanschluss verbundene Motor-Pumpen-Einheit vorzugsweise mit einer dem mindestens einen Hauptverbraucher zugeordneten Hauptpumpe und einer der mindestens einen Speichereinrichtung zugeordneten Nebenpumpe vorgesehen sein. Bei einer Motor-Pumpen-Einheit mit zwei unabhängigen Pumpen, einer Hauptpumpe und einer Nebenpumpe, kann die jeweilige Speichereinrichtung unabhängig von einer Druckversorgung des jeweiligen Hauptverbrauchers mit Fluid versorgt, anders ausgedrückt befüllt werden. Bei einer Motor-Pumpen-Einheit mit einer gemeinsamen Pumpe für Haupt- und Nebenverbraucher können der mindestens eine Hauptverbraucher und die mindestens eine Speichereinrichtung wechselweise mit dem Versorgungsanschluss verbindbar sein. Auf diese Weise können der jeweilige Hauptverbraucher und die jeweilige Speichereinrichtung abwechselnd zueinander oder miteinander, d. h., parallel mit Fluid vorgebbaren Fluiddruckes beaufschlagt werden.
Besonders bevorzugt ist zwischen der Motor-Pumpen-Einheit und dem mindestens einen Hauptverbraucher und der mindestens einen Speichereinrichtung ein vorzugsweise als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Wegeventil angeordnet. Über das Wegeventil wird wechselweise in einer ersten Schaltstellung der mindestens eine Hauptverbraucher mit dem Versorgungsanschluss und die mindestens eine Speichereinrichtung mit einem Tankanschluss verbunden und in einer zweiten Schaltstellung die mindestens eine Speichereinrichtung mit dem Versorgungsanschluss und der mindestens eine Hauptverbraucher mit dem Tankanschluss verbunden.
Die Erfindung betrifft weiter eine Baustahlbearbeitungsmaschine umfassend mindestens einen hydraulischen Hauptverbraucher, mindestens einen hydraulischen Nebenverbraucher und mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung der Haupt- und Nebenverbraucher. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung kann als handelbare Einheit unabhängig von der Baustahlbearbeitungsmaschine hergestellt, vertrieben und in diese eingesetzt werden. Des Weiteren ist es vorstellbar, Baustahlbearbeitungsmaschinen im Sinne einer Nachrüstung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung auszustatten.
Der mindestens eine hydraulische Hauptverbraucher kann ein Motor eines Kettenbandes zur typischerweise horizontalen Bewegung des zu bearbeitenden Baustahls und/oder ein Arbeitszylinder einer Schere zum Durchschneiden des Baustahls sein. Der mindestens eine hydraulische Nebenverbraucher kann eine Einrichtung zur typischerweise vertikalen Auf- und Zubewegung eines Kettenbandes und/oder ein insbesondere vor dem Schneidbereich einer Schere angeordneter Niederhalter für zu schneidende Längenabschnitte des Baustahls sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:
1 einen ersten Schaltplan für ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Hydrauliksystem;
2 einen zweiten Schaltplan für ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Hydrauliksystem; und
3 einen dritten Schaltplan für ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Hydrauliksystem einer Baustahlbearbeitungsmaschine.
Der Schaltplan aus 1 zeigt, wie eine Vorrichtung 10 zur Ansteuerung eines ersten hydraulischen Hauptverbrauchers H1, eines zweiten hydraulischen Hauptverbrauchers H2, eines ersten hydraulischen Nebenverbrauchers N1 und eines zweiten hydraulischen Nebenverbrauchers N2 zwischen diesen hydraulischen Verbrauchern H1-N2 und einem Versorgungsanschluss P sowie einem Tankanschluss T angeordnet ist. Die hydraulischen Hauptverbraucher H1, H2 sind über einen Hauptzweig h direkt an den Versorgungsanschluss P anschließbar und mittels einer Motor-Pumpen-Einheit 12, welche einen Motor M und eine Pumpe NP umfasst, mit Fluid vorgebbaren Fluiddrucks versorgbar. In einem Nebenzweig n ist zwischen dem Versorgungsanschluss P und den hydraulischen Nebenverbrauchern N1, N2 eine Speichereinrichtung 14 mit einerzugeordneten Speicherladesteuerung S angeordnet.
Die hydraulischen Nebenverbraucher N1, N2 sind indirekt mit Fluid derart beaufschlagbar, dass die als Hydrospeicher ausgebildete Speichereinrichtung 14 mit Fluid vorgebbaren Speicherdrucks beaufschlagt wird und dieses weiter an die Nebenverbraucher N1, N2 führt. Mittels eines als 4/3-Wegeventil ausgebildeten, elektromagnetisch betätigbaren Wegeventils 18 sind wechselweise der Hauptzweig h und der Nebenzweig n mit dem Versorgungsanschluss P und dem Tankanschluss T verbindbar. Im Fluidweg vom Wegeventil 18 zum Tankanschluss T ist weiter ein Filter 16 angeordnet.
Im in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel liegt an den Hauptverbrauchern H1, H2 ein Fluiddruck von beispielsweise 160 bar an. In der Speichereinrichtung 14 herrscht ein Speicherdruck von mindestens 80 bar, welcher über die Speicherladesteuerung S gesteuert zum ersten hydraulischen Nebenverbraucher N1 in einer ersten Druckstufe von 80 bar und zum zweiten hydraulischen Nebenverbraucher N2 mit einer zweiten Druckstufe von 30 bar geführt wird. Die beiden hydraulischen Nebenverbraucher N1, N2 können gemeinsam oder unabhängig voneinander über die Speicherladesteuerung S angesteuert werden mit der jeweiligen Druckstufe. Es ist jedoch auch vorstellbar, zwei Speichereinrichtungen 14 für den jeweiligen hydraulischen Nebenverbraucher N1, N2 mit einem der jeweiligen Druckstufe von 80 bar oder 30 bar entsprechenden Speicherdruck auszubilden.
Das in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 unterschiedet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Motor-Pumpen-Einheit 12 der Vorrichtung 10 eine zusätzliche Pumpe HP aufweist. Die Nebenpumpe NP versorgt vergleichbar der Darstellung von 1 über den Hauptzweig h die hydraulischen Hauptverbraucher H1, H2 und über den Nebenzweig n die mit den hydraulischen Nebenverbrauchern N1, N2 verbundene Speichereinrichtung 14. Zusätzlich zur Nebenpumpe NP ist die Hauptpumpe HP vorgesehen, welche über einen direkten Fluidweg d die hydraulischen Hauptverbraucher H1, H2 mit Fluid vorgebbaren Fluiddrucks versorgt.
Sobald Fluid über die Hauptpumpe HP zu den hydraulischen Hauptverbrauchern H1, H2 gefördert wird, ist ein im Hauptzweig h vorgesehenes Rückschlagventil 20 geschlossen, um einen Druckabfall über das Wegeventil 18 zu verhindern. Unabhängig von einer Betätigung der Hauptpumpe HP kann Fluid mit Hilfe der Nebenpumpe NP zur Speichereinrichtung 14 geführt werden. Der Motor M ist als Servomotor mit variabler Drehzahl ausgebildet. Die Hauptpumpe HP und die Nebenpumpe NP sind jeweils als Konstantpumpen ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der von den hydraulischen Verbrauchern H1-N2 für ihre jeweilige Haupt- oder Nebenfunktion erforderliche Fluid- bzw. Arbeitsdruck über die Motor-Pumpen-Einheit 12 eingestellt bzw. vorgegeben. Vom direkten Fluidweg d abzweigend kann Fluid von den hydraulischen Hauptverbrauchern H1, H2 über einen weiteren Tankanschluss T' zu einem weiteren Reservoir R' geführt werden. In der vom direkten Fluidweg d zum weiteren Tankanschluss T' führenden Fluidweg ist ein schaltbares Ventil 22 angeordnet.
Das in 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass lediglich ein erster hydraulischer Nebenverbraucher N1 vorgesehen ist. Das in 3 gezeigte Hydrauliksystem ist Teil einer Baustahlbearbeitungsmaschine und umfasst als ersten hydraulischen Hauptverbraucher H1 einen Motor 24 mit zwei Stromrichtungen eines Kettenbands. Zur Wahl der jeweiligen Stromrichtung ist ein vorgesteuertes, als 4/3-Wegeventil ausgebildetes, elektromagnetisch betätigbares, federzentriertes Ventil 30.1 vorgesehen. Als zweiter hydraulischer Hauptverbraucher H2 ist ein Arbeitszylinder 26.2 einer Schere vorgesehen, wobei im Arbeitszylinder 26.2 ein Kolben 28.2 bewegbar geführt ist. Zur Ansteuerung der jeweiligen Ein- und Ausfahrseite des Kolbens 28.2 ist ein vorgesteuertes, als 4/3-Wegeventil ausgebildetes, elektrohydraulisch betätigbares, druckzentriertes Ventils 30.2 vorgesehen. Der hydraulische Nebenverbraucher N1 ist eine Einrichtung zur im Wesentlichen vertikalen Auf- und Zubewegung des Kettenbands, wobei der Nebenverbraucher N1 einen Arbeitszylinder 26.1 und einen in dem Arbeitszylinder 26.1 geführten Kolben 28.1 umfasst. Zur Ansteuerung der Ein- und Ausfahrseite des Kolbens 28.1 ist in der Speicherladesteuerung S ein vorgesteuertes, als 4/3-Wegeventil ausgebildetes, elektromagnetisch betätigbares, federzentriertes Ventil 30.3 vorgesehen.

Claims

Vorrichtung (10) zur Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Hauptverbrauchers (H1, H2) und mindestens eines hydraulischen Nebenverbrauchers (N1, N2), mit mindestens einem Versorgungsanschluss (P) zur Versorgung der Haupt- und Nebenverbraucher (H1-N2) mit Fluid mit einem vorgebbaren Fluiddruck, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Speichereinrichtung (14) Fluid mit einem jeweils vorgebbaren Speicherdruck speicherbar und von dort zur Ansteuerung mindestens eines Nebenverbrauchers (N1, N2) entnehmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Speicherdruck entsprechend des zur Ansteuerung des oder der von der jeweiligen Speichereinrichtung (14) versorgbaren Nebenverbraucher (N1, N2) erforderlichen Fluiddruckes gewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Nebenverbraucher (N1, N2) eine Speichereinrichtung (14) mit einem jeweiligen Speicherdruck vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Speichereinrichtung (14) zwischen dem Versorgungsanschluss (P) und dem jeweiligen Nebenverbraucher (N1, N2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem jeweiligen Versorgungsanschluss (P) verbundene Motor-Pumpen-Einheit (12) vorzugsweise mit einer dem mindestens einen Hauptverbraucher (H1, H2) zugeordneten Hauptpumpe (HP) und einer der mindestens einen Speichereinrichtung (14) zugeordneten Nebenpumpe (NP) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hauptverbraucher (H1, H2) und die mindestens eine Speichereinrichtung (14) wechselweise mit dem Versorgungsanschluss (P) verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Wegeventil (18) zwischen der Motor-Pumpen-Einheit (12) und dem mindestens einen Hauptverbraucher (H1, H2) und der mindestens einen Speichereinrichtung (14) angeordnet ist.
Baustahlbearbeitungsmaschine umfassend mindestens einen hydraulischen Hauptverbraucher (H1, H2), mindestens einen hydraulischen Nebenverbraucher (N1, N2) und mindestens eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Ansteuerung der Haupt- und Nebenverbraucher (H1-N2).
Baustahlbearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine hydraulische Hauptverbraucher (H1, H2) ein Motor (24) eines Kettenbandes zur Bewegung des zu bearbeitenden Baustahls und/oder ein Arbeitszylinder (26.1) einer Schere zum Durchschneiden des Baustahls ist.
Baustahlbearbeitungsmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine hydraulische Nebenverbraucher (N1, N2) einen Arbeitszylinder (26.1) einer Einrichtung zur Auf- und Zubewegung eines Kettenbandes und/oder ein insbesondere vor dem Schneidbereich einer Schere angeordneter Niederhalter für zu schneidende Längenabschnitte des Baustahls ist.