DE102013221410A1 - Drive unit and high-speed machine with such a drive unit - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein drehzahlvariabler Hydraulikantrieb für schnell laufende Maschinen, wie beispielsweise Stanzmaschinen. Dieser hat einen Torque-Synchron-Elektro-Motor und eine Radialkolbenmaschine. Der Elektromotor weist hierbei ein hohes Drehmoment auf. Zusätzlich hat die Radialkolbenmaschine eine geringe Masse und eine hohe Förderleistung.Disclosed is a variable speed hydraulic drive for high speed machines, such as punching machines. This has a torque synchronous electric motor and a radial piston machine. The electric motor in this case has a high torque. In addition, the radial piston machine has a low mass and a high flow rate.
Description
Die Erfindung geht aus von Antriebseinheit gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einer schnell laufenden Maschine mit einer derartigen Antriebseinheit.The invention relates to drive unit according to the features of the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind schnell laufende Maschinen in Form von Stanzmaschinen oder Nibbelmaschinen bekannt, die mit drehzahlvariablen Hydropumpen angetrieben werden. Die hierfür eingesetzte Hydropumpe ist hierbei beispielsweise als schnell laufende Kolben- oder Zahnradpumpe ausgestaltet. Eingesetzt wird die Hydropumpe zur Druckmittelversorgung eines hydraulischen Verbrauchers der schnell laufenden Maschine, wie beispielsweise eines Hydrozylinders. Zur Steuerung des hydraulischen Verbrauchers ist üblicherweise eine Drosselsteuerung mit Drosselventilen vorgesehen. Nachteilig bei derartigen Maschinen ist der hohe vorrichtungstechnische Aufwand der Drosselsteuerung. From the state of the art, high-speed machines in the form of punching machines or nibbling machines are known, which are driven by variable-speed hydraulic pumps. The hydraulic pump used for this purpose is designed, for example, as a high-speed piston or gear pump. The hydraulic pump is used to supply pressure to a hydraulic consumer of the high-speed machine, such as a hydraulic cylinder. For controlling the hydraulic consumer, usually a throttle control with throttle valves is provided. The disadvantage of such machines is the high device complexity of the throttle control.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltete Antriebseinheit für eine schnell laufende Maschinen zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltete schnell laufende Maschine mit einer derartigen Antriebseinheit zu schaffen.In contrast, the invention has for its object to provide a device technology simply designed drive unit for a high-speed machines. A further object of the invention is to provide a device-type simply configured high-speed machine with such a drive unit.
Die Aufgabe hinsichtlich der Antriebeinheit wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der schnell laufenden Maschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.The object with regard to the drive unit is achieved according to the features of
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.
Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinheit mit einem drehzahlvariabel angesteuerten Elektromotor vorgesehen. Dieser ist mit einer hydraulischen Radialkolbenmaschine verbunden, womit diese über den Elektromotor antreibbar ist. Die Radialkolbenmaschine ist hierbei zum Steuern eines hydraulischen Verbrauchers, insbesondere einer schnell laufenden Maschine, eingesetzt. Vorteilhafterweise hat der Elektromotor ein hohes Drehmoment. Zusätzlich ist vorgesehen, dass die Radialkolbenmaschine eine geringe drehbare Masse und eine hohe Förderleistung aufweist. Bei der Antriebseinheit sind somit ein drehzahlvariabel angesteuerter Elektromotor mit hohem Drehmoment und eine Radialkolbenmaschine mit geringer Masse und hoher Förderleistung miteinander kombiniert, um damit einen hydraulischen Verbraucher zu steuern. According to the invention, a drive unit is provided with a variable speed controlled electric motor. This is connected to a hydraulic radial piston machine, so that it can be driven by the electric motor. The radial piston machine is used here for controlling a hydraulic consumer, in particular a high-speed machine. Advantageously, the electric motor has a high torque. In addition, it is provided that the radial piston machine has a low rotatable mass and a high flow rate. In the drive unit thus a variable speed controlled electric motor with high torque and a radial piston machine with low mass and high flow rate are combined to control a hydraulic consumer.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass sich durch die geringen bewegten Massen des Elektromotors und der Radialkolbenmaschine sowie die hohe Förderleistung eine hohe Dynamik für einen von der Antriebseinheit angetriebenen hydraulischen Antrieb ergibt. Ist als hydraulischer Antrieb beispielsweise ein Hydrozylinder für eine Stanzmaschine vorgesehen, so können mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit Pendelbewegungen des Hydrozylinders im Zentimeterbereich zwischen 10 bis 15 ms Zykluszeit dargestellt werden. Es ist somit eine hoch dynamische und robuste drehzahlvariable Antriebseinheit als Antrieb für einen Hydrozylinder geschaffen. Bisherige aus dem Stand der Technik bekannte Ansätze, Stanzoder Nibbelmaschinen pumpengeregelt auszuführen, scheiterten bisher an der Dynamik und der Lebensdauer oder Haltbarkeit der hierfür eingesetzten Hydromaschinen. So konnte bisher keine ausreichende Dynamik aufgrund hoher Trägheitsmassen der Hydromaschine erreicht werden. Wurde als Hydromaschine eine herkömmliche Zahnradpumpe eingesetzt, so mangelte es an der Lebensdauer sowie der mangelnden Haltbarkeit der Zahnradpumpe aufgrund ihrer Gleitlagerung. Wurde als Hydromaschine beispielsweise eine herkömmliche Kolbenpumpe eingesetzt, so hatte diese ein äußerst geringes Drehzahländerungsvermögen. Durch die erfindungsgemäß Antriebseinheit ist somit eine Pumpenregelung von schnell laufenden Maschinen auf einfache Weise ermöglicht. Eine Drosselsteuerung mit Drosselventilen ist somit nicht mehr notwendig, womit ein vorrichtungstechnischer Aufwand sinkt. Durch die fehlende Drosselsteuerung ist auch eine Energieeffizienz verbessert. Gegenüber elektromechanischen Lösungen, beispielsweise Spindeln, weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit vergleichsweise geringe Kosten und eine hohe Haltbarkeit auf. Somit hat die erfindungsgemäße Antriebseinheit insgesamt eine hohe Energieeffizienz, eine hohe Dynamik und eine hohe Robustheit. This solution has the advantage that results in high dynamics for a driven by the drive unit hydraulic drive by the low moving masses of the electric motor and the radial piston machine and the high flow rate. If, for example, a hydraulic cylinder is provided for a punching machine as the hydraulic drive, oscillating movements of the hydraulic cylinder in the centimeter range between 10 to 15 ms cycle time can be represented with the drive unit according to the invention. It is thus created a highly dynamic and robust variable speed drive unit as a drive for a hydraulic cylinder. Previous known from the prior art approaches to perform punching or nibbling pump controlled failed so far on the dynamics and the life or durability of the hydraulic machines used for this purpose. So far, no sufficient dynamics due to high inertial masses of the hydraulic machine could be achieved. When a conventional gear pump was used as a hydraulic machine, there was a shortage in the life and lack of durability of the gear pump due to its sliding bearing. For example, when a conventional piston pump was used as a hydraulic machine, it had an extremely low speed change capability. By the drive unit according to the invention thus a pump control of high-speed machines is made possible in a simple manner. A throttle control with throttle valves is thus no longer necessary, which reduces a device-technical effort. The lack of throttle control also improves energy efficiency. Compared to electromechanical solutions, such as spindles, the drive unit according to the invention has comparatively low costs and high durability. Thus, the drive unit according to the invention has a total of high energy efficiency, high dynamics and high robustness.
Mit Vorteil ist als Elektromotor ein, insbesondere langsam laufender, Torque-Motor vorgesehen. (Es kann sich beispielsweise um den Torque-Motor mit der Bezeichnung Rexroth MRT handeln.)Advantageously, an electric motor, in particular slow-running, torque motor is provided. (It may be, for example, the Torque motor called the Rexroth MRT.)
Als Radialkolbenmaschine kann ein High-Torque-Hydraulikmotor vorgesehen sein.(Hierbei handelt es sich beispielsweise um den Motor mit der Bezeichnung Hägglunds CA).As a radial piston machine may be provided a high-torque hydraulic motor. (This is, for example, the engine with the name Hägglunds CA).
Eine Förderleistung der Radialkolbenmaschine beträgt vorzugsweise zwischen 1 bis 5 Liter pro Umdrehung. Denkbar wäre auch eine Förderleistung zwischen 3 bis 5 Liter pro Umderehung.A delivery rate of the radial piston machine is preferably between 1 to 5 liters per revolution. It would also be conceivable to have a delivery rate of between 3 and 5 liters per change.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind ein Durchmesser des Elektromotors und ein Durchmesser der Radialkolbenmaschine derart ähnlich, dass eine kompakte Einheit gebildet ist. Vorzugsweise sind die Durchmesser im Wesentlichen gleich. In a further embodiment of the invention, a diameter of the electric motor and a diameter of the radial piston machine are so similar that a compact unit is formed. Preferably, the diameters are substantially the same.
Zur Erhöhung einer Kompaktheit kann ein Hubring der Radialkolbenmaschine einen integralen Bestandteil eines Maschinengehäuses, insbesondere eines Gussgehäuses, der Radialkolbenmaschine bilden. To increase compactness, a cam ring of the radial piston machine can be an integral one Part of a machine housing, in particular a cast housing, the radial piston machine form.
Vorzugsweise hat die Radialkolbenmaschine eine große Anzahl von Kolben, die in einem Rotor vorgesehen sind. Beispielsweise können etwa oder genau 16 Kolben vorgesehen sein. Zusätzlich ist vorteilhaft, wenn die Kolben jeweils einen vergleichsweise kurzen Hub aufweisen. Des Weiteren können Nocken eines dem Rotor zugeordneten Hubrings der Radialkolbenmaschine vergleichsweise kleine Krümmungsradien aufweisen, womit ein steiler Hubring geschaffen ist. Diese Maßnahmen führen dazu, dass eine gute Raumausnutzung und damit ein hohes Fördervolumen in kompakter Einheit erfolgt. Ein Bauraum der Radialkolbenmaschine ist somit derart ausgenutzt, dass diese ein möglichst hohes Fördervolumen aufweist und zugleich möglichst kompakt ausgestaltet ist. Dem hohen Fördervolumen steht vorteilhafterweise ein vergleichsweise leichter Rotor gegenüber. Preferably, the radial piston engine has a large number of pistons provided in a rotor. For example, about or exactly 16 pistons may be provided. In addition, it is advantageous if the pistons each have a comparatively short stroke. Furthermore, cams of a rotor associated with the cam ring of the radial piston machine may have relatively small radii of curvature, whereby a steep cam ring is provided. These measures mean that a good utilization of space and thus a high delivery volume takes place in a compact unit. An installation space of the radial piston machine is thus utilized in such a way that it has the highest possible delivery volume and at the same time is made as compact as possible. The high delivery volume is advantageously compared to a comparatively lightweight rotor.
Mit Vorteil ist eine Saugseite der Radialkolbenmaschine vorgespannt. Alternativ oder zusätzlich kann die Radialkolbenmaschine in einem vorgespannten geschlossenen Kreis angeordnet sein. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass Rückstellfedern für die Kolben der Radialkolbenmaschine eingespart werden können, womit ein Gewicht der Radialkolbenmaschine beziehungsweise eine drehende Masse der Radialkolbenmaschine weiter sinkt. Dies wiederum führt zu einer höheren Dynamik der Radialkolbenmaschine. Durch die Vorspannung kann des Weiteren Kavitation vermieden werden. Advantageously, a suction side of the radial piston machine is biased. Alternatively or additionally, the radial piston machine may be arranged in a prestressed closed circuit. This advantageously leads to the fact that restoring springs for the pistons of the radial piston machine can be saved, whereby a weight of the radial piston machine or a rotating mass of the radial piston machine decreases further. This in turn leads to a higher dynamics of the radial piston machine. Due to the bias, further cavitation can be avoided.
Ein Bemessungsdrehmoment des Torque-Motors liegt vorzugsweise zwischen 280 und 570 Nm. Ein Maximaldrehmoment des Torque-Motors kann etwa zwischen 620 und 1250 Nm liegen. Denkbär wäre auch, dass dies deutlich größer ausfällt und beispielsweise etwa 4000 Nm beträgt.A rated torque of the torque motor is preferably between 280 and 570 Nm. A maximum torque of the torque motor may be approximately between 620 and 1250 Nm. Denkbär would also be that this is significantly larger and, for example, about 4000 Nm.
Erfindungsgemäß ist eine schnell laufende Maschine, insbesondere eine Stanzmaschine oder Nibbelachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit vorgesehen. Mit Vorteil kann die Maschine vorzugsweise mehr als 400 Hübe pro Minute bei einer Kraft von mehr als 100 kN ausführen. Denkbar wäre auch, dass die Maschine etwa 900 Hübe pro Minute bei einer Kraft von etwa 300 kN ausführt. Vorzugsweise hat die schnell laufende Maschine einen Hydrozylinder, der von der Antriebseinheit angetrieben ist. Bei dem Hydrozylinder handelt es sich beispielsweise um einen Stanzzylinder. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit bei einer schnell laufenden Maschine ist somit äußerst vorteilhaft, da beispielsweise eine Drosselsteuerung entfallen kann. According to the invention, a high-speed machine, in particular a punching machine or Nibbelachse with a drive unit according to the invention is provided. Advantageously, the machine may preferably perform more than 400 strokes per minute at a force greater than 100 kN. It is also conceivable that the machine performs about 900 strokes per minute at a force of about 300 kN. Preferably, the high-speed machine has a hydraulic cylinder driven by the drive unit. The hydraulic cylinder is, for example, a punching cylinder. The use of the drive unit according to the invention in a high-speed machine is thus extremely advantageous since, for example, a throttle control can be dispensed with.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, a preferred embodiment will be explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Gemäß den
Die Radialkolbenpumpe
Gemäß
Gemäß
Angetrieben ist die Radialkolbenpumpe
Offenbart ist ein drehzahlvariabler Hydraulikantrieb für schnell laufende Maschinen, wie beispielsweise Stanzmaschinen. Dieser hat einen Torque-Synchron-Elektro-Motor und eine Radialkolbenmaschine, beispielsweise einen Hägglunds-Motor CAsmall. Der Elektromotor weist hierbei ein hohes Drehmoment auf. Zusätzlich hat die Radialkolbenmaschine eine geringe Masse und eine hohe Förderleistung. Disclosed is a variable speed hydraulic drive for high speed machines, such as punching machines. This has a torque synchronous electric motor and a radial piston machine, for example a Hägglunds motor CAsmall. The electric motor in this case has a high torque. In addition, the radial piston machine has a low mass and a high flow rate.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Radialkolbenpumpe Radial piston pump
- 22
- Torque-Motor Torque motor
- 44
- Stanzmaschine mit Hydrozylinder Punching machine with hydraulic cylinder
- 66
- Zulaufanschluss inflow connection
- 88th
- Ablaufanschluss drain connection
- 1010
- Leckageanschluss leakage connection
- 1212
- Gussgehäuse cast housing
- 1414
- Hubring lifting ring
- 1616
- Rahmen frame
- 1818
- Rotor rotor
- 2020
- Rotor rotor
- 2222
- Rotor rotor
- 2424
- Rotor rotor
- 2626
- Triebwelle drive shaft
- 2828
- Kolben piston
- 3030
- Nocken cam
- 3232
- Stator stator
- 3434
- Rotor rotor
Claims (11)
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R003 | Refusal decision now final |