DE102015110768A1

DE102015110768A1 - Ölhydraulische Strangpresse sowie Verfahren zum Betrieb einer derartigen Strangpresse

Info

Publication number: DE102015110768A1
Application number: DE102015110768.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Zensen
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-01-05
Also published as: CN107850093B; US11358359B2; EP3317545A1; WO2017005245A1; JP2018523066A; DE112016003034A5; CN107850093A; US20180187702A1; KR20180022768A; JP7142436B2

Abstract

Eine mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbare, hydraulische Maschineneinheit, bei welcher über ein Pumpen-Kolbenspeicher-System Arbeitsmedium wahlweise einem Hauptzylinder und wenigstens einem Vortriebzylinder aufgegeben wird, wobei zumindest für einen Arbeitshub über ein Pumpensystem des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems Arbeitsmedium in ein Kolbenspeicher des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems bereitgestellt und dann zumindest für den Arbeitshub zumindest der Hauptzylinder mit einem Arbeitsdruck aus dem Kolbenspeicher beaufschlagt werden und wobei zumindest für einen Rückhub der wenigstens eine Vortriebzylinder mit einem Rückhubdruck aus dem Pumpen-Kolbenspeicher-System beaufschlagt wird, kann baulich einfach ausgestaltet werden, wenn bei reduzierten Arbeitskräften der Arbeitsdruck gegenüber dem im Kolbenspeicher befindlichen Kolbenspeicherdruck reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbare, hydraulische Maschineneinheit umfassend einen Hauptzylinder, in welchem ein Hauptkolben angeordnet ist, wenigstens einen Vortriebzylinder, dessen Vortriebkolben mit dem Hauptkolben wirkverbunden ist, und ein Pumpen-Kolbenspeicher-System, welches ein Pumpensystem und einen mit dem Pumpensystem verbundenen Kolbenspeicher aufweist, als hydraulischen Antrieb für den Hauptzylinder und den wenigstens einen Vortriebzylinder. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbaren, hydraulischen Maschineneinheit, bei welchem über ein Pumpen-Kolbenspeicher-System Arbeitsmedium wahlweise einem Hauptzylinder und wenigstens einem Vortriebzylinder aufgegeben wird, wobei zumindest für einen Arbeitshub über ein Pumpensystem des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems Arbeitsmedium in einem Kolbenspeicher des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems bereitgestellt und dann zumindest für den Arbeitshub zumindest der Hauptzylinder mit einem Arbeitsdruck aus dem Kolbenspeicher beaufschlagt werden und wobei zumindest für einen Rückhub der wenigstens eine Vortriebzylinder mit einem Rückhubdruck aus dem Pumpen-Kolbenspeicher-System beaufschlagt wird.
Beispielsweise werden zum Betreiben einer hydraulischen Strangpresse als derartige hydraulische Maschineneinheit mit verschiedenen als Presskräfte bezeichneten Arbeitskräften der oder die Vortriebzylinder auch bei einem Arbeitshub in Rückhubrichtung auf ihren Ringkolben mit dem Arbeitsdruck, der an sich auf den Hauptkolben wirkt, belastet. Auf diese Weise können die Arbeitskräfte entsprechend der Flächenverhältnisse zwischen den Ringflächen der Vortriebzylinder und der Hauptkolbenkolbenfläche reduziert werden. Für eine maximale Arbeitskraft können ergänzend auch die Kolbenflächen des Vortriebzylinders oder der Vortriebzylinder mit dem Arbeitsdruck belastet werden. Weitere Arbeitskraftstufen lassen sich durch weitere Vortriebzylinder, insbesondere aus Gründen der Symmetrie und zur Vermeidung von Kippmomenten durch jeweils weitere Vortriebzylinderpaare, erzielen, welche ergänzend vorgesehen sind und wahlweise dementsprechend betrieben werden können.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, gattungsgemäße Maschineneinheiten sowie gattungsgemäße Betriebsverfahren baulich einfach mit variablen Arbeitskräften auszugestalten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch hydraulische Maschineneinheiten sowie durch Verfahren zum Betrieb derartiger Maschineneinheiten mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
So baut eine mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbare, hydraulische Maschineneinheit umfassend einen Hauptzylinder, in welchem ein Hauptkolben angeordnet ist, wenigstens einen Vortriebzylinder, dessen Vortriebkolben mit dem Hauptkolben wirkverbunden ist, und ein Pumpen-Kolbenspeicher-System, welches ein Pumpensystem und einen mit dem Pumpensystem verbundenen Kolbenspeicher aufweist, als hydraulischen Antrieb für den Hauptzylinder und den wenigstens einen Vortriebzylinder verhältnismäßig einfach, wenn die Maschineneinheit sich dadurch auszeichnet, dass der Kolbenspeicher über ein ein proportionales Druckreduzierventil umfassendes Arbeitshubsteuerventil hydraulisch mit dem Hauptzylinder verbunden ist.
Ebenso ist es möglich eine entsprechende Maschineneinheit baulich einfach auszugestalten, wenn diese durch ein Verfahren zum Betrieb einer mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbaren, hydraulischen Maschineneinheit, bei welchem über ein Pumpen-Kolbenspeicher-System Arbeitsmedium wahlweise einem Hauptzylinder und wenigstens einem Vortriebzylinder aufgegeben wird, wobei zumindest für einen Arbeitshub über ein Pumpensystem des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems Arbeitsmedium in ein Kolbenspeicher des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems bereitgestellt und dann zumindest für den Arbeitshub zumindest der Hauptzylinder mit einem Arbeitsdruck aus dem Kolbenspeicher beaufschlagt werden und wobei zumindest für einen Rückhub der wenigstens eine Vortriebzylinder mit einem Rückhubdruck aus dem Pumpen-Kolbenspeicher-System beaufschlagt wird, betrieben wird, welches sich dadurch auszeichnet, dass bei reduzierten Arbeitskräften der Arbeitsdruck gegenüber dem im Kolbenspeicher befindlichen Kolbenspeicherdruck reduziert wird.
Hierbei bedingt die Druckreduktion des Kolbenspeicherdrucks, bevor dieser als Arbeitsdruck auf den Hauptzylinder sowie ggf. auch auf den oder die Vortriebzylinder geleitet wird, dass auf komplexe Gegendrucke über den oder die Vortriebzylinder verzichtet werden kann und insbesondere das Vorsehen weiterer Vortriebzylinder bzw. weiterer Vortriebzylinderpaare nicht notwendig ist, um die hydraulische Maschineneinheit mit verschiedenen Arbeitskräften zu betreiben.
Da für den Rückhub ohnehin wenigstens ein Vortriebzylinder vorgesehen ist, versteht es sich, dass der oder die Vortriebzylinder ggf. dennoch entsprechend mitgestaltend angesteuert werden können, sodass ohne ergänzende konstruktive bzw. bauliche Maßnahmen außerhalb des hydraulischen Antriebs mehr als vier verschiedene Arbeitskraftstufen realisiert werden können: bei der ersten Arbeitskraftstufe wird der Kolbenspeicherdruck sowohl in dem Hauptzylinder als auch kolbenseitig in den oder die Vortriebzylinder geleitet, bei der zweiten Stufe wird hierbei auf Seiten des oder der Vortriebzylinder verzichtet und bei der dritten und vierten Stufe erfolgt ein Gegendruck über die Ringflächen des Vortriebzylinders oder der Vortriebzylinder, was ebenfalls mit und ohne Belastung der Kolbenfläche des Vortriebzylinders oder der der Vortriebzylinder geschehen kann. Weitere Arbeitskraftvariationen können dann über die entsprechende Druckreduktion des Kolbenspeicherdrucks zu einem niedrigeren Arbeitsdruck realisiert werden, wobei ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen und lediglich durch eine Ergänzung weiterer Hydraulikleitungen und Ventile ggf. auch ein reduzierter Kolbenspeicherdruck lediglich auf den oder die Vortriebzylinder, je nach Anforderungen kolbenseitig oder ringflächenseitig, gegeben werden kann. Hierdurch lässt sich demnach nahezu jede Arbeitskraft realisieren. So können ohne weitere Maßnahmen, insbesondere auch ohne Berücksichtigung unterschiedlicher Ansteuerung des Vortriebzylinders oder der Vortriebzylinder, allein durch die Druckreduktion Arbeitskräfte zwischen ca. 40 % und 90 % der maximalen Arbeitskraft realisieren, wobei die Obergrenze dieses Intervalls durch die Druckverluste über dem Druckreduzierventil gegeben ist. Über weitere Verschaltungen kann dieser Bereich noch, wie bereits vorstehend erläutert und noch nachstehend erläutert werden wird, erweitert werden. Es versteht sich, dass die Vorteile des vorstehend erläuterten ein proportionales Druckreduzierventil umfassenden Arbeitshubsteuerventils auch ohne die über den oder die Vortriebzylinder realisierbaren Arbeitskraftstufen genutzt werden können, um im Arbeitsbereich des proportionalen Druckreduzierventils bei geeigneter Ausgestaltung der gesamten Ansteuerung eine stufenlose Arbeitskraftvariation zu gewährleisten.
Die Reduktion des Kolbenspeicherdrucks gegenüber dem Arbeitsdruck durch eine entsprechende hydraulische Maßnahme, wie ein Druckreduzierventil, ermöglicht mithin ohne komplexe weitere bauliche mechanische Maßnahmen eine Erhöhung der Variabilität hinsichtlich der aufgebrachten Arbeitskräfte der hydraulischen Maschineneinheit. Es versteht sich, dass ausgehend von dieser Grundidee verschiedenste hydraulische Schaltungen in unterschiedlichen Kombinationen vorgesehen sein können, um verschiedene bzw. unterschiedliche Arbeitskraftstufen oder Arbeitskräfte mit einer hinsichtlich der Zahl der Vortriebzylinder minimalistisch aufgebauten hydraulischen Maschineneinheit zu realisieren.
Die größeren Freiheiten hinsichtlich der verschiedenen Arbeitskräfte, mit denen eine derartige hydraulische Maschineneinheit betrieben werden kann, ermöglichen es, eine baugleiche Maschineneinheit ohne konstruktive Änderungen an verschiedene Kundenwünsche anzupassen, da lediglich die vom Kunden gewünschten Arbeitskraftstufen kombinatorisch aus den verschiedenen hydraulischen Schaltungswegen passend angesteuert werden brauchen. Im Rahmen der Variabilität des Druckreduzierventils können die Arbeitskräfte stufenlos gewählt werden.
Vorzugsweise wird – je nach konkreter Umsetzung der vorliegenden Erfindung – der Rückhub lediglich über das Pumpensystem des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems angesteuert werden, da hier keine hohen Volumenströme zu erwarten sind. Ebenso können Verlagerungen in Richtung des Arbeitshubs, wenn diese langsam erfolgen, aus dem Pumpensystem des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems angesteuert werden, solange die hierbei auftretenden Volumenströme ausreichend gering sind und von dem Pumpensystem bewältigt werden können. Der Kolbenspeicher dient in der Regel im Wesentlichen dazu, hohe Geschwindigkeiten des Hauptkolbens zu ermöglichen, da hier große Volumenströme benötigt werden. Dieses ermöglicht es beispielweise die Zahl der Pumpen zu reduzieren und z.B. von vierundzwanzig benötigten Pumpen auf acht Pumpen zu reduzieren.
Der Kolbenspeicher kann sich von einem maximalen Ladedruck bis zu einem minimalen Ladedruck entladen, wobei in der Verfahrensführung sichergestellt wird, dass der ladedruck des Kolbenspeichers größer als der benötigte Druck ist.
Es versteht sich, dass diese Vorteile auch bei einer Wirkrichtungsumkehr der Vortriebkolben vorliegen, wenn also die Kolbenfläche der Vortriebkolben für den Rückhub und die Ringflächen der Vortriebkolben für den Arbeitshub ausgelegt sind.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines proportionalen Druckreduzierventils zwischen dem Kolbenspeicher und dem Hauptzylinder zur Reduktion des Arbeitsdrucks bzw. die Schaltung eines derartigen proportionalen Druckreduzierventils zwischen den Kolbenspeicher und den Hauptzylinder zur Anpassung der Arbeitskräfte. Über ein derartiges proportionales Druckreduzierventil lässt sich der Grad der Druckreduktion in gewissen Grenzen stufenlos bzw. nahezu stufenlos reduzieren, wodurch sich die Freiheiten hinsichtlich der Auslegung der hydraulischen Maschineneinheit weiter erhöhen und mithin eine Standartmaschineneinheit vielfältigen Kundenwünschen hinsichtlich der Verschiedenheit der Arbeitskräfte gerecht werden kann.
Vorzugsweise ist das proportionale Druckreduzierventil sperrbar, sodass es aktiv zu- oder weggeschaltet werden kann. Dieses ermöglicht insbesondere die Vermeidung etwaiger Interferenzen, wenn das proportionale Druckreduzierventil aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise aus nachfolgend noch erläuterten Gründen, nicht zur Anwendung kommen soll.
Um das proportionale Druckreduzierventil sperrbar auszubilden, kann dieses insbesondere mit einem sperrenden Wegeventil kombiniert sein, was dementsprechend eine baulich einfache Umsetzung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das proportionale Druckreduzierventil in stromlosen Zustand ausgeregelt bzw. ausgeschaltet und/oder gesperrt bzw. geschlossen, was insbesondere der Betriebssicherheit dient.
Vorzugsweise umfasst das Arbeitshubsteuerventil parallel zu dem proportionalen Druckreduzierventil ein als Wegeventil ausgebildetes Bypassventil, über welches, wenn der volle Arbeitsdruck benötigt wird, der Kolbenspeicherdruck ohne zusätzliche Druckreduktion in Richtung Hauptzylinder bzw. Vortriebzylinder zur Verfügung gestellt werden kann.
Ebenso ist es dementsprechend vorteilhaft, dass bei maximalen Arbeitskräften das Arbeitsmedium über einen Bypass dem Hauptzylinder bzw. dem oder den Vortriebzylindern aufgegeben wird.
Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn das Bypassventil bzw. der Bypass in über seine hydraulische, pneumatische oder elektrische Ansteuerung offen ist, wenn das Druckreduzierventil über seine entsprechende Ansteuerung gesperrt oder sonstwie geschlossen ist, sodass über die Regelung oder Steuerung diesbezüglich Fehlfunktionen vermieden werden können. Ggf. können auch entsprechende Wechselventile mechanisch gekoppelt bzw. in einem einzigen Wegeventil kombiniert werden.
Vorzugsweise ist bzw. wird das proportionale Druckreduzierventil rückgekoppelt bzw. in einem geschlossenen Regelkreis angesteuert. Dieses ermöglicht eine genaue Kontrolle des letztlich wirkenden Arbeitsdrucks und der hieraus resultierenden jeweiligen Arbeitskräfte.
Hierbei erfolgt die Rückkopplung vorzugsweise plungerseitig, wodurch etwaige Schwingungseffekte oder auch Störungen aus dem Pumpensystem auf ein Minimum begrenzt werden können. Zur Rückkopplung kann beispielsweise plungerseitig der Druck erfasst werden, der dann insbesondere kolbenspeicherseitig rückgekoppelt werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass etwaige Schwingeffekte oder Störungen hier keine Rolle spielen. Insbesondere ist es denkbar, die Rückkopplung über ein Wegeventil, ggf. auch über ein Logik-Wegeventil als Ansteuerungsventil auszugestalten, sodass das proportionale Druckreduzierventil dann entlastet werden kann, wenn es nicht gebraucht und ausgesteuert oder -geschaltet bzw. gesperrt ist.
Das proportionale Druckreduzierventil kann insbesondere ein Ventil umfassen, welches, vorzugsweise während seiner Reduzierfunktion, in eine Schwimmstellung geht, bis der geminderte Druck mit einem vorgegebenen Sollwert übereinstimmt, so dass extrem hohe Volumenströme geleitet werden können. Dieses entspricht der Situation, dass gerade der Kolbenspeicher vorgesehen ist, derartig hohe Volumenströme innerhalb kürzester Zeit bei ausreichendem Druck für den Hauptzylinder zur Verfügung zu stellen. Stimmt der geminderte Druck bzw. der plungerseitige Druck mit einem vorgegebenen Sollwert überein, so schließt sich vorzugsweise die Schwimmstellung und der entsprechende Minderdruck wird als Arbeitsdruck den Zylindern aufgegeben, sodass eine entsprechende Vorgabe des Arbeitsdrucks über ein Rückkopplung bzw. über einen geschlossenen Regelkreis eingehalten werden kann.
Wie bereits vorstehend dargelegt, ist vorliegend das proportionale Druckreduzierventil vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es entgegen einer konventionellen Minderfunktion in seiner Grundstellung geschlossen ist. Dieses dient insbesondere auch einer erhöhten Betriebssicherheit.
Aus dem vorstehend genannten Grunde ist es dementsprchend vorteilhaft, wenn das Bypassventil in Grundstellung geschlossen ist.
Es versteht sich, dass, wenn besondere Umstände, wie beispielsweise eine Krafterhöhung im Rückhub, dieses erzwingen, auch mehr als ein bzw. zwei Vortriebzylinder vorgesehen sein können, wobei dann die erheblichen baulichen Aufwandreduktionen dementsprechend in ihrem Vorteil verloren gehen. Gleichwohl bleibt die hohe Flexibilität in der Wahl der Arbeitskraftstufen bzw. Arbeitskräfte. Baulich besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn genau zwei Vortriebzylinder vorgesehen sind, da sie bereits über die Druckminderung ohne große weitere bauliche Maßnahmen eine entsprechende Arbeitskraftreduktion gewährleisten lässt. Ebenso versteht es sich, dass durch das Vorsehen lediglich genau eines Vortriebzylinders eine baulich äußerst einfache Umsetzung möglich ist.
Insbesondere über das proportionale Druckreduzierventil lassen sich ungefähr 40 % bis 90 % der maximalen Arbeitskraft, also des maximalen Arbeitsdrucks bzw. des Kolbenspeicherdrucks variabel den Zylindern aufgeben. Letzteres lässt sich allerdings auch mit ungeregelten bzw. mit einfacheren Druckreduzierventilen – ggf. noch mit einer höheren Bandbreite – realisieren.
Als Arbeitsmedium kann jedes für eine Hydraulik geeignete Arbeitsmedium zur Anwendung kommen, wobei Öl zu bevorzugen ist. Alternativ können insbesondere auch Wasser oder Emulsionen bzw. Wasser-Öl-Gemische zur Anwendung kommen.
Die vorgeschriebenen Lösungen eignen sich insbesondere für hydraulische Maschineneinheiten, die als hydraulischen Antrieb ein Pumpen-Kolbenspeicher-System umfassen. Dementsprechend eignen sich die vorstehend beschriebenen Lösungen insbesondere für hydraulische bzw. hydraulisch angetriebene Kolben-Speicher-Systemeinheiten. Insbesondere sind als entsprechende Maschineneinheiten bzw. Kolben-Speicher-Systemeinheiten Umformmaschinen die vorstehend beschriebenen Lösungen umsetzen, gerade wenn sehr große Umformkräfte, wie Presskräfte oder ähnliche Arbeitskräfte, benötigt werden und deswegen Pumpen-Kolbenspeicher-Systeme als Antrieb zum Einsatz kommen, insbesondere auch um entsprechend große Hübe schnell realisieren zu können. Entsprechende Lösungen können insbesondere bei als Strangpressen oder Schmiedepressen ausgebildeten Umformmaschinen zum Einsatz kommen, da bei diesen Pressen besonders hohe Volumenströme und Drücke angesichts der sehr großen Plungerzylinder als Hauptzylinder und Plunger als Hauptkolben zur Anwendung kommen müssen. So arbeiten derartige Pressen bei Kolbenspeicher mit einem maximalen Ladedruck über 250 HPa (bar), insbesondere über 300 HPa bzw. über 320 HPa. Nach einer Entnahme bzw. nach einem Pressvorgang sind in einem entsprechenden Kolbenspeicher in der Regel nach wie vor mehr als 50 % des maximalen Ladedrucks zu finden.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Maschineneinheit, die mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbar ist;
2 die Maschineneinheit nach 1 bei maximaler Arbeitskraft;
3 die Maschineneinheit nach 1 und 2 bei reduzierter Arbeitskraft; und
4 die Maschineneinheit nach 1 bis 3 beim Rückhub.
Die in den Figuren dargestellte Maschineneinheit 1 ist eine Strangpresse und umfasst einen auch als Plungerzylinder bezeichneten Hauptzylinder 22, in welchem ein auch als Plunger bezeichneter Hauptkolben 32 in eine Arbeitsrichtung und in eine Rückhubrichtung axial verlagerbar angeordnet ist, wobei an dem Hauptkolben 32 über einen Querholm 36 Vortriebkolben 34 vorgesehen sind, die dementsprechend in Vortriebzylindern 24 verlagerbar sind. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen ggf. auch lediglich ein Vortriebzylinder, der ggf. auch zentral angeordnet sein kann, vorgesehen sein kann. Wegen ihrer seitlichen Anordnung werden die Vortriebzylinder 24 und die Vortriebkolben 34 häufig auch als Seitenzylinder bzw. -kolben bezeichnet.
Um den Hauptkolben 32 und die Vortriebkolben 34 anzutreiben, ist ein hydraulischer Antrieb 40 vorgesehen, der ein Pumpen-Kolbenspeicher-System 41 umfasst. Das Pumpen-Kolbenspeicher-System 41 seinerseits umfasst zum Einen ein Pumpensystem 42, in welchem mehrere Pumpen 43 über Pumpenleitungen 77 parallel geschaltet sind, wobei die Zahl der Pumpen 43 von den benötigten Drücken und den zu bewältigenden Mengen an Arbeitsmedium abhängt. Darüber hinaus umfasst das Pumpen-Kolbenspeicher-System 41 zum Anderen einen Kolbenspeicher 44, in welchem Arbeitsmedium unter Druck in ausreichender Volumenmenge bereitgestellt werden kann.
Ebenso umfasst der hydraulische Antrieb 40 einen Tank 45, in welchem ablaufendes Arbeitsmedium aufgefangen und aus welchem die Pumpen 43 Arbeitsmedium aufnehmen können.
Das Pumpensystem 42 kann über ein Rückhubsteuerventil 46 den Ringflächen der Vortriebkolben 34 mittels einer Rückhubleitung 76 aufgeschaltet werden, während es über ein Arbeitsdruckansteuerventil 47 einer Hauptkolbenleitung 71, über welche der Hauptzylinder 22 mit einem Arbeitsdruck versorgt werden kann, aufgeschaltet werden kann. Sowohl das Rückhubsteuerventil 46 als auch das Arbeitsdruckansteuerventil 47 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Wegeventile ausgestaltet und ermöglicht das Entleeren der Hauptkolbenleitung 71 bzw. der Rückhubleitung 76 jeweils in den Tank 45, wenn die jeweils andere dieser Leitungen mit Druck beaufschlagt ist und dieses aus hydraulischen Randbedingungen sinnvoll erscheint.
Die Hauptkolbenleitung 71 ist über ein Proportionalventil 49 und ein Arbeitshubsteuerventil 50 mit einer Kolbenspeicherleitung 72 verbunden, welche ihrerseits mit dem Kolbenspeicher 44 verbunden ist. Auf diese Weise kann an sich in bekannter Weise der Druck bzw. das Volumen aus dem Kolbenspeicher 44 über das Proportionalventil 49 und das Arbeitshubsteuerventil 50 den Zylindern 22, 24 aufgegeben oder aber der Kolbenspeicher 44 von dem Pumpensystem 42 beladen werden, wobei das Proportionalventil 49 insbesondere dazu dient, ein zu schnelles Entleeren des Kolbenspeichers 44 zu verhindern und wobei das Arbeitshubsteuerventil 50 in vorliegendem Ausführungsbeispiel in besonderer Weise ausgestaltet ist, wie nachfolgend erläutert werden wird. Wenn der Hauptkolben 32 arbeitet, wird dem Kolbenspeicher 44 dementsprechend ein Entnahmevolumen 60 entnommen.
Der Kolbenspeicher 44 umfasst des Weiteren Sensoren 48, welche den jeweiligen Füllstand, bei diesem Ausführungsbeispiel einen maximalen Füllstand und einen minimalen Füllstand, erfassen und als elektrisches Signal der Steuerung ausgeben.
Darüber hinaus ist die Hauptkolbenleitung 71 noch mit Vortriebzylinderleitungen 75 verbunden, welche ihrerseits mit den Vortriebzylindern 24 verbunden sind, sodass Arbeitsdruck auch den Vortriebzylindern 24 aufgegeben werden kann.
Es versteht sich, dass – je nach konkreter Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels – die Vortriebzylinderleitungen 75 und auch die Rückhubleitungen 76 weitere Ventile aufweisen können, die diese von der Hauptkolbenleitung 71 abkoppeln bzw. zu dieser zukoppeln können, wenn dieses aus ansteuertechnischen Gründen in Abwägung gegen den dementsprechend erhöhten baulichen Aufwand in dem hydraulischen Antrieb 40 und in dessen elektrischer bzw. elektronischer Anstellung sinnvoll erscheint.
In Abgrenzung zum Stand der Technik umfasst das Arbeitshubsteuerventil 50 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein proportionales Druckreduzierventil 52, welches mit einem sperrenden Wegeventil 53 kombiniert ist, ein Bypassventil 54 sowie ein Ansteuerungsventil 56, wobei das proportionale Druckreduzierventil 52 in einer Minderleitung 73 angeordnet und über eine Ansteuerleitung 78 und das Ansteuerungsventil 56 mit der Kolbenspeicherleitung 72 rückgekoppelt ist und das Bypassventil 54 in einem Bypass 74 angeordnet ist, der parallel zu der Minderleitung 73 geschaltet ist. Dementsprechend umfasst das Arbeitshubsteuerventil 50 das proportionale Druckreduzierventil 52 und das Bypassventil 54, die parallel zueinander geschaltet sind, sowie das Ansteuerungsventil 56 welche die Rückkopplung des proportionalen Druckreduzierventils 52 zu der Kolbenspeicherleitung 72 in Form eines logischen Wegeventils ermöglichen bzw. unterbrechen kann.
Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Bypass 74 mit möglichst wenig Druckverlust, also möglichst gradlinig – ausgestaltet, da über den Bypass 74 und das Bypassventil 54, welches ebenfalls als Wegeventil ausgebildet ist, der maximale Arbeitsdruck bereitgestellt werden soll, weswegen mögliche Druckverluste zwischen dem Kolbenspeicher 44 und der Hauptkolbenleitung 71 bzw. den Vortriebzylinderleitungen 75 auf ein Minimum begrenzt werden sollen.
Es versteht sich, dass beispielsweise von dem proportionalen Druckreduzierventil 52 auch ein zu- oder abschaltbarer Weg zu den Rückhubleitungen 76 gewählt werden kann. Ebenso ist es denkbar, dass zusätzliche Ventile vorgesehen sind, durch welche der durch das proportionale Druckreduzierventil 52 geminderte Druck separat den Vortriebzylinderleitungen 75 aufgegeben werden kann, um auf diese Weise die Variabilität hinsichtlich der Arbeitskraft noch zu erhöhen, wenn dieses angesichts des etwas erhöhten baulichen Aufwands gerechtfertigt erscheint. Ebenso ist es denkbar, für diese Zwecke ein weiteres proportionales Druckreduzierventil 52, ggf. auch mit einem separaten Ansteuerungsventil 56, vorzusehen.
Es versteht sich des Weiteren, dass auch das Rückhubsteuerventil 46 und das Arbeitsdruckansteuerventil 47 etwas anders oder aber mit anderen Stellen gekoppelt sein kann, ohne dass die Vorteile einer Druckreduktion zwischen Kolbenspeicher 44 und den Zylindern 22, 24 verloren gehen.
Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel sind das proportionale Druckreduzierventil 52 und das Ansteuerungsventil 56 derart geschaltet, dass diese in Grundstellung jeweils über eine Wegeventilstellung geschlossen sind. Auch das Bypassventil 54 ist in Grundstellung geschlossen, wobei eine entsprechende Ansteuerung dann ein gleichzeitiges Öffnen der Ventile 52, 54 verhindert. Bei geöffnetem Bypassventil 54 kann der maximale Arbeitsdruck über das Arbeitshubsteuerventil 50 bereitgestellt werden. In einer abweichenden Ausführungsform ist es auch denkbar, das Druckreduzierventil 52 und das Bypassventil 54 in einem einzigen Wegeventil zu kombinieren. Auch das Proportionalventil 49 ist in der Grundstellung geschlossen.
Soll eine gegenüber dem maximalen Arbeitsdruck und der hieraus resultierenden Arbeitskraft reduzierte Arbeitskraft bereitgestellt werden, werden das Bypassventil 54 geschlossen und das proportionale Druckreduzierventil 52 sowie das Ansteuerungsventil 56 geöffnet, sodass über die Ansteuerleitung 78 eine Rückkopplung des proportionalen Druckreduzierventil 52 zu der Kolbenspeicherleitung 72 erfolgen und über das proportionale Druckreduzierventil 52 ein entsprechender reduzierter Druck als Arbeitsdruck bereitgestellt werden kann. Auch wird plungerseitig eine Druckmessung 81 vorgenommen, die es ermöglicht, das Druckreduzierventil 52 anzusteuern.
Das proportionale Druckreduzierventil 52 geht während der Reduzierfunktion in eine Schwimmstellung bis der geminderte Druck mit dem vorgegebenen Sollwert übereinstimmt, sodass eine entsprechende Vorgabe des Arbeitsdrucks über eine Rückkopplung bzw. über einen geschlossenen Regelkreis eingehalten werden kann.
Wie unmittelbar ersichtlich, wird der geminderte Druck auf der in Bezug auf das Arbeitsmedium ablaufenden Seite, also hauptkolbenseitig gemessen und auf das Druckreduzierventil 52 rückgeführt.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebene Hydraulik lediglich ein Beispiel ist und im Detail auch anders ausgeführt sein kann, solange insbesondere der Kolbenspeicher 44 mit reduziertem Druck bzw. über ein proportionales Druckreduzierventil 52 auf den Hauptkolben 32 wirken kann. Insbesondere können noch ergänzende Leitungen und Ventile vorgesehen sein, um noch andere Betriebssituationen darstellen zu können. Ebenso versteht es sich, dass noch Sicherheitsventile und -schalter sowie andere zusätzliche Maßnahmen realisiert sein können. Ebenso versteht es sich, dass als Arbeitsmedium jedes für eine Hydraulik geeignete Arbeitsmedium zur Anwendung kommen kann, wobei bei vorliegendem Ausführungsbeispiel Öl zur Anwendung kommt. Alternativ können insbesondere auch Wasser oder eine Emulsion bzw. ein Wasser-Öl-Gemisch zur Anwendung kommen.
Soll der Hauptkolben 32 mit maximaler Arbeitskraft in Arbeitshubrichtung 65 bewegt werden, so werden hierzu, wie in 2 dargestellt, das Arbeitsdruckansteuerventil 47 geöffnet und das Rückhubsteuerventil 46 geschlossen, so dass die Rückhubleitung 76 zum Tank 45 geöffnet ist. Ebenso werden die Ventile 52 und 56 geschlossen und das Bypassventil 54 geöffnet. Das Pumpensystem 42 wirkt dann unmittelbar auf die Zylinder 22, 24, während über das Proportionalventil 49, welches letztlich als verstellbare Blende wirkt, die Geschwindigkeit des Hauptkolbens 32 beherrscht werden kann. Es versteht sich, dass reduzierte Arbeitskraftstufen ggf. erreicht werden können, indem das Rückhubsteuerventil 46 ebenfalls geöffnet und so das Pumpensystem 42 auch auf die Ringfläche der Vortriebkolben 34 wirken kann. Ebenso können ggf. noch Ventile in den Vortriebzylinderleitungen 75 vorgesehen sein, die ggf. geschlossen werden, um die Arbeitskraft ebenfalls um eine stufenartig herabzusenken.
Eigentlich wird jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Arbeitskraft über das proportionale Druckreduzierventil 52 reduziert, wie in 3 dargestellt. Hierzu wird das Bypassventil 54 geschlossen und das Ansteuerungsventil 56 geöffnet, so dass an dem proportionalen Druckreduzierventil 52 ein in gewünschter Weise reduzierter Druck aus dem Kolbenspeicher 44, der ebenfalls über das Proportionalventil 49 auf den Hauptkolben 32 wirkt, bereitgestellt werden kann. Hinsichtlich der Ventilsteuerung des Arbeitsdruckansteuerventils 47, des Rückhubsteuerventils 46 und des Proportionalventils 49 kann dann letztlich wie bei maximaler Arbeitskraft verfahren werden, um die gewünschte Bewegung des Hauptkolbens 32 bei gegebener reduzierter Arbeitskraft zu gewährleisten.
Ggf. kann für einen Schnellhub in Arbeitshubrichtung 65 auch nur eine hydraulische Ansteuerung der Vortriebzylinder 24 erfolgen, wenn der Hauptkolben letztlich lediglich das benötigte Volumen aus dem Pumpen-Kolbenspeicher-System 41 bzw. aus dem Kolbenspeicher 44 ggf. bei reduziertem Druck und ggf. auch unter leichtem Ansaugen, bereitgestellt bekommt. Hierfür können ggf. noch weitere Ventile und Leitungen vorgesehen sein.
Für den Rückhub in Rückhubrichtung 66 werden, wie in 4 dargestellt, das Rückhubsteuerventil 46 geöffnet und das Arbeitsdruckansteuerventil 47 sowie das Proportionalventil 49 geschlossen, so dass die Hauptkolbenleitung 71 und die Vortriebzylinderleitungen 75 in den Tank 45 entlastet werden, während der Kolbenspeicher 44 keinen weiteren Druck verliert. Das Pumpensystem 42 des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems 41 wirkt dann auf die Ringflächen der Vortriebkolben 24 und schiebt den Hauptkolben 32 in Rückhubrichtung. Es ggf. denkbar, dass in dieser Zeit über eine separate zuschaltbare Leitung der Kolbenspeicher 44 wieder aufgeladen wird, was ansonsten natürlich während etwaige Tot- oder Nebenzeiten auch über die Kolbenspeicherleitung 72 durch das Proportionalventil 49 und das Bypassventil 54 geschehen kann.
Es versteht sich, dass statt bei der vorstehend beschriebenen, als Strangpresse ausgebildeten Maschineneinheit ein entsprechender hydraulischer Antrieb auch bei anderen Arten von Maschineneinheiten, insbesondere bei anderen Kolben-Speicher-Systemeinheiten bzw. Umformmaschinen, beispielsweise bei Schmiedepressen, zur Anwendung kommen kann.
Bezugszeichenliste

1: Maschineneinheit
22: Hauptzylinder
24: Vortriebzylinder
32: Hauptkolben
34: Vortriebkolben
36: Querholm
40: ölhydraulischer Antrieb
41: Pumpen-Kolbenspeicher-System
42: Pumpensystem
43: Pumpe
44: Kolbenspeicher
45: Tank
46: Rückhubsteuerventil
47: Arbeitsdruckansteuerventil
48: Sensor
49: Proportionalventil
50: Arbeitshubsteuerventil
52: proportionales Druckreduzierventil
53: sperrendes Wegeventil
54: Bypassventil
56: Ansteuerungsventil
60: Entnahmevolumen
65: Arbeitshubrichtung
66: Rückhubrichtung
71: Hauptkolbenleitung
72: Kolbenspeicherleitung
73: Minderleitung
74: Bypass
75: Vortriebzylinderleitung
76: Rückhubleitung
77: Pumpenleitung
78: Ansteuerleitung
81: Druckmessung

Claims

Mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbare, hydraulische Maschineneinheit (1) umfassend einen Hauptzylinder (22), in welchem ein Hauptkolben (32) angeordnet ist, wenigstens einen Vortriebzylinder (24), dessen Vortriebkolben (34) mit dem Hauptkolben (32) wirkverbunden ist, und ein Pumpen-Kolbenspeicher-System (41), welches ein Pumpensystem (42) und einen mit dem Pumpensystem (42) verbundenen Kolbenspeicher (44) aufweist, als hydraulischen Antrieb (40) für den Hauptzylinder (22) und den wenigstens einen Vortriebzylinder (24), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenspeicher (44) über ein ein proportionales Druckreduzierventil (52) umfassendes Arbeitshubsteuerventil (50) hydraulisch mit dem Hauptzylinder (22) verbunden ist.
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch genau zwei Vortriebzylinder (24).
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitshubsteuerventil (50) parallel zu dem proportionalen Druckreduzierventil (52) ein als Wegeventil ausgebildetes Bypassventil (54) umfasst.
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Druckreduzierventil (52) sperrbar, insbesondere mit einem sperrenden Wegeventil (53) kombiniert, ist.
Verfahren zum Betrieb einer mit verschiedenen Arbeitskräften betreibbaren, hydraulischen Maschineneinheit (1), bei welchem über ein Pumpen-Kolbenspeicher-System (41) ein fluides Arbeitsmedium wahlweise einem Hauptzylinder (22) und wenigstens einem Vortriebzylinder (24) aufgegeben wird, wobei zumindest für einen Arbeitshub über ein Pumpensystem (42) des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems (41) Arbeitsmediumin einem Kolbenspeicher (44) des Pumpen-Kolbenspeicher-Systems (41) bereitgestellt und dann zumindest für den Arbeitshub zumindest der Hauptzylinder (22) mit einem Arbeitsdruck aus dem Kolbenspeicher (44) beaufschlagt werden und wobei zumindest für einen Rückhub der wenigstens eine Vortriebzylinder (24) mit einem Rückhubdruck aus dem Pumpen-Kolbenspeicher-System (41) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei reduzierten Arbeitskräften der Arbeitsdruck gegenüber dem im Kolbenspeicher (44) befindlichen Kolbenspeicherdruck reduziert wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch genau zwei Vortriebzylinder (24).
Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei maximalen Arbeitskräften das Arbeitsmedium über einen Bypass (74) dem Hauptzylinder (22) bzw. dem wenigstens einen Vortriebzylinder (24) aufgegeben wird.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion des Arbeitsdrucks ein proportionales Druckreduzierventil (52) zwischen den Kolbenspeicher (44) und den Hauptzylinder (22) geschaltet wird.
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw. Betriebsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Druckreduzierventil (52) plungerseitig rückgekoppelt ist bzw. wird.
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 9 bzw. Betriebsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Druckreduzierventil (52) in einem geschlossenen Regelkreis angesteuert ist bzw. wird.
Hydraulische Maschineneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 9 bis 10 bzw. Betriebsverfahren nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das proportionale Druckreduzierventil (52) ein Ventil umfasst, welches, vorzugsweise während seiner Reduzierfunktion, in eine Schwimmstellung geht, bis der geminderte Druck mit einem vorgegebenen Sollwert übereinstimmt.
Hydraulische Maschineneinheit (1) bzw. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschineneinheit (1) eine Kolben-Speicher-Systemeinheit, insbesondere eine Umformmaschine, vorzugsweise Strangpresse, insbesondere eine Stahlstrangpresse, bzw. eine Schmiedepresse, insbesondere eine Freiformschmiedpresse, ist.