DE102017003963A1 - Hydraulic, in particular pressure accumulatorless, drive arrangement for and with a consumer, in particular for presses, and method for operating a hydraulic drive assembly - Google Patents
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Abstract
Bei einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung (10) mit einer Presse, mit einer doppelt wirksamen, einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Anordnung (20), bei der der eine einen reversierend verfahrbaren Arbeitskolben (21) mit Fluiddruck beaufschlagenden, ersten Kolbenraum (23A) und einen zweiten Kolbenraum (23C) umfasst, mit Druckleitungen (D1, ...), mit einer Pumpenanordnung (30; 30A, 30B), welche eine drehzahlvariabel angetriebene Pumpe (31; 32) und einen die Pumpe (31, 32) antreibenden drehzahlvariablen Antrieb (33), mit einem Druckmittelvorrat, bei der die Pumpe (31) über eine erste Druckleitung (D1) mit dem ersten Kolbenraum (23A) verbunden ist, so dass die hydraulische Antriebsanordnung (10) mittels eines einzigen einmotorigen Antriebsstrangs sowohl in einer Bewegungsrichtung betreibbar ist als auch im Arbeitsgang hohe Arbeitsdrücke erreicht, wird eine verbesserte Auslastung des Antriebsmotors und dessen Umrichters erreicht durch einen hydromechanischen Stellzylinder (51; 51A) der Pumpe (32), eine hydraulische Verbindungsleitung (D1'), die zwischen dem Stellzylinder (51; 51A) und der zwischen der einen Pumpe (32) und dem ihr zugeordneten Kolbenraum (23A) vorgesehenen Druckleitung (D1) wirksam ist, sowie durch ein Proportionalventil (50; 50A), wobei das Ventil in der Verbindungsleitung (D1') zwischen dem Stellzylinder (51; 51A) und der Druckleitung (D1) derart hydraulisch wirksam ist, dass durch Variation der Stellung dieses Ventils mittels eines externen die Stellung des Hydraulikventils beeinflussenden Stellsignals der Stellzylinder (51; 51A) mit einem variablen Druck beaufschlagbar ist.In a pressure accumulator-free hydraulic drive assembly (10) with a press, with a double-acting, a cylinder chamber comprising piston / cylinder assembly (20), in which a reversibly movable piston (21) pressurizing fluid pressure, the first piston chamber (23A) and a second piston space (23C), with pressure lines (D1, ...), with a pump arrangement (30; 30A, 30B), which a variable speed driven pump (31; 32) and a pump (31, 32) driving variable speed Drive (33), with a pressure medium supply, in which the pump (31) via a first pressure line (D1) to the first piston chamber (23A) is connected, so that the hydraulic drive assembly (10) by means of a single single-motor drive train in both a direction of movement is operable and achieved in the operation high working pressures, an improved utilization of the drive motor and its inverter is achieved by a hydromechanical St ell cylinder (51; 51A) of the pump (32), a hydraulic connecting line (D1 ') acting between the actuating cylinder (51, 51A) and the pressure line (D1) provided between the one pump (32) and the associated piston chamber (23A), and by a proportional valve (50, 50A), wherein the valve in the connecting line (D1 ') between the actuating cylinder (51, 51A) and the pressure line (D1) is hydraulically effective, that by varying the position of this valve by means of an external Position of the hydraulic valve influencing control signal of the actuating cylinder (51, 51A) can be acted upon by a variable pressure.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft eine hydraulische, insbesondere druckspeicherlose, Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder 10 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4 oder 5.The invention relates to a hydraulic, in particular accumulatorless, drive arrangement for and with a consumer, in particular for presses with the features of the preamble of
Demnach geht die Erfindung von einer hydraulischen Antriebsanordnung mit mindestens einem Arbeitskolben und, ggf., einem ergänzenden Eilgangkolben und, ggf., einem ringartigen, Rückholkolben aus, insbesondere wenn sie eine doppelt wirksame, mindestens einen reversierend verfahrbaren Arbeitskolben und mindestens einen Zylinderraum umfassende Kolben/Zylinder-Anordnung umfasst, bei der der mindestens eine Zylinderraum oder die Zylinderräume mindestens einen den Arbeitskolben mit Fluiddruck beaufschlagenden (ersten) Kolbenraum und, vorzugsweise, mindestens einen zweiten Kolbenraum umfasst/umfassen. Die Kolbenräume können über Druckleitungen mit einem Druckmittel versorgt werden. Mindestens eine Pumpenanordnung ist mit mindestens einer, vorzugsweise zumindest drehzahlvariabel angetriebenen, Pumpe und mit mindestens einem die mindestens eine Pumpe antreibenden, vorzugsweise drehzahlvariablen, Antrieb versehen. Es kann mindestens ein mit der Kolben/Zylinder-Anordnung und der Pumpenanordnung hydraulisch verbundener oder verbindbarer Druckmittel-Tank vorgesehen sein. Die mindestens eine Pumpe kann über eine erste Druckleitung mit dem ersten Kolbenraum verbunden oder verbindbar sein, so dass die hydraulische Antriebsanordnung mittels mindestens eines einzigen einmotorigen Antriebsstrangs in beiden Bewegungsrichtungen betreibbar ist und, vorzugsweise, auch im Arbeitsgang hohe Arbeitsdrücke erreicht. Es kann eine Verstelleinrichtung der mindestens einen Pumpe mit einem Stellmittel für diese vorgesehen sein, wobei der Förderstrom der mindestens einen Pumpe mittels der von dem Stellmittel betätigbaren Verstelleinrichtung veränderbar ist, Die druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung kann einen den ersten Kolbenraum ergänzenden dritten Kolbenraum umfassen, der durch eine Druckleitung versorgt wird. Die den oder die Kolbenraum/-räume mit Druckmittel versorgende/n Pumpe/n können drehzahl- und gewünschtenfalls auch drehrichtungsvariabel antreibbar bzw. angetrieben sein.Accordingly, the invention is based on a hydraulic drive arrangement with at least one working piston and, if necessary, a supplementary rapid traction piston and, if appropriate, a ring-like return piston, in particular if it comprises a double-acting piston comprising at least one reversibly movable working piston and at least one cylinder chamber. Cylinder arrangement comprises, wherein the at least one cylinder chamber or the cylinder chambers at least one of the working piston with fluid pressure acting on the (first) piston chamber and, preferably, at least one second piston chamber comprises / include. The piston chambers can be supplied via pressure lines with a pressure medium. At least one pump arrangement is provided with at least one, preferably at least variable speed driven, pump and with at least one at least one pump driving, preferably variable speed, drive. At least one pressure medium tank hydraulically connected or connectable to the piston / cylinder arrangement and the pump arrangement can be provided. The at least one pump can be connected or connectable via a first pressure line to the first piston chamber, so that the hydraulic drive arrangement can be operated by means of at least one single-motor drive train in both directions of movement and, preferably, also reaches high working pressures during the operation. An adjusting device of the at least one pump with an adjusting means can be provided for the latter, wherein the delivery flow of the at least one pump can be changed by means of the adjustment device which can be actuated by the adjusting means. The hydraulic accumulator-free hydraulic drive arrangement can comprise a third piston chamber which supplements the first piston chamber and which is replaced by a Pressure line is supplied. The one or the piston chamber / spaces with pressure medium supplying / n pump speed and, if desired, also rotational direction variable can be driven or driven.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUNDTECHNOLOGICAL BACKGROUND
Drehzahlvariable Hydraulikantriebe, insbesondere für große Zylinder, werden etwa entsprechend der
Zweitere basiert, ausgehend von der
Die derzeit eingesetzten, als Antriebe dienenden Servomotoren und die zugehörigen Umrichter sind sehr kostenintensiv; eine Reduktion des Antriebsmoments würde die Kosten für den Einsatz von sogenannten Verstellpumpen in drehzahlvariablen Hydraulikantrieben deutlich reduzieren. Die bislang ausgeführten Verstellpumpen basieren auf einer pumpeninternen, meist rein hydromechanischen Momenten- oder Druck-Regelung des Förderstroms. Die Verstelleinrichtung (das Verstellsystem) der Verstellpumpe/n für den Kolben- und ggf. den Ringraum des Arbeitszylinders ist durch ein Stellmittel in Gestalt eines Hydraulikzylinders mit Federrückstellung charakterisiert. Bei zunehmendem Betriebsdruck der Verstellpumpe schwenkt die Verstellpumpe gegen die Feder vor und schwenkt die Verstellpumpe zurück, so dass der Förderstrom je Pumpenumdrehung (Hubraum) geringer wird. Das Antriebsmoment des Antriebsmotors ist proportional zum Produkt aus Hydraulikdruck und Hubraum des angetriebenen Arbeitskolbens. Durch geeignete Wahl der Federcharakteristik ist es möglich, das Motor-Antriebsmoment druckunabhängig fast konstant zu halten und das Nennmoment des Motors nicht zu überschreiten. Bei ansteigendem Betriebsdruck der (Verstell-)Pumpe wird ihr Förderstrom so weit zurückgenommen, dass das Antriebsmoment ihres Antriebsmotors weitgehend konstant bleibt. Alternativ ist eine elektrische Verstelleinrichtung der Verstellpumpe bekannt.The servomotors currently used as servomotors and the associated converters are very cost-intensive; A reduction of the drive torque would significantly reduce the costs for the use of so-called variable displacement pumps in variable-speed hydraulic drives. The variable displacement pumps used so far are based on a pump-internal, usually purely hydromechanical torque or pressure control of the delivery flow. The adjustment (the adjustment) of the variable / / for the piston and possibly the annular space of the working cylinder is characterized by an adjusting means in the form of a hydraulic cylinder with spring return. As the operating pressure of the variable displacement pump increases, the variable displacement pump pivots against the spring and pivots back the variable displacement pump so that the flow rate per pump revolution (displacement) decreases. The drive torque of the drive motor is proportional to the product of hydraulic pressure and displacement of the driven working piston. By a suitable choice of the spring characteristic, it is possible to keep the engine drive torque almost constant pressure-independent and not to exceed the rated torque of the engine. When the operating pressure of the (variable) pump increases, its delivery flow is reduced so far that the drive torque of its drive motor remains largely constant. Alternatively, an electrical adjustment of the variable displacement is known.
Es wurde ferner gefunden, dass die meisten Einsatzfälle von hydraulischen Antriebsanordnungen lange Eilgang-Wege mit wenig Last erfordern, während die Phasen großer Belastung nur geringe Zeitanteile ausmachen. Beispiele für solche Prozesse sind etwa Umform- oder Richtaufgaben, bei denen nur für weniger als 10 Prozent der gesamten Taktzeit hohe Prozesskräfte benötigt werden. Eine verbesserte Nutzung des verfügbaren Antriebsmomentes des Motors wäre demnach ebenfalls erwünscht.It has also been found that most applications of hydraulic drive assemblies require long rapid traverse paths with little load, while the high load phases require little Make up time shares. Examples of such processes include forming or straightening tasks where high process forces are needed for less than 10 percent of the total cycle time. An improved use of the available drive torque of the engine would therefore also be desirable.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine gattungsgemäße Antriebsanordnung so weiterzuentwickeln, dass die Auslastung des Antriebsmotors und möglichst auch dessen Umrichters verbessert werden kann.The object of the invention is therefore to further develop a generic drive arrangement so that the utilization of the drive motor and possibly also the inverter can be improved.
Zur Lösung des Problems wird eine, ggf. druckspeicherlose, hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 10 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 oder 5 vorgeschlagen. Demnach basiert die Erfindung, ausgehend von der
Durch die Erfindung kann u. A. der Förderstrom der Pumpe dem aktuellen Zustand des Motors bzw. des Umrichters zeitlich angepasst werden. Insbesondere können das Antriebsmoment des Motors und die thermischen oder elektrischen Grenzen von Motor oder Umrichter so weit wie gewünscht ausgenutzt werden. So kann u. A. eine Verringerung des Förderstromes der Pumpe so weit hinausgezögert werden, bis die thermischen oder elektrischen Grenzen von Motor oder Umrichter so weit wie gewünscht ausgenutzt sind.By the invention can u. A. the flow rate of the pump to the current state of the motor or the inverter to be timed. In particular, the drive torque of the motor and the thermal or electrical limits of motor or inverter can be exploited as much as desired. So u. A. a reduction in the flow rate of the pump be delayed until the thermal or electrical limits of the motor or inverter are used as far as desired.
Es kann auch eine Kombination aus Antriebsanordnung und nachgeschalteter Ventilsteuerungen vorgesehen sein. Die Drehzahlvariabilität kann mit zumindest einem Asynchronmotor und zumindest einem Frequenzumrichter erreichbar sein. Gewünschten Falls kann eine Umkehrung der Drehrichtung der Pumpe erreicht werden, ohne das der Motor selbst eine Drehrichtungsumkehr vollziehen muss. Gewünschtenfalls kann ferner die Schwenkscheibe der (Axialkolben-)Pumpe über den Winkel „0°” hinaus, insbesondere in den negativen Winkelbereich, gedreht werden, sodass die (Gang- und Druck-)Anschlüsse der Pumpe jeweils ihre Funktion umkehren.It can also be provided a combination of drive arrangement and downstream valve controls. The speed variability can be achieved with at least one asynchronous motor and at least one frequency converter. If desired, a reversal of the direction of rotation of the pump can be achieved without the motor itself having to reverse its direction of rotation. If desired, further, the swash plate of the (axial piston) pump beyond the angle "0 °" out, in particular in the negative angle range, are rotated, so that the (gear and pressure) ports of the pump each reverse their function.
Gemäß einer (ersten) Realisierung der Erfindung ist es bei einer bekannten autarken rein hydromechanischen, eine Pumpenverstell-, insbesondere -Verschwenkeinrichtung, und einen Stellkolben hierfür umfassenden Regelung des Förderstromes der mindestens einen Pumpe – kumulativ oder alternativ – vorgesehen, den Eingangsdruck des Stellkolbens mittels eines externen, insbesondere elektrisch gesteuerten, Hydraulikventils, insbesondere Proportionalventils, derart überlagernd zu verändern, dass durch die Variation der Stellung dieses Hydraulikventils der Stellkolben der Pumpenverstelleinrichtung mittels des externen, insbesondere elektrischen, Stellsignals mit einem variablen Druck beaufschlagt wird, insbesondere gemäß Ansprüchen 1, 4 oder 11.According to a (first) realization of the invention, it is in a known autarkic purely hydromechanical, a Pumpenverstell-, in particular -Verschwenkeinrichtung, and an actuating piston comprehensive control of the flow of the at least one pump - cumulative or alternatively - provided, the input pressure of the actuating piston by means of a external, in particular electrically controlled, hydraulic valve, in particular proportional valve, to be superimposed to change such that is acted upon by the variation of the position of this hydraulic valve, the actuating piston of the pump adjustment by means of the external, in particular electrical, control signal with a variable pressure, in particular according to
Das Verstellsystem der Pumpe kann demnach einen an sich bekannten Hydraulikzylinder umfassen, ggf. mit (Feder-)Rückstellung. Bei zunehmendem Betriebsdruck schwenkt die Pumpe gegen die Rückstellung (Feder). Beim Vor- und/oder Zurückschwenken wird der Förderstrom je Pumpenumdrehung (Hubraum) verändert.The adjustment of the pump can therefore comprise a known hydraulic cylinder, possibly with (spring) reset. As the operating pressure increases, the pump pivots against the return (spring). When swiveling forwards and / or backwards, the flow rate per pump revolution (displacement) is changed.
Gemäß einer alternativen (zweiten) Realisierung der Erfindung (Anspruch 12) ist es bei einer hydraulischen, insbesondere druckspeicherlosen, Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen,
- – bei der, gemäß
Anspruch 10, mindestens eine, vorzugsweise externe, insbesondere elektrisch gesteuerte, Antriebseinrichtung zur Variation der Stellung des Stellmittels der Verstelleinrichtung der mindestens einen Pumpe vorgesehen ist, und - – bei der als Stellmittel der mindestens einen Pumpe mindestens ein hydro-mechanisches Antriebsglied, wie einen Stellzylinder dient,
- - In which, according to
claim 10, at least one, preferably external, in particular electrically controlled, drive means for varying the position of the actuating means of the adjusting device of the at least one pump is provided, and - In which at least one hydro-mechanical drive element, such as a setting cylinder, serves as setting means of the at least one pump,
Die Antriebseinrichtung zur Variation der Stellung des Stellmittels der Verstelleinrichtung der mindestens einen Pumpe der Antriebsanordnung ist auch bei dieser alternativen (zweiten) Realisierung der Erfindung hydraulischer Natur, wobei allerdings – anders als bei der ersten Realisierung – nicht der Arbeits- oder Betriebsdruck der Antriebsanordnung selbst sondern der Arbeitsdruck einer vergleichsweise kleinen, extern angetriebenen (weiteren) Pumpe genutzt wird.The drive device for varying the position of the adjusting means of the adjusting of the at least one pump of the drive assembly is also in this alternative (second) implementation of the invention of a hydraulic nature, although - unlike the first implementation - not the Working or operating pressure of the drive assembly itself but the working pressure of a comparatively small, externally driven (further) pump is used.
Gemäß einer weiteren alternativen (drittten) Realisierung der Erfindung (Anspruch 13) ist es bei einer hydraulischen, insbesondere druckspeicherlosen, Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen,
- – bei der, gemäß
Anspruch 10, mindestens eine, vorzugsweise externe, insbesondere elektrisch gesteuerte, Antriebseinrichtung zur Variation der Stellung des Stellmittels der Verstelleinrichtung der mindestens einen Pumpe vorgesehen ist, und - – bei der als Stellmittel der mindestens einen Pumpe mindestens ein mechanisches Antriebsglied, wie eine Stellspindel (
51C ), dient,
- - In which, according to
claim 10, at least one, preferably external, in particular electrically controlled, drive means for varying the position of the actuating means of the adjusting device of the at least one pump is provided, and - In which as actuating means of the at least one pump at least one mechanical drive member, such as an adjusting spindle (
51C ),
Die Antriebseinrichtung zur Variation der Stellung des Stellmittels der Verstelleinrichtung der mindestens einen Pumpe der Antriebsanordnung ist bei dieser alternativen (dritten) Realisierung der Erfindung mechanischer Natur, wobei allerdings – anders als bei der ersten und zweiten Realisierung – nicht ein Pumpendruck sondern die Verstellung des externen Antriebsmittels selbst genutzt wird.The drive means for varying the position of the adjusting means of the adjusting of the at least one pump of the drive assembly is mechanical in this alternative (third) implementation of the invention, however - unlike the first and second realization - not a pump pressure but the adjustment of the external drive means itself is used.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Förderstrom-Verstelltechnik kann mit den verschiedensten Schaltungskonzepten, insbesondere drehzahlvariabler, Motor-Pumpen-Kombinationen verwirklicht werden, wie z. B. mit einer einzigen Motor-Pumpenstation mit einer oder mehreren Pumpen von denen zumindest an einer Pumpe eine Verstellung nach der Erfindung erfolgt oder mit mehreren Motor-Pumpenstationen mit je einer oder mehreren Pumpen wobei zumindest an einer Motor-Pumpenstation eine Förderstrom-Verstellung nach der Erfindung vorgesehen ist.The use of the delivery flow adjustment according to the invention can be realized with a variety of circuit concepts, in particular variable speed, motor-pump combinations such. B. with a single motor pump station with one or more pumps of which at least on a pump, an adjustment according to the invention or with multiple motor pump stations, each having one or more pumps wherein at least at a motor pump station, a flow adjustment after Invention is provided.
Bekannte drehzahlvariable Hydraulikantriebe verfügen über Antriebsmotoren, die kurzzeitig deutlich über das Nennmoment hinaus belastet werden können. So ist beispielsweise ein um den Faktor vier höheres Moment für rund zwei Sekunden abrufbar, eine 10-prozentige Überschreitung ist über mehrere Minuten hinweg zulässig. Die höheren Grenzen werden durch die thermische Belastbarkeit der Motorwicklungen und der Leistungshalbleiter des Umrichters bestimmt. Dabei geht der Strom I quadratisch, die Dauer t des Stroms linear ein. Für die Bewertung der Grenzen des Systems wird das jeweilige Lastkollektiv bewertet („I2.t-Rechnung”). Dieses Potential kann durch die Erfindung auf einfache und kostengünstige Weise genutzt werden, wohingegen bekannte Hydraulikantriebe das Motormoment durch das Einschwenken der Pumpe selbsttätig begrenzen, so dass ein höheres Moment ohne Nutzung der Auslastungswerte von Umrichter und Motor daher auch kurzzeitig nur bedingt genutzt werden kann.Known variable-speed hydraulic drives have drive motors that can be loaded for a short time well beyond the rated torque. For example, a factor that is four times faster can be called up for about two seconds, and a 10 percent overrun is allowed for several minutes. The higher limits are determined by the thermal capacity of the motor windings and the power semiconductors of the inverter. The current I is quadratic, the duration t of the current is linear. For assessing the limits of the system, the respective load collective is evaluated ("I 2nd t-bill"). This potential can be used by the invention in a simple and cost-effective manner, whereas known hydraulic drives automatically limit the engine torque by pivoting the pump, so that a higher torque without use of the load values of inverter and motor can therefore be used only for a short time only limited.
Verstellbare Pumpenregler nach der Erfindung, können ohne weitere Steuerbaugruppen und Sensoren z. B. direkt vom Umrichter gesteuert werden. Dabei sollte die Regelung vorzugsweise dergestalt erfolgen, dass entsprechend dem mit der umrichter-internen I2.t-Rechnung durch den Umrichter ermittelten aktuellen Auslastungsfaktor von Motor und Antrieb die Pumpe möglichst lange mit hohem Schwenkwinkel betrieben wird, um Motor und Umrichter optimal auszulasten. Der auf diese Weise erhöhte Förderstrom erlaubt es, die Anlagentaktzeit deutlich zu verkürzen oder alternativ einen kleineren Antriebsmotor zu wählen. Es wurde zudem erkannt, dass die oben genannten, typischen Lastprofile einer Presse mit den nur kurzzeitig höheren Kräften es erlauben, während des Arbeitsprozesses deutlich höhere Momente abzurufen, wenn die anschließende Eilgangfahrt und auch Pausen zum Be- und Entladen der Anlage wieder zur Abkühlung genutzt werden.Adjustable pump controller according to the invention, without further control modules and sensors z. B. controlled directly from the inverter. The scheme should such be done preferably that determined according to the internal inverter I 2 t calculation by the converter current load factor of the engine and drive the pump is operated as long as possible with a high tilt angle in order to utilize the motor and inverter optimal. The flow rate increased in this way makes it possible to significantly shorten the system cycle time or, alternatively, to select a smaller drive motor. It was also recognized that the above-mentioned, typical load profiles of a press with only a short time higher forces allow it to retrieve significantly higher moments during the work process, if the subsequent rapid traverse and breaks for loading and unloading the system are used again for cooling ,
Nach der Erfindung kann es demnach vorteilhaft sein, den aktuellen Auslastungsgrad als Regelgröße zu verwenden. Vorzugsweise wird dabei einerseits der Auslastungswert von Motor und Umrichter betrachtet, andererseits aber auch die Änderungsgeschwindigkeit dieses Werts. Mit schnell steigendem Auslastungswert wird die Verstellung der Pumpe, wie der Schwenkwinkel, zur Senkung des Motormoments relativ rasch zurückgenommen, während bei einem langsam steigenden Auslastungswert eine Anpassung langsamer erfolgen oder gar ganz unterbleiben kann.According to the invention it may therefore be advantageous to use the current utilization rate as a control variable. Preferably, on the one hand, the load value of the motor and the converter is considered, but on the other hand, the rate of change of this value. With a rapidly increasing load value, the adjustment of the pump, such as the swivel angle, to reduce the engine torque is relatively quickly withdrawn, while at a slowly increasing load value adjustment can be slower or even completely omitted.
Neben dem Auslastungsfaktor für Motor und Antrieb kann nach der Erfindung als weitere Regelgröße zur Verstellung der Pumpe auch die Kenntnis des jeweiligen Arbeitsprozesses der Gesamtanlage berücksichtigt werden. Ist etwa bekannt, dass ein besonders hoher Leistungsbedarf nur noch für einen kurze Zeitabschnitt benötigt wird, so kann ein hoher Verstellungsgrad, wie ein hoher Schwenkwinkel, beibehalten werden, obwohl der Verlauf des Auslastungsfaktors eine baldige Notabschaltung erkennen lässt.In addition to the load factor for motor and drive can be considered according to the invention as a further control variable for adjusting the pump and the knowledge of the respective work process of the entire system. If it is known, for example, that a particularly high power requirement is only needed for a short period of time, then a high degree of adjustment, such as a high swivel angle, can be maintained, although the course of the load factor indicates an imminent emergency shutdown.
Die bislang nach dem Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, ausgeführten drehzahlvariablen Antriebe basieren demgegenüber – wie eingangs bereits erwähnt – lediglich auf einer pumpeninternen, meist rein hydromechanischen Regelung des Förderstroms. Bei ansteigendem Druck wird der Förderstrom der Pumpe selbsttätig so weit zurückgenommen, dass das Antriebsmoment des Motors, welches proportional zum Produkt aus Hydraulikdruck und Hubraum ist, weitgehend konstant bleibt. Damit war es durch geeignete Wahl der Federcharakteristik möglich, das Motor-Antriebsmoment druckunabhängig fast konstant zu halten und das Nennmoment des Motors nicht zu überschreiten. Beispiele für eine solche hydro-mechanisch momentengeregelte Pumpe ist etwa der Typ A4VSO-LR2 der Firma BoschRexroth. Charakteristisch für diese bekannte Regelung ist die Tatsache, dass die Verstellung pumpenintern erfolgt und der für die Bewegungssteuerung verantwortliche Umrichter keinen Einfluss darauf hat. Diese autarken, rein hydromechanischen Regler konnten alternativ aber beispielsweise auch so ausgelegt sein, dass als Stellgröße für die Variation des Hubraums der Betriebsdruck konstant gehalten wird (Druckregler). Dies war bei solchen Steuerung sinnvoll für diejenige Pumpe, die mit dem Ringraum des Zylinders verbunden war. Sie hatte lediglich die Aufgabe, den Zylinder und eventuell anhängende Massen gegen die Schwerkraft abzustützen und bei der Aufwärtsfahrt eine Kavitation der mit dem Ringraum verbundenen Pumpe zu verhindern.The hitherto carried out according to the prior art, from which the invention proceeds In contrast, as previously mentioned, variable-speed drives are based only on a pump-internal, usually purely hydromechanical regulation of the delivery flow. With increasing pressure, the flow rate of the pump is automatically withdrawn so far that the drive torque of the motor, which is proportional to the product of hydraulic pressure and displacement remains largely constant. This made it possible by suitable choice of the spring characteristic to keep the engine drive torque pressure-independent almost constant and not to exceed the rated torque of the engine. Examples of such a hydro-mechanically torque-controlled pump is about the type A4VSO-LR2 BoschRexroth. Characteristic of this known control is the fact that the adjustment is done inside the pump and responsible for the motion control inverter has no influence on it. Alternatively, these self-sufficient, purely hydromechanical controllers could, for example, also be designed so that the operating pressure is kept constant as a control variable for the variation of the displacement (pressure regulator). This was useful in such control for that pump which was connected to the annular space of the cylinder. It had only the task to support the cylinder and possibly attached masses against gravity and to prevent cavitation of the associated with the annulus pump when driving uphill.
Neben diesen hydromechanischen Reglern sind aktuell auch elektrisch beeinflussbare Regler bekannt. So können z. B. heute eingesetzte Umrichter die Auslastung des Motors und des Umrichters selbst ständig verfolgen und sie begrenzen den Strom selbsttätig, sobald die thermischen Grenzen erreicht werden. Auch kann der jeweilige Auslastungsgrad von Umrichter und Motor an einer elektrischen Schnittstelle als Zahlenwert für die Maschinensteuerung zur Verfügung gestellt werden. Verfügbar für die oben genannte Pumpe sind auch solche Regler – z. B. in Gestalt des Reglertyps DFE1 – welche die Beeinflussung der Pumpe durch externe Steuersignale für Förderstrom oder Druck gestatten. Die elektrisch beeinflussbaren Regler benötigen eine eigene Steuerelektronik und verfügen über Sensoren für die Istwerte z. B. von Schwenkwinkel und Druck. Die zusätzlichen Einrichtungen und Kosten des Regelsystems verteuern die Pumpe allerdings deutlich.In addition to these hydromechanical controllers are currently also electrically influenced controller known. So z. B. today used inverter track the utilization of the motor and the inverter itself constantly and they limit the power automatically when the thermal limits are reached. Also, the respective degree of utilization of inverter and motor can be made available at an electrical interface as a numerical value for the machine control. Available for the above pump are also such regulators - z. B. in the form of the controller type DFE1 - which allow the influence of the pump by external control signals for flow or pressure. The electrically influenced controllers require their own control electronics and have sensors for the actual values z. B. swivel angle and pressure. However, the additional equipment and costs of the control system make the pump significantly more expensive.
Durch die Erfindung werden dem gegenüber und gegenüber der in der
- – Bessere Ausnutzung von Motor und Umrichter;
- – Geringer Anschaffungspreis durch Entfall einer eigenen Pumpensteuerung und Sensoren für Schwenkwinkel und Druck;
- – Günstigere Taktzeiten;
- – Anwahl energieoptimaler Betriebspunkte für Motor und Pumpe möglich (schlechte Wirkungsgrade bei sehr geringer Drehzahl);
- – Erhöhung der Maschinensicherheit: Gezieltes Schwenken der Pumpen auf „0” mindert die Gefahr einer ungewollten Bewegung;
- – Ggf. Verzicht auf Umkehrung der Drehrichtung des Motors, insbesondere durch Schwenken der Pumpe über „0°” hinaus.
- - Better utilization of motor and inverter;
- - Low purchase price by omitting own pump control and sensors for tilt angle and pressure;
- - More favorable cycle times;
- - Selection of energy-optimal operating points for motor and pump possible (poor efficiencies at very low speed);
- - Increased machine safety: Targeted swiveling of the pumps to "0" reduces the risk of unwanted movement;
- - Possibly. Not to reverse the direction of rotation of the motor, in particular by pivoting the pump beyond "0 °".
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.The above-mentioned and the claimed and described in the embodiments described components to be used in their size, shape design, material selection and technical design are not subject to any special conditions, so that the well-known in the field of application selection criteria can apply without restriction.
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.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims, as well as from the following description of the accompanying drawings and table, in which - by way of example - an embodiment of a pressure accumulator hydraulic drive arrangement are shown. Also, individual features of the claims or of the embodiments may be combined with other features of other claims and embodiments.
FIGURENKURZBESCHREIBUNGBRIEF DESCRIPTION
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Aus der
Ein einziger, als Servomotor gestalteter Antrieb
Die dem Servomotor
Ein ggf. vorhandenes mechanisches Getriebe
Folgende/r Arbeitsweise/Aufbau sind bevorzugt:The following mode of operation / construction are preferred:
A) Pumpen-, insbesondere Schwenkwinkel-, -VerstellsystemA) Pump, in particular Schwenkwinkel-, Verstellsystem
Ausgehend von dem hydraulischen Antriebssystem gemäß
Die mit dem Kolbenraum
Für die Steuerung der beiden Proportionalventile können in aktuell verfügbaren Umrichtern standardmäßig installierte, frei programmierbare Systeme eingesetzt werden. Der Regelalgorithmus kann, insbesondere, auf alle Systemgrößen des Antriebs
Zum Ausfahren der an dem Arbeitskolben
Zum Umschalten auf Arbeitsgeschwindigkeit füllt die Pumpe
Der Positioniervorgang erfolgt in gewohnter Weise durch Anhalten des Servomotors
Zum Dekomprimieren wird die Drehrichtung des Servomotors
Für die Aufwärtsfahrt wird ein etwa vorhandenes Füllventil geöffnet, die reversierte Pumpe
B) Pumpen-, insbesondere Schwenkwinkel-Regelung, nach AntriebsauslastungB) Pump, in particular swivel angle control, according to drive utilization
Dabei wird einerseits der Auslastungswert von Motor und Umrichter betrachtet, andererseits aber auch die Änderungsgeschwindigkeit dieses Werts. Mit schnell steigendem Auslastungswert muss der Schwenkwinkel zur Senkung des Motormoments relativ rasch zurückgenommen werden, während bei einem langsam steigenden Auslastungswert eine Anpassung langsamer erfolgen oder gar ganz unterbleiben kann.On the one hand, the utilization value of motor and inverter is considered, on the other hand but also the rate of change of this value. With a rapidly increasing utilization value, the swivel angle for reducing the engine torque must be reduced relatively quickly, while with a slowly increasing load value, an adaptation can take place more slowly or even completely cease.
C) Optimierte Pumpen-, insbesondere Schwenkwinkel-Regelung aus ProzessdatenC) Optimized pump, in particular swivel angle control from process data
Eine zusätzliche Möglichkeit der Regelung der Pumpen(ver)stellung, insbesondere des Schwenkwinkels, ist möglich, wenn der eigentliche Prozessablauf für die einzelnen Arbeitsspiele der Gesamtanlage sich in Bezug auf das Kraft-Geschwindigkeitsprofil immer wieder in sehr ähnlicher Form wiederholt. Das ist beispielsweise bei Umform- oder Richtvorgängen der Fall. Hierbei kann neben den aktuellen Messdaten auch die Kenntnis über die nächsten Zeitabschnitte wertvolle Informationen zur optimalen Schwenkwinkeleinstellug der Pumpe geben. Die Kenntnisse über den Prozessablauf können beispielsweise aus für den jeweiligen Prozess erstellten Parameterlisten entnommen werden.An additional possibility of regulating the pump (ver) position, in particular the pivot angle, is possible if the actual process flow for the individual cycles of the entire system repeatedly repeated in relation to the force-speed profile in a very similar form. This is the case, for example, with forming or straightening processes. In addition to the current measurement data, knowledge about the next periods of time can provide valuable information about the optimal swivel angle adjustment of the pump. The knowledge of the process flow can, for example, be taken from parameter lists created for the respective process.
Möglich ist auch, für die Optimierung selbstlernende Algorithmen zu verwenden, die die Schwenkwinkeleinstellung ausgehend von einer eher „vorsichtigen” Einstellung bis zum Auslastungsoptimum immer weiter verbessern. Die mit dem Ringraum verbundene Pumpe wird beispielsweise so verschwenkt, dass der ringraumseitige Druck zur Kompensation der Schwerkraft rund 20 bar beträgt.It is also possible to use self-learning algorithms for the optimization, which always further improve the swivel angle adjustment, starting from a rather "cautious" setting up to the utilization optimum. The pump connected to the annular space is pivoted, for example, so that the pressure on the side of the annular space to compensate for the force of gravity is around 20 bar.
Die Ausführungsform nach
Zwei, je als mit drehzahlvariablen Motoren gestaltete Antriebe
Die dem Motor
Die Ausstattung der beiden Motoren
Während die Verstellung der mindestens einen Pumpe
Bei den Realisierungen nach
Bei den Realisierungen nach
Beispiel: Für einen Zylinder mit dem Flächenverhältnis Kolben/Ring von 2:1 würden zwei gleiche Pumpen mit einem Fördervolumen von beispielsweise maximal 40 cm3 gewählt. Bei Ausfahren des Kolbens ergibt sich kolbenseitig ein Fördervolumen von 40 + 40 = 80 cm3. Die Kolbenpumpe kann also deutlich kleiner dimensioniert werden. Durch Veränderung des Schwenkwinkels der mit dem Ringraum verbundenen Pumpe kann das Fördervolumen so verstellt werden, dass der Druck im Ringraum den gewünschten Wert annimmt (z. B. ca. 5 bar bei der Abwärtsfahrt, 20 bar bei der Aufwärtsfahrt). Da beide Pumpen unabhängig voneinander geschwenkt werden können – wie z. B. in
In der zu
Es ist wichtig zu betonen, dass es dem Fachmann auf dem vorliegenden Sachgebiet ohne weiteres möglich ist, auch die übrigen Merkmale der Realisierungen nach
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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- Antriebsanordnungdrive arrangement
- 2020
- Kolben/Zylinder-AnordnungPiston / cylinder assembly
- 2121
- Arbeitskolbenworking piston
- 2222
- Kolbenstangepiston rod
- 23A23A
- (erster) Kolbenraum oder Arbeitszylinder(first) piston chamber or working cylinder
- 23C23C
- (zweiter) Kolbenraum oder Ringraum oder Rückholzylinder(second) piston chamber or annulus or Rückholzylinder
- 3030
- Pumpenanordnungpump assembly
- 3131
- (erste) Pumpe(first) pump
- 31A31A
- (erster) Druckfluid-Ausgang(first) pressure fluid outlet
- 31B31B
- (zweiter) Druckfluid-Ausgang(second) pressure fluid outlet
- 3232
- zweite Pumpesecond pump
- 3333
- Antriebdrive
- 33A33A
- Antriebswelledrive shaft
- 33B33B
- Antriebdrive
- 33C33C
- Antriebdrive
- 3434
- Pumpepump
- 3636
- Weggeberencoder
- 3737
- Getriebetransmission
- 3838
- Verstelleinrichtungadjustment
- 38A38A
- Verstelleinrichtungadjustment
- 38B38B
- Verstelleinrichtungadjustment
- 4040
- Druckmittel-TankPressure medium tank
- 5050
- Hydraulikventilhydraulic valve
- 50A, 50B50A, 50B
- Proportionalventil/eProportional valve / e
- 51 51
- Stellmittelactuating means
- 51A, 51B51A, 51B
- hydromechanisches Antriebsglied, wie Stellzylinderhydromechanical drive element, such as actuating cylinder
- 51C51C
- mechanisches Antriebsglied, wie Stellspindelmechanical drive element, such as adjusting spindle
- 51C'51C '
- mechanisches Antriebsglied, wie Stellspindelmechanical drive element, such as adjusting spindle
- 51C''51C ''
- mechanisches Antriebsglied, wie Stellspindelmechanical drive element, such as adjusting spindle
- 5252
- PumpenverschwenkmechanismusPump-swivel mechanism
- 6060
- Antriebseinrichtungdriving means
- 60A60A
- Antriebseinrichtungdriving means
- 60B60B
- Antriebseinrichtungdriving means
- 6161
- weitere Pumpeanother pump
- 6262
- Antriebsmitteldrive means
- 6363
- Getriebetransmission
- 150150
- Signalleitungsignal line
- 150A150A
- Signalleitungsignal line
- 150B150B
- Signalleitungsignal line
- D1D1
- (erste) Druckleitung(first) pressure line
- D1'D1 '
- Verbindungsleitungconnecting line
- D3D3
- (zweite) Druckleitung(second) pressure line
- D3'D3 '
- Verbindungsleitungconnecting line
- UU
- Umrichterinverter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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