DE102017208423A1

DE102017208423A1 - Antriebsordnung, Maschine und Verfahren

Info

Publication number: DE102017208423A1
Application number: DE102017208423.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk-Walter Herold; Werner Glueck; Reiner Knöll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Offenbart ist eine Antriebsanordnung mit einem mechanischen Linearantrieb und mit einem hydraulischen Antrieb. Mit diesem kann jeweils ein Formteil einer Form bewegt werden. Die Antriebe sind dabei in der Reihe angeordnet und miteinander gekoppelt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Maschine mit einer derartigen Antriebsanordnung und ein Verfahren für eine derartige Antriebsanordnung.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsanordnungen in Form von Linearantrieben bekannt, die bei Maschinen eingesetzt sind, bei denen schnelle Stellbewegungen und anschließend hohe Haltekräfte zu realisieren sind, wie beispielsweise Blasformmaschinen.
Aus der EP 2 242 633 ist ein Linearantrieb offenbart, der zur Erzeugung einer Stellbewegung und zur Aufbringung einer großen Haltekraft für ein Formwerkzeug vorgesehen ist. Dieser hat zum einen einen Spindeltrieb für die Stellbewegung und zum anderen einen Differentialzylinder zum Aufbringen der Haltekraft. Der Differentialzylinder hat einen Kolben, von dem aus sich eine Kolbenstange erstreckt. Die Kolbenstange und der Spindeltrieb greifen hierbei an einen zu bewegenden Formteil gemeinsam an und sind parallel angeordnet. Beim Verfahren des Formteils über den Spindelantrieb wird der Kolben mitbewegt. Der Kolben trennt im Differentialzylinder einen Ringraum von einem Zylinderraum. Zum Aufbringen einer erforderlichen Haltekraft wird der Ringraum mit dem Zylinderraum fluidisch verbunden, wobei hierbei zusätzlich ein Hydrospeicher angeschlossen ist. Da der Kolben zylinderraumseitig eine größere Druckfläche im Vergleich zur Ringraumseite hat, ergibt sich eine in Schließrichtung des Formteils wirkende Haltekraft. Somit erfolgt zum Zweck eines Kraftaufbaus eine Druckbelastung des Kolbens vom Zylinderraum her.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung und eine Maschine zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfacher ausgestaltet sind und mit denen in kürzester Zeit eine hohe Kraft, insbesondere eine hohe Schließkraft für ein Formwerkzeug, aufbringbar ist. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zu schaffen, mit dem die Antriebsanordnung effektiv einsetzbar ist.
Diese Aufgabe hinsichtlich der Antriebsanordnung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der Maschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Antriebsanordnung oder Linearantriebsanordnung, insbesondere für ein Formwerkzeug, vorgesehen. Diese hat einen mechanischen Linearantrieb und/oder zumindest einen hydraulischen Antrieb, der für eine translatorische Bewegung vorgesehen ist. Die Antriebe sind insbesondere zum Bewegen und Halten eines Werkzeugs, insbesondere eines Formteils einer Form oder Formwerkzeugs, einsetzbar. Der Linearantrieb und der hydraulische Antrieb sind hierbei mechanisch gekoppelt. Vorzugsweise sind die Antriebe des Weiteren in Reihe geschaltet.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf vorrichtungstechnisch einfache Weise der Linearantrieb für größere Hubbewegungen einsetzbar ist und der hydraulische Antrieb dann zum Aufbringen hoher Kräfte in kürzester Zeit vorgesehen werden kann.
Der hydraulische Antrieb kann insbesondere zwischen dem Linearantrieb und dem Werkzeug angeordnet sein. Der hydraulische Antrieb kann dann zusammen mit dem Werkzeug vom Linearantrieb verfahren werden und das Werkzeug kann alleine vom hydraulischen Antrieb verfahren werden. Somit ist vorzugsweise der hydraulische Antrieb derart mit dem Linearantrieb verbunden, dass er über diesen verfahrbar ist und das Werkzeug kann dann mit dem Linearantrieb über den hydraulischen Antrieb verbunden sein. Wird der hydraulische Antrieb eingesetzt, so kann er sich am Linearantrieb abstützen und das Werkzeug, insbesondere das Formteil, unabhängig vom Linearantrieb bewegen und mit einer Kraft beaufschlagen. Denkbar ist auch, dass die Linearantrieb zwischen dem hydraulischen Antrieb und dem Werkzeug angeordnet ist.
Mit anderen Worten ist ein mechanischer Linearantrieb mit einem hydraulischen Kraftmodul gekoppelt. Hierdurch kann beispielsweise mit geringem Aufwand eine hohe Zuhaltekraft der Form, wie beispielsweise bei einer Blasformmaschine, realisiert werden.
Bei dem hydraulischen Antrieb handelt es sich vorzugsweise um eine Hydrozylinder mit einem Kolben. Durch die Reihenanordnung ist es nicht mehr notwendig, wie beispielsweise im Eingangs erläuterten Stand der Technik, dass der Kolben zusammen mit dem mechanischen Linearantrieb bewegt wird, sondern es kann beispielsweise der gesamte Hydrozylinder vom Linearantrieb verfahren werden. Hierdurch kann ein Ölvolumen des Hydrozylinders äußerst gering sein.
Insbesondere handelt es sich bei dem hydraulischen Antrieb vorzugsweise um einen Differentialzylinder. Dieser kann einen Kolben aufweisen, der mit einer ersten Druckfläche einen ersten Betätigungsdruckraum und mit einer zweiten größeren Druckfläche einen zweiten Betätigungsdruckraum begrenzt. Druckmittel kann dann über die zweite Druckfläche auf den Kolben in Öffnungsrichtung der Form oder in Einfahrrichtung wirken. Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass beide Betätigungsdruckräume mit einer Hochdruckseite verbindbar sind. Liegt dann ein gleicher Druck in den Betätigungsdruckräumen durch die Verbindung mit der Hochdruckseite vor, so wird der Kolben aufgrund der Druckflächendifferenz in Richtung einer Verkleinerung des ersten Betätigungsdruckraums verschoben und am Ende vorgespannt. Mit anderen Worten ist der Differentialzylinder in beiden Betätigungsdruckräumen mit einem Hockdruck vorgespannt, wobei die Flächenverhältnisse der Druckflächen derart sind, dass der Differentialzylinder hierbei eingefahren ist. Somit können auf einfache Weise eine definierte Positionierung des Kolbens und eine Vorspannung des Kolbens erfolgen. Durch die Vorspannung ist weiter denkbar, dass, wenn beispielsweise Druckmittel aus dem zweiten Betätigungsdruckraum entlassen wird und im ersten Betätigungsdruckraum weiter Hochdruck bereitgestellt ist, der Kolben sich äußerst schnell in Richtung einer Verkleinerung des zweiten Betätigungsdruckraums verschiebt. Somit ist beispielsweise denkbar, dass Druckmittel aus dem zweiten Betätigungsdruckraum unabhängig vom ersten Betätigungsdruckraum entlassbar ist. Dieses erfolgt beispielsweise dadurch, dass der zweite Betätigungsdruckraum unabhängig vom ersten Betätigungsdruckraum mit einer Niederdruckseite verbindbar ist. Diese Lösung hat des Weiteren den Vorteil, dass für eine derartige Vorspannfunktion und Betätigungsfunktion des Kolbens eine benötige zu installierende Pumpenleistung äußerst gering ist. Beispielsweise kann dann das Vorspannen während Verfahrbewegungen des Linearantriebs und/oder während Wartezeiten im Zyklus erfolgen. Somit kann bei geringster Antriebsleistung ein äußerst schneller Kraftaufbau erfolgen. Mit anderen Worten kann ein dynamischer Kraftaufbau bei geringer Antriebsleistung mit der Antriebsanordnung vorgesehen sein. Diese ist dabei äußerst kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet und weist wenige Bauteile auf. Des Weiteren ist zum Betreiben des hydraulischen Antriebs nur ein geringes Ölvolumen notwendig. Des Weiteren kann auf einfache Weise eine Trennung von einem Verfahr- und einem Krafthub erfolgen, wobei der Verfahrhub vorzugsweise von dem mechanischen Linearantrieb und der Krafthub von einem hydraulischen Antrieb ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise hat der Kolben des Differentialzylinders eine den ersten Betätigungsdruckraum durchsetzende Kolbenstange und eine zweite den zweiten Betätigungsdruckraum durchsetzende Kolbenstange. Die erste Kolbenstange kann hierbei frei sein, während die zweite Kolbenstange vorzugsweise mit dem Werkzeug verbindbar ist. Ein Zylindergehäuse des Differentialzylinders ist dann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise fest mit dem mechanischen Linearantrieb verbunden und über diesen dann linear bewegbar. Die unterschiedliche Größe der Druckflächen des Kolbens kann somit einfach durch unterschiedliche Durchmesser der Kolbenstangen ausgebildet werden, wobei dann die erste Kolbenstange vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die zweite aufweist. Durch die Befestigung des Zylindergehäuses am Linearantrieb kann der Differentialzylinder somit auf vorrichtungstechnisch einfache Weise über den Linearantrieb linear verschoben werden.
Vorzugsweise ist eine Ventilanordnung vorgesehen, die zumindest ein Ventil aufweist, über das der zweite Betätigungsdruckraum entweder mit der Hochdruckseite und/oder mit dem ersten Betätigungsdruckraum oder mit der Niederdruckseite verbindbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Dekompressionsventil vorgesehen. Über dieses ist mit Vorteil eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum und der Niederdruckseite auf- und zusteuerbar. Somit kann eine Druckentlastung des zweiten Betätigungsdruckraums einfach durch ein Ventil gesteuert sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Verbindungsventil oder Kurzschlussventil vorgesehen sein. Über dieses kann dann beispielsweise eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum und einer Hochdruckseite auf- und zusteuerbar sein. Somit ist beispielsweise denkbar, dass der zweite Betätigungsdruckraum beim Einsatz eines Verbindungsventils und Dekompressionsventils entweder mit der Hochdruckseite oder mit der Niederdruckseite verbunden ist. Beispielsweise ist der zweite Betätigungsdruckraum dann über das Verbindungsventil mit dem ersten Betätigungsdruckraum verbindbar. Das Dekompressionsventil und das Verbindungsventil sind - beispielsweise fluidisch parallel - am zweiten Betätigungsdruckraum angeschlossen.
Das Dekompressionsventil und/oder das Verbindungsventil ist/sind vorzugsweise als Schaltventil ausgestaltet. Die Druckentlastung der zweiten Betätigungskammer kann somit über das Schaltventil äußerst schnell ausgeführt werden, womit ebenfalls äußerst schnell eine hohe Kraftentfaltung in Ausfahrrichtung erreicht werden kann. Alternativ wäre denkbar das Dekompressionsventil und/oder das Verbindungsventil stetig verstellbar auszuführen, insbesondere wenn ein Druck und/oder ein Kraft zeitlich veränderbar sein soll, d. h. mit anderen Worten ein Druck- oder Kraftprofil gefahren werden soll. Außerdem ist denkbar, dass Dekompressionsventil und/oder dass Verbindungsventil als Sitzventil oder Logikventil auszubilden. Möglich ist auch, dem Dekompressionsventil ein Ventil niederdruckseitig nachzuschalten, dass zur zeitabhängige Kraft- und/oder Drucksteuerung vorgesehen sein kann.
Das Dekompressionsventil hat vorzugsweise einen ersten Anschluss, über den es mit dem zweiten Betätigungsdruckraum verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, über den es mit der Niederdruckseite verbunden ist. Ein Ventilschieber des Dekompressionsventils kann über eine Ventilfeder in einer Schließstellung vorgespannt sein. In einer Öffnungsstellung kann der Ventilschieber über einen Aktuator entgegen einer Federkraft der Ventilfeder geschaltet werden.
Mit Vorteil hat das Verbindungsventil einen ersten Anschluss, über den es an den Strömungspfad zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum und dem Dekompressionsventil angeschlossen ist. Mit einem zweiten Anschluss kann es mit dem ersten Betätigungsdruckraum verbunden sein. Ein Ventilschieber des Verbindungsventils ist vorzugsweise über eine Ventilfeder in einer Öffnungsstellung vorgespannt. Der Ventilschieber kann dabei über einen Aktuator entgegen einer Federkraft der Ventilfeder in eine Schließstellung gebracht werden.
Es ist denkbar, eine Mehrzahl von Dekompressionsventilen vorzusehen, die fluidisch parallel oder in Reihe zueinander angeordnet sind. Hierdurch können auf vorrichtungstechnisch einfache Weise sicherheitstechnische Anforderungen erfüllt werden, indem eine Redundanz des Dekompressionsventils vorgesehen wird. Das Gleiche ist auch für das Verbindungsventil denkbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Niederdruckseite ein Niederdruckspeicher oder ein Tank vorgesehen. Es kann der Tank für ein offenes hydraulisches System oder der Niederdruckspeicher für ein geschlossenes hydraulisches System vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, auf der Hochdruckseite einen Hochdruckspeicher vorzusehen, der mit beiden Betätigungsdruckräumen verbindbar ist. Der Hochdruckspeicher führt vorteilhafterweise zu einem schnelleren Kraftaufbau.
Somit kann beispielsweise zum Vorspannen des Kolbens genügend Druckmittel vorgehalten werden. Der Hochdruckspeicher ist vorzugsweise mit dem ersten Betätigungsdruckraum direkt und/oder mit dem zweiten Betätigungsdruckraum über das Verbindungsventil verbunden.
Mit Vorteil kann/können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Hydromaschine und/oder ein Hydrozylinder zur Zuführung von Druckmittel in die Hochdruckseite vorgesehen sein. Beispielsweise kann damit der Hochdruckspeicher jederzeit geladen werden. Hierdurch ist im Wesentlichen ein autarker hydraulischer Antrieb geschaffen. Die Hydromaschine und/oder der Hydrozylinder ist/sind mit dem zweiten Betätigungsdruckraum vorzugsweise über das Verbindungsventil verbunden. Des Weiteren ist denkbar, dass die Hydromaschine und/oder der Hydrozylinder mit dem ersten Betätigungsdruckraum direkt verbunden ist/sind. Mit der Hydromaschine und/oder mit dem Hydrozylinder kann beispielsweise Druckmittel von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite förderbar sein.
Die Hydromaschine und/oder der Hydrozylinder ist/sind vorzugsweise von einer Antriebseinheit, insbesondere von einem Elektromotor, vorrichtungstechnisch einfach antreibbar. Weiter vorrichtungstechnisch einfach kann vorgesehen sein, die Antriebseinheit ohne eine Übersetzung, wie beispielsweise ein Getriebe, mit der Hydromaschine zu verbinden. Die Hydromaschine und/oder der Hydrozylinder zusammen mit der Antriebseinheit bildet/bilden dann vorteilhafterweise eine autarke Motor-Pumpen-Einheit. Ist zum Zuführen von Druckmittel in die Hochdruckseite ein Hydrozylinder vorgesehen, so ist denkbar, dass dieser über eine autarke Lineareinheit angetrieben wird.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, eine externe Druckmittelversorgung für die Hochdruckseite auszubilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann im Strömungspfad zwischen den Betätigungsdruckräumen eine Blende vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise beim Verbinden der Betätigungsdruckräume nach dem Ausfahren des Kolbens (Kraftaufbau) dieser kontrolliert einfahrbar ist. Dies ist außerdem vorteilhaft, falls über das Werkzeug auf den Kolben in Einfahrrichtung zusätzliche Kräfte wirken. Derartige Kräfte können beispielsweise bei einem Werkzeug in Form des Formteils durch eine Holmausdehnung entstehen.
Mit Vorteil ist das Verbindungsventil über einen Zwischenpfad an den Strömungspfad zwischen dem ersten Betätigungsdruckraum und dem Hochdruckspeicher und/oder zwischen dem ersten Betätigungsdruckraum und der Hydromaschine und/oder dem Hydrozylinder angeschlossen. Das Verbindungsventil kann des Weiteren über einen Zwischenpfad an den Strömungspfad zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum und dem Dekompressionsventil angeschlossen sein. Die Blende ist dann vorzugsweise in zumindest einem der Zwischenpfade und/oder im Verbindungsventil vorgesehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Erhöhung einer Sicherheit der Antriebsanordnung vorrichtungstechnisch einfach ein Druckbegrenzungsventil an die Hochdruckseite, insbesondere an den ersten Betätigungsdruckraum, angeschlossen sein. Dieses kann ab einem vorbestimmten Druck beispielsweise Druckmittel zur Niederdruckseite entlassen.
Mit Vorteil sind eine Mehrzahl von fluidisch parallel verbundener und parallel angeordneter hydraulischer Antriebe vorgesehen. Somit kann auf einfache Weise durch Variation einer Anzahl der hydraulischen Antriebe eine benötigte Kraft skaliert werden. Sind mehrere hydraulische Antriebe anstelle eines größeren hydraulischen Antriebs vorgesehen, so ist hierdurch auch eine kompakte Ausgestaltung der Antriebsanordnung ermöglicht.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung hat der Linearantrieb eine Antriebseinheit, insbesondere einen Elektromotor. Es ist denkbar, dass die Antriebseinheit des Linearantriebs zusätzlich zum Antreiben der Hydromaschine und/oder des Hydrozylinders eingesetzt ist, wodurch eine äußert kostengünstige und vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltete Antriebsanordnung ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann/können die Hydromaschine und/oder der Hydrozylinders somit über die Verfahrbewegung der Mechnik angetrieben sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Linearantrieb in einer ausgefahrenen Stellung oder in mehreren ausgefahrenen Stellungen mechanisch gehemmt ist. Dies hat den Vorteil, dass sich der Differentialzylinder auf einfache Weise am Linearantrieb abstützen kann, um beispielsweise das Werkzeug in Form eines Formteils mit einer Schließkraft zu beaufschlagen.
Der mechanische Antrieb kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass dieser schnell oder im Eilgang bewegbar ist und an seinem Hubende in der Lage ist hohe mechanische Kräfte aufzunehmen, insbesondere die über den hydraulischen Antrieb aufbringbaren Kräfte.
Mit Vorteil weist der Linearantrieb eine Kniehebelmechanik, insbesondere zum Verschieben des Differentialzylinders, auf. Somit können beispielsweise mit geringer Antriebsleistung große Hubbewegungen ausgeführt werden und am Ende einer Hubbewegung kann eine hohe Kraft aufgebracht werden. Die hohe Kraft ist beispielsweise am Ende der Hubbewegung des Differentialzylinders beziehungsweise des Werkzeugs, insbesondere in Form des Formteils, hin in Schließrichtung aufbringbar. Des Weiteren ist vorzugsweise die Kniehebelmechanik derart ausgestaltet, dass diese am ihrem Hubende die mechanische Hemmung aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Linearantrieb vorzugsweise eine von der Antriebseinheit drehend antreibbare ortsfeste Gewindespindel auf, auf der eine Spindelmutter vorgesehen sein kann. Diese ist vorzugsweise bei einer Drehbewegung der Gewindespindel translatorisch verschiebbar. Die Spindelmutter kann über die Kniehebelmechanik mit dem Zylindergehäuse verbunden sein. In Schließrichtung des Werkzeugs, insbesondere der Form, ist vorzugsweise, wie vorstehend bereits angeführt, die aufbringbare Hebelkraft vergrößerbar. Alternativ ist denkbar die Gewindespindel verschiebbar auszugestalten und die Spindelmutter ortsfest auszubilden. Hierbei kann dann die Gewindespindel über die Kniehebelmechanik mit dem Zylindergehäuse verbunden sein.
Mit Vorteil hat die Kniehebelmechanik ein Stabelement, das an der Spindelmutter über eine Drehlagerung befestigt ist, wobei das Stabelement zusammen mit der Spindelmutter verfahrbar ist. Des Weiteren kann das Stabelement über seinen von der Drehlagerung entfernten Lagerabschnitt am Zylindergehäuse direkt oder über ein Zwischenelement, wie beispielsweise eine Platte, abgestützt sein. Der Lagerabschnitt kann vom Zylindergehäuse aus gesehen quer zur Zylinderachse des Differentialzylinders verschiebbar sein. Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass an dem Stabelement zwischen dessen Lagerabschnitt und der Drehlagerung ein Haltestab über eine weitere Drehlagerung angreift. Der Haltestab kann dann mit einer weiteren Drehlagerung verbunden sein, die ortsfest und insbesondere radial beabstandet zur Gewindespindel angeordnet ist. Vorzugsweise ist die ortsfeste Drehlagerung des Haltestabs vom Differentialzylinder aus in Richtung der Gewindespindel gesehen nach der anderen Drehlagerung angeordnet. Am Lagerabschnitt des Stabelements kann auch eine Drehlagerung vorgesehen sein, die vorzugsweise vom Differentialzylinder aus in Richtung der Gewindespindel gesehen vor den anderen Drehlagerungen angeordnet ist. Die Gewindespindel erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Längsachse des Differentialzylinders. Durch eine derartige Kniehebelmechanik kann beim Verschieben der Spindelmutter in einer Richtung hin zum Differentialzylinder dieser hin zur Gewindespindel bewegt werden beziehungsweise in Öffnungsrichtung des Formwerkzeugs verfahren werden. Bei einer entgegen gesetzten Verschiebung der Spindelmutter wird dagegen der Differentialzylinder entsprechend entgegen gesetzt verfahren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Kniehebelmechanik vorzugsweise vorgesehen, dass in einer Endstellung des Stabelements dieses sich, insbesondere im Wesentlichen, parallel zur Längsachse des Differentialzylinders erstreckt. Hierdurch ist eine hohe mechanische Steifigkeit erreicht, insbesondere wenn sich der hydraulische Antrieb am Linearantrieb abstützt, um das Werkzeug, insbesondere in Form des Formteils, mit einer Schließkraft zu beaufschlagen.
Der Haltestab zusammen mit dem Stabelement und den Drehlagerungen bilden vorzugsweise eine Gruppe. Es ist denkbar, dass eine Mehrzahl von derartigen Gruppen vorgesehen ist. Insbesondere können die Gruppen beispielsweise symmetrisch bezüglich der Gewindespindel angeordnet sein. Somit kann bei Bedarf auf einfache Weise die Größe des Linearantriebs skaliert werden.
Erfindungsgemäß ist eine Maschine mit einer Antriebsanordnung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Diese kann ein Formwerkzeug aufweisen, das dann das Formteil hat, das über die Antriebsanordnung bewegbar ist. Bei der Maschine handelt es sich beispielsweise um eine Blasformmaschine. Denkbar wäre auch, als Maschine eine Kunststoffgussmaschine oder eine Metallgussmaschine vorzusehen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren mit einer Antriebsanordnung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Hierbei kann der Linearantrieb vorteilhafterweise den hydraulischen Antrieb zusammen mit dem Werkzeug, insbesondere in Form eines Formteils, verfahren. Des Weiteren kann vorteilhafterweise der hydraulische Antrieb das Werkzeug unabhängig vom Linearantrieb verfahren.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass ein Kurzschließen der Betätigungsdruckräume zum Vorspannen des Kolbens während einer Verfahrbewegung der Antriebsanordnung, insbesondere bei einer Entlastung des Werkzeugs, insbesondere in Form eines Formteils, oder während einer Wartezeit im Verfahrzyklus der Antriebsanordnung erfolgt.
Bei dem Verfahren kann es weiter vorgesehen sein, dass zum Bewegen des Kolbens des Differentialzylinders in Ausfahrrichtung, insbesondere in Schließrichtung der Form, der zweite Betätigungsdruckraum mit der Niederdruckseite verbunden wird und die fluidische Verbindung der Betätigungsdruckräume getrennt wird. Weiterhin kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass in einer Grundstellung des Differentialzylinders die Betätigungsdruckräume miteinander und mit einer Hochdruckseite verbunden sind.
Der Linearantrieb bewegt den Differentialzylinder vorzugsweise in eine Aktionsrichtung bis das Stabelement, insbesondere etwa parallel zur Gewindespindel, gestreckt ist. Als Aktionsrichtung kann beispielsweise eine Schließrichtung der Form vorgesehen sein. Im Anschluss daran kann das Verbindungsventil dann geschlossen werden und das Dekompressionsventil geöffnet werden, um ein Ausfahren des Differentialzylinders zu ermöglichen.
Zum Verschieben des Werkzeug entgegen der Aktionsrichtung, also beispielsweise in Öffnungsrichtung der Form, kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, das Dekompressionsventil zu schließen und das Verbindungsventil zu öffnen, um den Differentialzylinder einzufahren. Im Anschluss oder etwa gleichzeitig oder zeitlich überlappend kann dann der Differentialzylinder zusammen mit dem Werkzeug über den linearen Antrieb in Öffnungsrichtung bewegt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Funktionsschaltbild einer Antriebsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Gemäß der einzigen Figur ist eine Blasformmaschine 1 mit einer Antriebsanordnung 2 dargestellt. Diese hat einen mechanischen Linearantrieb 4 und einen hydraulischen Antrieb in Form eines Differentialzylinders 6. Über den Linearantrieb 4 und den Differentialzylinder 6 ist ein Formteil 8 eines Formwerkzeugs 10 linear beweglich und mit einer Schließkraft beaufschlagbar. Das Formteil 8 kann an ein weiteres Formteil 12 des Formwerkzeugs 10 in Anlage gebracht werden oder von diesem wegbewegt werden. Das Formteil 12 ist hierbei ortsfest an einer Halteplatte 14 befestigt.
Der Differentialzylinder 6 hat einen Kolben 16, der in einem Zylindergehäuse 18 bewegbar ist. Auf einer Seite des Kolbens 16 erstreckt sich eine erste Kolbenstange 20 und auf der anderen Seite eine zweite Kolbenstange 22. Diese ist über eine Halteplatte 24 mit dem Formteil 8 verbunden. Das Zylindergehäuse 18 ist ebenfalls an einer Halteplatte 26 festgelegt. Über diese ist dann der Differentialzylinder 6 mit dem mechanischen Linearantrieb 4 verbunden. Die Halteplatte 26 ist somit über den mechanischen Linearantrieb 4 in Richtung der Längsachse des Differentialzylinders 6 verschiebbar, wobei dann der Differentialzylinder 6 zusammen mit der Halteplatte 26 und der Halteplatte 24 verschoben wird. Die erste Kolbenstange 20 durchsetzt hierbei die Halteplatte 26 und ist dabei relativ zu dieser bewegbar. Des Weiteren durchsetzt die erste Kolbenstange 20 bei dem Differentialzylinder 6 einen ersten Betätigungsdruckraum 28. Die zweite Kolbenstange 22 durchsetzt dann beim Differentialzylinder 6 einen zweiten Betätigungsdruckraum 30. Die Kolbenstange 22 weist hierbei einen geringeren Durchmesser als die Kolbenstange 20 auf, weswegen eine erste Druckfläche 32 des Kolbens 16, die den ersten Betätigungsdruckraum 28 begrenzt, kleiner als eine zweite Druckfläche 34 ist, die den zweiten Betätigungsdruckraum 30 begrenzt.
Der erste Betätigungsdruckraum 28 ist über eine hydraulische Leitung 36 mit einer Hydromaschine in Form einer Hydropumpe 38 verbunden. Hierbei ist der erste Betätigungsdruckraum 28 ausgangsseitig der Hydropumpe 38 angeschlossen. Diese ist von einer Antriebseinheit in Form eines Elektromotors 40 antreibbar. Die Hydromaschine 38 ist dann eingangsseitig über eine hydraulische Leitung 42 mit einem Niederdruckspeicher 44 verbunden. Des Weiteren ist an die Leitung 36 ein Hochdruckspeicher 46 angeschlossen. Außerdem zweigt von der Leitung 36 ein Druckbegrenzungsventil 48 ab, das dann des Weiteren mit der Leitung 42 verbunden ist. Der zweite Betätigungsdruckraum 30 ist über eine hydraulische Leitung 50 mit einem Dekompressionsventil 52 verbunden, das wiederum an die Leitung 42 angeschlossen ist. Hierbei handelt es sich um ein Schaltventil, über das die Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum 30 und dem Niederdruckspeicher 45 bzw. der Niederdruckseite auf- und zusteuerbar ist. An die Leitung 50 zwischen dem Dekompressionsventil 52 und dem zweiten Betätigungsdruckraum 30 ist ein Verbindungsventil 54 angeschlossen. Dieses ist des Weiteren an die Leitung 36 angeschlossen. Mit diesem kann eine Verbindung zwischen den Betätigungsdruckräumen 28, 30 auf- und zugesteuert werden. Ist das Verbindungsventil aufgesteuert und das Dekompressionsventil zugesteuert, so sind die Betätigungsdruckräume 28 und 30 druckausgeglichen, wobei ein Hochdruck vorherrscht. Durch die Flächendifferenz 32, 34 wird der Kolben 16 dann in Richtung einer Verkleinerung des ersten Betätigungsdruckraums 28 bis zu einer Endposition bewegt und dann vorgespannt.
Der Linearantrieb 4 weist eine Antriebseinheit in Form eines Elektromotors 56 auf. Dieser kann eine Gewindespindel 58 antreiben, die zwischen dem Elektromotor 56 und dem Differentialzylinder 6 angeordnet ist. Sowohl der Elektromotor 56 als auch die Gewindespindel 58 sind ortsfest. Auf der Gewindespindel 58 ist eine Spindelmutter 60 angeordnet, die bei einer Drehung der Gewindespindel 58 in einer ersten Drehrichtung weg vom Elektromotor 56 und in einer zweiten Drehrichtung hin zum Elektromotor 56 bewegbar ist. An der Spindelmutter sind zwei Stabelemente 62 und 64 jeweils über eine Drehlagerung 66 befestigt. Des Weiteren ist ein jeweiliges Stabelement 62 und 64 über eine weitere jeweilige Drehlagerung 68 mit der Halteplatte 26 und somit mit dem Differentialzylinder 6 verbunden. Die Drehlagerungen 68 sind dabei in einer Richtung quer zur Längsachse des Differentialzylinders 6 relativ zur Halteplatte 26 bewegbar. An ein jeweiliges Stabelement 62 und 64 greift zwischen den jeweiligen Drehlagern 66 und 68 jeweils ein Haltestab 70 und 72 jeweils über eine Drehlagerung 74 an. Des Weiteren ist ein jeweiliger Haltestab 70 und 72 dann über eine jeweilige Drehlagerung 76 mit einer ortsfesten Halteplatte 78 verbunden. Die Drehlagerungen 76 sind hierbei dann ebenfalls ortsfest. Das Stabelement 62 und der Haltestab 70 mit ihren Drehlagerungen 66, 68, 74 und 76 sind hierbei symmetrisch bezüglich der Gewindespindel 58 zu dem Stabelement 64 und dem Haltestab 72 mit deren entsprechenden Drehlagerungen 66, 68, 74 und 76 angeordnet. Die Stabelemente 62 und 64 bilden zusammen mit den Haltestäben 70 und 72 und der Spindelmutter 60 einen Kniehebelmechanismus. Wird nun die Spindelmutter 60 in einer Richtung weg vom Elektromotor 56 bewegt, so wandern die Drehlagerungen 68 bezüglich einer Längsachse des Differentialzylinders 6 gesehen radial nach außen. Hierdurch wird der Differentialzylinder 6 zusammen mit dem Formteil 8 weg von dem Formteil 12 bewegt. Wird dagegen die Spindelmutter 60 in Richtung hin zum Elektromotor 56 bewegt, so wandern die Drehlagerungen 68 radial bezüglich der Längsachse des Differentialzylinders 6 nach innen, womit der Differentialzylinder 6 zusammen mit dem Formteil 8 hin zum Formteil 12 bewegt wird. Bei einer derartigen Verschiebung der Spindelmutter 60 bewegen sich dann die Stabelemente 62 und 64 aufeinander zu, bis sie etwa parallel zur Gewindespindel 58 angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausrichtung können diese hohe Stützkräfte aufnehmen.
In einer Grundstellung der Antriebsanordnung 2 ist der Hochdruckspeicher 46 mit einem Hochdruck vorgespannt. Des Weiteren ist das Dekompressionsventil 52 geschlossen und das Verbindungsventil 54 geöffnet, womit die Betätigungsdruckräume 28 und 30 mit dem Hochdruckspeicher 46 verbunden sind. Hierdurch ist ein sogenannter Kurzschluss zwischen den Betätigungsdruckräumen 28 und 30 erreicht. Wie vorstehend bereits erläutert, ist hierbei dann der Kolben 16 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt, die in Richtung weg vom Formteil 12 auf den Kolben 16 wirkt.
Zum Schließen der Formteile 8 und 12, zum Schließkraftaufbau und zum Halten einer Schließkraft wird zunächst die Spindelmutter 60 hin zum Elektromotor 56 bzw. weg vom Formteil 12 verfahren, bis die Stabelemente 62 und 64 gestreckt sind. Im, insbesondere unmittelbaren, Anschluss wird dann das Verbindungsventil 54 geschlossen. Zeitlich überlappend oder im Anschluss wird das Dekompressionsventil 52 geöffnet, hierdurch der zweite Betätigungsdruckraum 30 zum Niederdruckspeicher 44 hin entlastet und der Kolben 16 über das über die Druckfläche 32 wirkende Druckmittel hin in Richtung zum Formteil 12 mit einer Kraft beaufschlagt. Hierdurch kann das Formteil 8 weiter zum Formteil 12 bewegt werden und dann im Anschluss mit einer Schließkraft beaufschlagt werden. Liegt das Formteil 8 bereits am Formteil 12 an, so kann dieses dann direkt mit der Schließkraft beaufschlagt werden. Ist ein zusätzlicher Druckmittelbedarf beim ersten Betätigungsdruckraum 28 erforderlich, so kann über die Hydropumpe 38 Druckmittel vom Niederdruckspeicher 44 in die Leitung 36 über ein Rückschlagventil 76 gefördert werden. Das Rückschlagventil 76 ist dabei stromabwärts von der Hydropumpe 38 und stromaufwärts zum ersten Betätigungsdruckraum 28 bzw. zum Hochdruckspeicher 46 angeordnet. Das Rückschlagventil 76 öffnet hierbei in einer Strömungsrichtung weg von der Hydropumpe 38.
Zum Kraftabbau und zum Öffnen des Formwerkzeugs 10 wird das Dekompressionsventil 52 zugesteuert und das Verbindungsventil 54, insbesondere zeitlich überlappend oder im Anschluss, aufgesteuert. Hierdurch wird der Kolben 16 dann wieder weg vom Formteil 12 bewegt. Im Anschluss daran oder zeitlich überlappend kann dann die Spindelmutter 60 hin zum Formteil 12 verfahren werden, womit dann der Differentialzylinder 6 zusammen mit dem Formteil 8 weg vom Formteil 12 bewegt wird.
Offenbart ist eine Antriebsanordnung mit einem mechanischen Linearantrieb und mit einem hydraulischen Antrieb. Mit diesem kann jeweils ein Formteil einer Form bewegt werden. Die Antriebe sind dabei in der Reihe angeordnet und miteinander gekoppelt.
Bezugszeichenliste

1: Blasformmaschine
2: Antriebsanordnung
4: mechanischer Linearantrieb
6: Differentialzylinder
8, 12: Formteil
10: Formwerkzeug
14, 24, 26, 78: Halteplatte
16: Kolben
18: Zylindergehäuse
20: erste Kolbenstange
22: zweite Kolbenstange
28: erster Betätigungsdruckraun
30: zweiter Betätigungsdruckraun
32, 34: Druckfläche
36, 42, 50: Leitung
38: Hydropumpe
40, 56: Elektromotor
44: Niederdruckspeicher
46: Hochdruckspeicher
48: Druckbegrenzungsventil
52: Dekompressionsventil
54: Verbindungsventil
58: Gewindespindel
60: Spindelmutter
62, 64: Stabelement
66, 68, 74, 76: Drehlagerung
70: Haltestab
72: Haltestab
76: Rückschlagventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2242633 [0003]

Claims

Antriebsanordnung mit einem mechanischen Linearantrieb (4) und mit zumindest einem hydraulischen Antrieb (6) für eine translatorische Bewegung, die jeweils zum Bewegen und Halten eines Werkzeugs (8) einsetzbar sind, wobei der Linearantrieb (4) und der hydraulische Antrieb 6 mechanisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (4) und der hydraulische Antrieb (6) in Reihe geschaltet sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei der hydraulische Antrieb (6) zwischen dem Werkzeug (8) und dem Linearantrieb (4) angeordnet ist, wobei mit dem Linearantrieb (4) der hydraulische Antrieb (6) verfahrbar ist und wobei das Werkzeug (8) mit dem Linearantrieb (4) über den hydraulischen Antrieb (6) verbindbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der hydraulische Antrieb ein Differentialzylinder (6) ist, der einen Kolben (16) hat, der mit einer ersten Druckfläche (32) einen ersten Betätigungsdruckraum (28) und mit einer zweiten größeren Druckfläche (34) einen zweiten Betätigungsdruckraum (30) begrenzt, wobei Druckmittel über die zweite Druckfläche (34) auf den Kolben (16) in Einfahrrichtung wirkt, wobei beide Betätigungsdruckräume (28, 30) mit einer Hochdruckseite (46) verbindbar sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 3, wobei Druckmittel aus dem zweiten Betätigungsdruckraum (30) unabhängig vom ersten Betätigungsdruckraum (28) zu einer Niederdruckseite (44) entlassbar, und wobei der zweite Betätigungsdruckraum (30) gegenüber der Hochdruckseite (46) absperrbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich vom Kolben (16) eine erste, den ersten Betätigungsdruckraum (28) durchsetzende Kolbenstange (20) und eine zweite, den zweiten Betätigungsdruckraum (30) durchsetzende Kolbenstange (22) aufweist, wobei die erste Kolbenstange (20) frei ist, die zweite Kolbenstange (22) mit dem Formteil (8) verbindbar ist und ein Zylindergehäuse (18) des Differentialzylinders (6) mit dem mechanischen Linearantrieb (4) verbunden ist und über diesen linear bewegbar ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Dekompressionsventil (52) vorgesehen ist, über das eine Verbindung zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum (30) und einer Niederdruckseite (44) auf- und zusteuerbar ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Verbindungsventil (54) vorgesehen ist, über das eine Verbindung zwischen dem zweiten Betätigungsdruckraum (30) und einer Hochdruckseite (46) auf- und zusteuerbar ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei auf der Hochdruckseite ein Hochdruckspeicher (46) vorgesehen ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei eine Hydromaschine (38) und/oder ein Hydrozylinder zur Zuführung von Druckmittel in die Hochdruckseite vorgesehen sind, und/oder wobei eine externe Druckmittelversorgung für die Hochdruckseite vorgesehen ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Linearantrieb (4) in einer ausgefahrenen Stellung mechanisch gehemmt ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Linearantrieb (4) eine Kniehebelmechanik (62, 64, 70, 72) aufweist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 11, wobei ein Stabelement (62, 64) an einer Spindelmutter (60), die über eine Gewindespindel (58) bewegbar ist, über eine Drehlagerung (66) befestigt ist, und wobei sich das Stabelement (62, 64) über einen von der Drehlagerung (66) entfernten Lagerabschnitt am Zylindergehäuse (6) abstützt, und wobei der Lagerabschnitt vom Zylindergehäuse (18) aus gesehen quer zur Längsachse des Differentialzylinders (6) verschiebbar ist, wobei mit dem Stabelement (62, 64) zwischen dessen Lagerabschnitt und der Drehlagerung (66) ein Haltestab (70, 72) über eine Drehlagerung (74) angreift, der über eine weitere Drehlagerung (76) befestigt ist, die ortsfest und radial beabstandet zur Gewindespindel (58) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 12, wobei in einer Endstellung des Stabelements (62, 64) dieses sich etwa parallel zur Längsachse des Differentialzylinders (6) erstreckt.
Maschine mit einer Antriebsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Formwerkzeug (10), das ein von der Antriebsanordnung (2) verfahrbares Werkzeug in Form eines Formteils (8) aufweist.
Verfahren mit einer Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Linearantrieb (4) den hydraulischen Antrieb (6) zusammen mit dem Formteil (8) verfährt und der hydraulische Antrieb (6) das Formteil (8) unabhängig vom Linearantrieb (4) verfährt.