DE102019202883A1 - Hydraulic control arrangement and drive unit - Google Patents
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Abstract
Offenbart sind eine hydraulische Steueranordnung und eine mit einer derartigen hydraulischen Steueranordnung ausgeführte Antriebseinheit, insbesondere für eine Gussmaschine, wobei die Steueranordnung einen Hydrozylinder hat, dem ein Steuerblock zugeordnet ist. Die Position eines Kolbens des Hydrozylinders wird mittels eines Positionssensors detektiert, der erfindungsgemäß zum Einströmbereich des Hydrozylinders oder des Steuerblocks beabstandet aufgenommen ist.Disclosed are a hydraulic control arrangement and a drive unit embodied with such a hydraulic control arrangement, in particular for a casting machine, the control arrangement having a hydraulic cylinder to which a control block is assigned. The position of a piston of the hydraulic cylinder is detected by means of a position sensor, which according to the invention is received at a distance from the inflow region of the hydraulic cylinder or of the control block.
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine mit einer derartigen Steueranordnung ausgeführte Antriebseinheit.The invention relates to a hydraulic control arrangement according to the preamble of claim 1 and a drive unit designed with such a control arrangement.
Die Antriebseinheit kann beispielsweise verwendet werden, um den Gießkolben einer Gießeinheit einer Gießmaschine, beispielsweise einer Druckgussmaschine, einer Thixomoldingmaschine oder einer Spritzgießmaschine anzutreiben.The drive unit can be used, for example, to drive the casting piston of a casting unit of a casting machine, for example a die casting machine, a thixomolding machine or an injection molding machine.
Der Grundaufbau einer derartigen Antriebseinheit einer Druckgussmaschine ist beispielsweise in den Druckschriften
- - Vorfüllen/Vorschieben
- - Einspritzen/Schuss und
- - Nachverdichten/Druckaufbau
- - Filling / feeding
- - injection / shot and
- - Post-compression / pressure build-up
Bei einer kompakten Lösung ist die hydraulische Schaltung mit den Wege-/Schaltventilen sowie ggf. mit den Druckspeichern in einen Steuerblock integriert, der an dem Differentialzylinder angesetzt sein kann. Prinzipiell kann der Steuerblock jedoch auch getrennt vom Gießzylinder angeordnet sein.In a compact solution, the hydraulic circuit with the directional / switching valves and possibly with the pressure accumulators is integrated in a control block, which can be attached to the differential cylinder. In principle, however, the control block can also be arranged separately from the casting cylinder.
Bei der kompakten Lösung bilden der Gießzylinder und der Steuerblock gemeinsam eine Zylinder- und Einströmkammer, die von dem Kolben begrenzt ist. Der Hub des Kolbens wird über einen Positionssensor erfasst, der bei herkömmlichen Lösungen am Boden der Einströmkammer befestigt ist und mit einem Sensorstab in eine Sensorausnehmung hineinragt, die sich in eine Kolbenstange des Kolbens hinein erstreckt. Diese Sensorstange wirkt mit einem Positionsmagneten zusammen, der am Kolben angeordnet ist. In dieser kolbenseitigen Einströmkammer mündet ein Druckanschluss, der beispielsweise bei einer Druckgussmaschine zur Verdichtung mit Hochdruck beaufschlagt wird, der beispielsweise im Bereich von über 400 bar liegen kann. Ein kolbenstangenseitiger Druckraum des Hydrozylinders ist dabei mit einem Tank verbunden, so dass ein sehr schneller Kraftaufbau erfolgt. Durch die damit einhergehenden hohen Druckmittel-Einströmkräfte kann der Sensor verbogen oder deformiert werden, so dass die Funktion der hydraulischen Steueranordnung, insbesondere die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Kolbenposition beeinträchtigt ist.In the compact solution, the casting cylinder and the control block together form a cylinder and inflow chamber which is delimited by the piston. The stroke of the piston is detected by a position sensor which is attached to the bottom of the inflow chamber in conventional solutions and which projects with a sensor rod into a sensor recess which extends into a piston rod of the piston. This sensor rod interacts with a position magnet which is arranged on the piston. A pressure connection opens into this piston-side inflow chamber and is pressurized with high pressure, for example in a die-casting machine, for compression, which can be, for example, in the range of over 400 bar. A pressure chamber of the hydraulic cylinder on the piston rod side is connected to a tank, so that the force is built up very quickly. The associated high pressure medium inflow forces can cause the sensor to be bent or deformed, so that the function of the hydraulic control arrangement, in particular the measurement accuracy, is impaired when determining the piston position.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steueranordnung und eine damit ausgeführte Antriebseinheit zu schaffen, bei denen auch bei hohen Drücken eine ordnungsgemäße Funktion gewährleistet ist.In contrast, the invention has for its object to provide a hydraulic control arrangement and a drive unit executed therewith, in which a proper function is guaranteed even at high pressures.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die hydraulische Steueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.This object is achieved with regard to the hydraulic control arrangement with the features of patent claim 1 and with regard to the drive unit with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße hydraulische Steueranordnung hat einen Hydrozylinder, insbesondere einen Gießzylinder, an den vorzugsweise ein hydraulischer Steuerblock angebaut ist, über den die Druckmittelverbindung des Hydrozylinders zu Hochdruck- oder Niederdruckspeichern bzw. einem Tank gesteuert wird.The hydraulic control arrangement according to the invention has a hydraulic cylinder, in particular a casting cylinder, to which a hydraulic control block is preferably attached, via which the pressure medium connection of the hydraulic cylinder to high-pressure or low-pressure accumulators or a tank is controlled.
Der Hydrozylinder hat einen Kolben, der in einem Zylindergehäuse geführt ist und abschnittsweise eine kolbenseitige Zylinderkammer begrenzt, an die eine Einströmkammer angrenzt oder die mit einem Einströmkammerabschnitt ausgebildet ist. In diese Einströmkammer mündet ein Druckmittelanschluss ein.The hydraulic cylinder has a piston which is guided in a cylinder housing and, in sections, delimits a piston-side cylinder chamber to which an inflow chamber adjoins or which is designed with an inflow chamber section. A pressure medium connection opens into this inflow chamber.
Zur Detektion einer Kolbenposition ist die Steueranordnung mit einem Positionssensor ausgeführt, der im Bereich der Zylinderkammer abgestützt ist und mit einem Sensorstab in eine Sensorausnehmung des Kolbens hineinragt. Erfindungsgemäß ist der Sensorstab nicht, wie bei herkömmlichen Lösungen, an einem Boden der Einströmkammer befestigt, sondern an einer Halterung, die den Sensor zum Kolben hin oder zum Übergangsbereich zwischen Zylinderkammer und Einströmkammer/Einströmkammerabschnitt hin versetzt abstützt. Die Halterung erstreckt sich dabei vorzugsweise etwa in Verlängerung des Sensorstabs oder Positionssensors. Die Positionierung der Halterung erfolgt derart, dass der Sensor nicht mehr direkt im Einströmbereich des Druckmittels, beispielsweise der steuerblockseitigen Einströmkammer liegt und entsprechend die Halterung und nicht der Sensor mit den Druckmittel-Einströmkräften beaufschlagt ist. Diese kann jedoch in einfacher Weise so ausgelegt sein, dass sie den Einströmkräften auch bei hohen Drücken standhält. Der Sensor ist dann vorzugsweise im Übergangsbereich von dem steuerblockseitigen Teil der Zylinderkammer bzw. der Einströmkammer zum eigentlichen Zylindergehäuse, beispielsweise einem Zylinderrohr abgestützt - in diesem Übergangsbereich und in dem sich daran anschließenden Umströmungsbereich des Sensors sind die Druckmittelkräfte wesentlich geringer als im Einströmbereich, so dass die eingangs geschilderten Probleme mit einer Deformation des Sensors nicht auftreten.To detect a piston position, the control arrangement is designed with a position sensor which is supported in the area of the cylinder chamber and projects into a sensor recess of the piston with a sensor rod. According to the invention, the sensor rod is not attached to a bottom of the inflow chamber, as in conventional solutions, but to a holder which supports the sensor offset toward the piston or towards the transition area between the cylinder chamber and inflow chamber / inflow chamber section. The bracket preferably extends approximately as an extension of the sensor rod or position sensor. The holder is positioned in such a way that the sensor is no longer located directly in the inflow area of the pressure medium, for example the control block-side inflow chamber, and accordingly the holder and not the sensor is acted upon by the pressure medium inflow forces. However, this can be in simply be designed so that it withstands the inflow forces even at high pressures. The sensor is then preferably supported in the transition area from the control block-side part of the cylinder chamber or the inflow chamber to the actual cylinder housing, for example a cylinder tube - in this transition area and in the adjoining flow area of the sensor, the pressure medium forces are significantly lower than in the inflow area, so that the Problems described at the beginning with a deformation of the sensor do not occur.
Der Begriff „Zylinderkammer“ und „Einströmkammer“ ist relativ breit auszulegen, wobei die Einströmkammer bzw. der Einströmkammerabschnitt auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Zylinderkammer ausgebildet sein kann, die sich dann beispielsweise in den Steuerblock hinein erstreckt. Der sich in den Steuerblock hinein erstreckende Bereich der kolbenseitigen Druckkammer ist bei den folgenden Ausführungen als Einströmkammer/Einströmkammerabschnitt bezeichnet.The terms “cylinder chamber” and “inflow chamber” are to be interpreted relatively broadly, the inflow chamber or the inflow chamber section also being able to be formed by a corresponding configuration of the cylinder chamber, which then extends, for example, into the control block. The area of the piston-side pressure chamber that extends into the control block is referred to as the inflow chamber / inflow chamber section in the following embodiments.
Durch das axiale Versetzen des Sensors hin zum Kolben/Zylinderraum kann ein kürzerer Sensor als bei herkömmlichen Lösungen verwendet werden, bei denen der Sensor am Boden der Zylinder- oder Einströmkammer, vorzugsweise am Steuerblock abgestützt ist, wobei dann ein Sensorstab die Einströmkammer ohne Überlappung mit dem Kolben durchsetzt und somit den Druckkräften ausgesetzt ist. Die Halterung kann auf einfache Weise so stabil dimensioniert werden, dass sie sich nicht verformt. Selbst eine eventuelle Verformung der Halterung würde sich dann nicht auf die Messqualität des Sensors auswirken.Due to the axial displacement of the sensor towards the piston / cylinder space, a shorter sensor can be used than in conventional solutions in which the sensor is supported on the bottom of the cylinder or inflow chamber, preferably on the control block, in which case a sensor rod has the inflow chamber without overlapping with the Piston penetrates and is therefore exposed to the pressure forces. The holder can easily be dimensioned so that it does not deform. Even a possible deformation of the bracket would not affect the measurement quality of the sensor.
Bei einer besonders bevorzugten Lösung ist die Halterung mit einem Halterohr ausgeführt, das steuerblockseitig abgestützt ist und an dessen kolbenseitigem Endabschnitt der Sensor gehalten ist. Vorzugsweise umgreift dieser Endabschnitt den Sensor abschnittsweise. Dieses Halterohr wirkt dann sowohl als Halterung als auch als Schutzrohr, über das der Sensor abschnittsweise überdeckt ist, so dass der Sensor in diesem Bereich nicht direkt mit Druckmittel beaufschlagt wird.In a particularly preferred solution, the holder is designed with a holding tube which is supported on the control block side and on the piston-side end section of which the sensor is held. This end section preferably engages around the sensor in sections. This holding tube then acts both as a holder and as a protective tube, over which the sensor is partially covered, so that the sensor is not directly pressurized in this area.
Die Abstützung des Sensors lässt sich weiter verbessern, wenn das Halterohr und/oder der Sensor im Bereich der Zylinderkammer oder des Zylindergehäuses über eine Stützringanordnung radial abgestützt ist.The support of the sensor can be further improved if the holding tube and / or the sensor is supported radially in the area of the cylinder chamber or the cylinder housing via a support ring arrangement.
Die Druckmittelverbindung zur Sensorausnehmung des Kolbens hin kann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel durch Ausnehmungen/Durchbrüche in der Stützringanordnung erfolgen, über die die Druckmittelströmung beruhigt wird.In such an embodiment, the pressure medium connection to the sensor recess of the piston can take place through recesses / openings in the support ring arrangement, via which the pressure medium flow is calmed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine den Sensorstab tragende Sensorbasis des Sensors, vorzugsweise im Bereich der Stützringanordnung, über eine Klemmeinrichtung im Halterohr gegen eine Stützschulter vorgespannt.According to an advantageous development of the invention, a sensor base of the sensor carrying the sensor rod, preferably in the area of the support ring arrangement, is prestressed against a support shoulder via a clamping device in the holding tube.
Eine Beschädigungsgefahr des Sensors lässt sich weiter verringern, wenn der Sensorstab von einem Mantelrohr umgeben ist, das an das Halterohr angesetzt ist, so dass der gesamte Sensor ummantelt und somit geschützt ist.A risk of damage to the sensor can be further reduced if the sensor rod is surrounded by a jacket tube which is attached to the holding tube, so that the entire sensor is encased and thus protected.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Sensorstab (bei einem nicht mit einem Mantelrohr versehenen Positionssensor) bzw. das Mantelrohr über eine geeignete Abstützung/Führung innerhalb des Kolbens - oder bei einem Differentialzylinder - innerhalb der Kolbenstange in Radialrichtung abgestützt/geführt.According to one embodiment, the sensor rod (in the case of a position sensor which is not provided with a jacket tube) or the jacket tube is supported / guided in the radial direction via a suitable support / guide inside the piston - or in the case of a differential cylinder - within the piston rod.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn ein vom Halterohr entfernter Endabschnitt des Mantelrohrs mit einem Endstück verschlossen ist, das den Sensorstab in Radialrichtung stützt, so dass die Relativpositionierung des Sensors innerhalb des Mantelrohrs definiert erfolgt.It is particularly preferred if an end section of the casing tube which is removed from the holding tube is closed with an end piece which supports the sensor rod in the radial direction, so that the relative positioning of the sensor takes place in a defined manner within the casing tube.
Prinzipiell kann das Mantelrohr jedoch auch im Bereich des Endabschnitts offen bleiben, so dass das Druckmittel vom Endabschnitt her in das Mantelrohr und/oder das Halterohr einströmen kann - dieser Bereich ist jedoch nicht mit den eingangs erläuterten Einströmkräften beaufschlagt.In principle, however, the casing tube can also remain open in the area of the end section, so that the pressure medium can flow into the casing pipe and / or the holding pipe from the end section - this area, however, is not subjected to the inflow forces explained at the beginning.
Die Druckmittelströmung zur Sensorausnehmung ist optimiert, wenn deren zylinderkammerseitige Mündung etwa trichterförmig zur Zylinderkammer hin erweitert ist.The pressure medium flow to the sensor recess is optimized if its mouth on the cylinder chamber side is expanded in a funnel shape towards the cylinder chamber.
Um das Ein- und Ausströmen von Druckmittel auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen zu gewährleisten, ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen Sensorstab und Umfangswandung der Sensorausnehmung bzw. zwischen der Ummantelung des Sensorstabs und der Umfangswandung der Sensorausnehmung ein Ringspalt ausgebildet, der so ausgelegt ist, dass im Betrieb auch bei hohen Druckmittelbelastungen kein Kontakt zwischen der Umfangswandung und dem Sensorstab/dem Mantelrohr erfolgt.In order to ensure the inflow and outflow of pressure medium even under unfavorable operating conditions, in one embodiment of the invention an annular gap is formed between the sensor rod and the peripheral wall of the sensor recess or between the sheathing of the sensor rod and the peripheral wall of the sensor recess, which is designed such that in Operation even with high pressure medium loads, there is no contact between the peripheral wall and the sensor rod / jacket tube.
Die Signalübertragung und Stromversorgung des Sensors ist besonders einfach, wenn das Halterohr auch als Kabeldurchführung für das Sensorkabel ausgebildet ist. Durch diese Weiterbildung ist das Sensorkabel, das sich im Prinzip durch die Zylinderkammer und die Einströmkammer hindurch zum Steuerblock erstreckt, hermetisch gegenüber dem Druckmittel abgedichtet.The signal transmission and power supply of the sensor is particularly simple if the holding tube is also designed as a cable bushing for the sensor cable. As a result of this development, the sensor cable, which in principle extends through the cylinder chamber and the inflow chamber to the control block, is hermetically sealed from the pressure medium.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Hydrozylinder als Differentialzylinder ausgeführt, wobei sich die Sensorausnehmung in eine Kolbenstange des Kolbens hinein erstreckt. In a particularly preferred exemplary embodiment, the hydraulic cylinder is designed as a differential cylinder, the sensor recess extending into a piston rod of the piston.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird das erfindungsgemäße Konzept mit einem im Abstand zu einem Einströmbereich gehaltenen Positionssensor am Beispiel einer hydraulischen Steueranordnung erläutert. Prinzipiell ist es auch vorstellbar, dieses Konzept allgemein dann anzuwenden, wenn ein Sensor mit äußeren Kräften, beispielsweise resultierend aus mechanischen Vibrationen oder aus in Strömungen von Fluiden/Gasen vorliegenden Verwirbelungen beaufschlagt ist und dann zur Vermeidung von Wechselwirkungen mit dem Sensor dessen Halterung aus diesem Störungsbereich herausgeführt ist. Die Anmelderin behält sich vor, auf dieses allgemeine Konzept eigene Ansprüche zu richten.According to the above, the concept according to the invention is explained with a position sensor held at a distance from an inflow region using the example of a hydraulic control arrangement. In principle, it is also conceivable to apply this concept generally when a sensor is subjected to external forces, for example as a result of mechanical vibrations or from turbulences in the flows of fluids / gases, and then to avoid interactions with the sensor, the holder from this fault area is brought out. The applicant reserves the right to make its own claims to this general concept.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Halterung/Ummantelung des Positionssensors mittels rohrförmiger Strukturen. Selbstverständlich können auch andere Strukturen zur Halterung/Abdeckung verwendet werden.In the above-described exemplary embodiments, the position sensor is held / encased by means of tubular structures. Of course, other structures for holding / covering can also be used.
Bei einem einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel kann anstelle eines zweiteiligen Schutzes mit einem Halterohr und einem Mantelrohr auch ein einziges Halte-/Schutzrohr verwendet werden, das dann einerseits im Bereich des Steuerblocks und/oder der Zylinderkammer und andererseits im Bereich des Kolbens bzw. der Kolbenstange in Radialrichtung geführt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Halterohr und/oder das Mantelrohr mehrteilig auszubilden.In a simply constructed embodiment, instead of a two-part protection with a holding tube and a casing tube, a single holding / protective tube can also be used, which then on the one hand in the area of the control block and / or the cylinder chamber and on the other hand in the area of the piston or the piston rod in the radial direction is led. Of course, it is also possible to design the holding tube and / or the casing tube in several parts.
Auch die Abstützung des Halterohrs oder eines entsprechenden Bauelementes im Steuerblock kann auf vielfältige Weise erfolgen und ist nicht auf die im Folgenden beschriebene konkrete Ausführung beschränkt.The support tube or a corresponding component in the control block can also be supported in a variety of ways and is not limited to the specific embodiment described below.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Gießeinheit einer Druckgussmaschine; -
2 zeigt ein Schaltschema zur Ansteuerung einer Antriebseinheit der Gießeinheit gemäß1 ; -
3 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung mit einem einen Gießzylinder bildenden Hydrozylinder, der an einen hydraulischen Steuerblock angebaut ist; -
4 zeigt eine Detaildarstellung eines steuerblockseitigen Bereichs der Steueranordnung gemäß3 ; -
5 zeigt eine Detaildarstellung eines Übergangsbereichs zwischen dem Steuerblock und dem Hydrozylinder; -
6 zeigt eine Detaildarstellung eines kolbenstangenseitigen Endabschnitts der Steueranordnung gemäß3 und -
7 zeigt einDetail B aus 6 .
-
1 shows a schematic diagram of a casting unit of a die casting machine; -
2nd shows a circuit diagram for controlling a drive unit according to the casting unit1 ; -
3rd shows a sectional view of a hydraulic control arrangement according to the invention with a hydraulic cylinder forming a casting cylinder, which is attached to a hydraulic control block; -
4th shows a detailed representation of a control block-side area of the control arrangement according to3rd ; -
5 shows a detailed view of a transition area between the control block and the hydraulic cylinder; -
6 shows a detailed representation of an end section on the piston rod side of the control arrangement according to FIG3rd and -
7 shows a detail B.6 .
Der prinzipielle Grundaufbau einer Druckgussmaschine ist in
Gemäß
Wir vorstehend erwähnt, sind die hydraulischen Steuerelemente zur Ansteuerung des Hydrozylinders
Demgemäß hat die Steueranordnung
Von der Druckleitung
In
Im Steuerblock
Zur Betätigung des Gießkolbens
In einer sich anschließenden Schuss-Phase wird der Ringraum
Beim sich anschließenden Verdichten wird der Druckmittelanschluss
Während dieser Phasen erfolgt die Ansteuerung der im Steuerblock
Weitere Einzelheiten werden anhand der
Bei dem in
Gemäß
Gemäß der Darstellung in
Ein ringförmiger Positionsmagnet
Wie insbesondere
In dem von der Kappe
Der Außendurchmesser des Mantelrohrs
Unter Umständen kann auf das Mantelrohr
Offenbart sind eine hydraulische Steueranordnung und eine mit einer derartigen hydraulischen Steueranordnung ausgeführte Antriebseinheit, insbesondere für eine Gussmaschine, wobei die Steueranordnung einen Hydrozylinder hat, dem ein Steuerblock zugeordnet ist. Die Position eines Kolbens des Hydrozylinders wird mittels eines Positionssensors detektiert, der erfindungsgemäß zum Einströmbereich des Hydrozylinders oder des Steuerblocks beabstandet aufgenommen ist.Disclosed are a hydraulic control arrangement and a drive unit embodied with such a hydraulic control arrangement, in particular for a casting machine, the control arrangement having a hydraulic cylinder to which a control block is assigned. The position of a piston of the hydraulic cylinder is detected by means of a position sensor, which according to the invention is received at a distance from the inflow region of the hydraulic cylinder or of the control block.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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