DE102021123910A1

DE102021123910A1 - Hydraulisches Antriebssystem mit einer 4Q Pumpeneinheit

Info

Publication number: DE102021123910A1
Application number: DE102021123910.9A
Authority: DE
Inventors: Mehran Moradi; Achim Helbig; Matthias Rögner; Magnus Junginger
Original assignee: Hms Hybrid Motion Solutions GmbH
Current assignee: Hms Hybrid Motion Solutions GmbH
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023041476A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem für den Betrieb eines hydraulischen Zylinders in einem ersten Bewegungsprofil und in einem zweiten Bewegungsprofil. Das hydraulische Antriebssystem beinhaltet einem hydraulischen Zylinder mit einer ersten Zylinderkammer und einer zweiten Zylinderkammer; ein erstes fluidhydraulisches Reservoir; eine hydraulische Antriebseinheit mit einer Hydromaschine aufweisend einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei die Hydromaschine von einem drehzahlvariablen Antrieb betrieben wird; ein erstes steuerbares Ventil, wobei das erste steuerbare Ventil, in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss der Hydromaschine und dem fluidhydraulischen Reservoir schafft; ein zweites Ventil, wobei das zweite Ventil, in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der Hydromaschine und dem fluidhydraulischen Reservoir schafft; ein drittes steuerbares Ventil, wobei das dritte steuerbare Ventil eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der Hydromaschine und der zweiten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders schafft; ein viertes steuerbares Ventil, wobei das vierte steuerbare Ventil eine fluidhydraulische Verbindung zwischen der zweiten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders und einem zweiten fluidhydraulischen Reservoir schafft, und wobei der erste Anschluss der Hydromaschine mit der ersten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders verbunden ist, wobei im ersten Bewegungsprofil, die erste Zylinderkammer und die zweite Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders über die Hydromaschine in fluidhydraulischer Verbindung sind, und wobei im zweiten Bewegungsprofil die Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders mit dem ersten fluidhydraulischen Reservoir über die Hydromaschine und das zweite Ventil hydraulisch verbunden ist und die zweite Zylinderkammer mit dem zweiten fluidhydraulischen Reservoir fluidhydraulisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere ein hydraulisches Antriebssystem für den Betrieb eines hydraulischen Zylinders in einem ersten Bewegungsprofil und in einem zweiten Bewegungsprofil. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des hydraulischen Antriebssystems zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders in einem Pressensystem.
Hydraulische Antriebssysteme werden in vielen Arten von industriellen Anwendungen eingesetzt. So finden sich gattungsgemäße hydraulische Antriebssysteme in Anlagen der Umformtechnik umfassend Pressen, wie beispielsweise Tiefziehpressen, Abkantpressen, Schmiedepressen, Biegemaschinen, Prägepressen, Walzanlagen sowie im Allgemeinen Maschinenbau.
In der Druckschrift DE 10 2012 013 098 B4 wird ein elektrohydrostatisches Antriebssystem für den Einsatz an einer Abkantpresse vorgeschlagen. Das in der genannten Druckschrift vorgeschlagene Antriebssystem weist eine speziell ausgebildete 3-Flächen-Zylinder-Kolben-Einheit auf, die mittels einer über einen Elektromotor drehzahlvariabel angetriebene 2-Quadranten-Hydromaschine im Zusammenspiel mit einer vorgespannten Speichereinheit verschiedene Arbeitspunkte anfahren kann. Das vorgeschlagene elektrohydrostatische Antriebssystem weist den Nachteil auf, dass aufgrund der speziellen, komplexen und nicht veränderlichen Größe der Zylinder-Kolben-Einheit die notwendige Flexibilität für den Abkantpressenhersteller nicht gegeben ist und des Weiteren die Wartung des elektrohydrostatischen Antriebsystems durch die Verwendung eines vorgespannten Systems erheblich erschwert ist.
Die genannten Probleme wurden erkannt und durch die Druckschrift DE 10 2016 118 853 B3 aufgegriffen. In der Druckschrift DE 10 2016 118 853 B3 wird eine Lösung vorgeschlagen, die eine mittels eines Elektromotors drehzahlvariabel angetriebene 2-Quadranten-Hydromaschine im Zusammenspiel mit einer drucklosen Speichereinrichtung beinhaltet. Durch diese Lösung werden die o.g. Probleme gelöst, allerdings ergeben sich für bestimmte Anwendungsfälle weitere Problemfelder, welche durch die vorliegende Erfindung adressiert werden. Insbesondere ist für diese Lösung ein hoher Einsatz an hydraulischer Schaltventile notwendig, was sich auf die Effizienz und Produktivität des Antriebssystems auswirkt. Zudem wird durch die erhöhte Anzahl an notwendiger Schaltventile, der Aufbau und die Ansteuerungslogik entsprechend komplexer. Ferner wird durch die notwendige Androsselung des stangenseitigen Durchflusses während des Lastgangs die Effizienz erheblich verschlechtert.
Weiterhin ist bekannt, dass bei der Verwendung einer 4-Quadrantenpumpe mit einem nicht vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir (mit offenem Tank/System) in bestimmten Verfahrsituationen ein Vorspanndruck notwendig ist, um Kavitation zu vermeiden.
Eine der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe kann somit darin bestehen, die im Stand der Technik erkannten Nachteile wenigstens teilweise zu beheben und ein hydraulisches Antriebssystem bereitzustellen, bei dem ein hydraulischer Zylinder mit unterschiedlichen Flächen aus einem nicht vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir (offenes System) heraus effizient betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch ein hydraulisches Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des hydraulischen Antriebssystems ergeben sich aus den Unteransprüchen zu dem hydraulischen Antriebssystem.
Erfindungsgemäß weist das hydraulische Antriebssystem für den Betrieb eines hydraulischen Zylinders in einem ersten Bewegungsprofil und in einem zweiten Bewegungsprofil einen hydraulischen Zylinder mit einer ersten Zylinderkammer und einer zweiten Zylinderkammer auf.
Der Hydraulikzylinder ist vorzugsweise als ein Differentialzylinder ausgebildet. Alternativ kann der hydraulische Zylinder als wenigstens ein Differentialzylinder mit zwei Kolbenstangen ausgebildet sein, welche einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Alternativ kann der Hydraulikzylinder als ein Gleichgangzylinder ausgebildet sein. Die erste Hydraulikzylinderseite und die zweite Hydraulikzylinderseite des Hydraulikzylinders können sowohl jeweils als die Ringseite, als auch als die Kolbenseite des Hydraulikzylinders ausgebildet sein.
Weiterhin weist das hydraulische Antriebssystem ein erstes fluidhydraulisches Reservoir auf. Zudem weist das hydraulische Antriebssystem eine hydraulische Antriebseinheit mit einer Hydromaschine auf. Die Hydromaschine weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Die Hydromaschine wird von einem drehzahlvariablen Antrieb betrieben.
Der drehzahlvariable Antrieb kann als ein drehzahlvariabler und/oder drehrichtungsvariabler Elektromotor ausgebildet sein. Im Wesentlichen bestehen drehzahlvariable Antriebe aus einem elektrischen Motor, wenigstens einer Hydraulikpumpe, beispielsweise wenigstens einer 4Q-Pumpeneinheit und einem Frequenzumrichter, der eine Motordrehzahl über einen bereitgestellten Strom vorgibt oder eine Motormomentenregelung beinhaltet. Beispielsweise liefert eine elektrisch angetriebene Konstantpumpe einen bedarfsorientierten Volumenstrom, um je nach Aufgabe Druck, Kraft, Geschwindigkeit, Position oder Leistung an einem Zylinder zu regeln. Weiterhin weist das hydraulische Antriebssystem wenigstens ein erstes steuerbares Ventil, ein zweites Ventil, ein drittes steuerbares Ventil und ein viertes steuerbares Ventil auf. Das erste steuerbare Ventil schafft in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss der Hydromaschine und dem fluidhydraulischen Reservoir. Das zweite Ventil schafft in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der Hydromaschine und dem fluidhydraulischen Reservoir. Das dritte steuerbare Ventil schafft eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss der Hydromaschine und der zweiten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders. Das vierte steuerbare Ventil schafft eine fluidhydraulische Verbindung zwischen der zweiten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders und einem zweiten fluidhydraulischen Reservoir.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der erste Anschluss der Hydromaschine mit der ersten Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders verbunden ist. In einem ersten Bewegungsprofil stehen die erste Zylinderkammer und die zweite Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders über die Hydromaschine in fluidhydraulischer Verbindung. Im zweiten Bewegungsprofil ist die erste Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders mit dem ersten fluidhydraulischen Reservoir über die Hydromaschine und das zweite Ventil hydraulisch verbunden und die zweite Zylinderkammer des hydraulischen Zylinders ist mit dem zweiten fluidhydraulischen Reservoir fluidhydraulisch verbunden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem ersten Bewegungsprofil und unter einem zweiten Bewegungsprofil ein Eilgang und ein Kraftgang zu verstehen. Insbesondere kann der hydraulische Zylinder in einem Eilgang und in einem Kraftgang verfahren werden. Unter dem Eilgang versteht man die schnelle Positionsbewegung des hydraulischen Zylinders beim Verfahren in Richtung des Werkstückes, als auch in entgegengesetzter Richtung, vom Werkstück weg. Unter dem Kraftgang versteht man eine kraftvolle Positionsbewegung des hydraulischen Zylinders beim Verfahren in Richtung des Werkstückes bzw. umfasst die Richtung die ausfahrende Richtung des hydraulischen Zylinders. Im Kraftgang wird bei einem bestimmten Fluiddruck mehr Kraft zur Verfügung gestellt, beinhaltet aber eine kleinere Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Zylinders. Im Eilgang steht bei dem gleichen bestimmten Fluiddruck weniger Kraft zur Verfügung, der hydraulische Zylinder führt allerdings eine Positionsänderung mit höherer Geschwindigkeit aus. Dies ist umgesetzt durch eine Änderung der wirksamen bzw. aktiven Flächen des hydraulischen Zylinders.
In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße hydraulische Antriebssystem für Umformmaschinen, wie beispielsweise Abkantpressen eingesetzt werden. Es können alle für den Einsatz an Abkantpressen notwendigen Prozessphasen, umfassend Eilgang aufwärts/abwärts und Kraftgang aufwärts/abwärts umgesetzt werden. Das hydraulische Antriebssystem ermöglicht den Einsatz von Differentialzylindern mit beliebigen Flächenverhältnissen. Der technische Aufbau und die Ansteuerung des hydraulischen Antriebssystems sind aufgrund des Einsatzes von nur einem notwendigen Schaltventil effizienter und einfacher ausgestaltet und somit auch ökonomischer. Durch die Verwendung eines vorgespannten fluidhydraulischen Reservoirs, wie dies mit der Erfindung ferner vorgesehen ist kann ein gesteigertes Ansaugen der ersten Hydromaschine ermöglicht werden. Weiterhin ergibt sich für die Erfindung in vorteilhafter Weise, dass das Hydraulikmedium (hydraulisches Fluid) von der Atmosphäre (Außendruck) getrennt werden kann und somit einer Alterung des Hydraulikmediums entgegengewirkt werden kann.
Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Schaltkomponenten eine hydraulische Gegenkraft erzeugt werden, die es ermöglicht, gezielt das hydraulische Antriebssystem in aktiver Weise zwischen dem ersten Bewegungsprofil und dem zweiten Bewegungsprofil umzuschalten. Es ist keine Gegenkraft, die aufgefahren werden muss, erforderlich, um automatisch in das zweite Bewegungsprofil umzuschalten. Durch das erste Bewegungsprofil kann der hydraulische Zylinder schnell aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position und umgekehrt bewegt werden. In dem zweiten Bewegungsprofil kann eine kleine Positionsänderung, insbesondere ein kleiner Verfahrweg zwischen zwei Positionen erzielt werden, wodurch die Funktion des Bump Bending bereitgestellt werden kann. Über diesen Modus kann bspw. ein glatter, weiter Radius in einem dicken, hochfesten Blech hergestellt werden. Dies stellt hierbei hohe technische Anforderungen an das erfindungsgemäße hydraulische Antriebssystem dar, da so eine Höckerbiegung aus Dutzenden von Biegungen, die vom Bremsstempel jeweils um ein paar Grad gebogen werden, besteht. Die dutzenden von Biegungen werden durch kleine Auf- und Abwärtsbewegungen des hydraulischen Zylinders umgesetzt.
In einer ersten Ausführungsform ist das dritte steuerbare Ventil ausgebildet, einen Wechsel des Bewegungsprofils zwischen dem ersten Bewegungsprofil und dem zweiten Bewegungsprofil zu aktivieren. In vorteilhafter Weise kann durch eine Ansteuerung des Ventils des Schaltstellung derart geschaltet werden, so dass der hydraulische Zylinder des hydraulischen Antriebssystems entweder im ersten Bewegungsprofil einfährt/ausfährt oder im zweiten Bewegungsprofil ausfährt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Hydromaschine aus einer Gruppe von Pumpen ausgewählt ist, welche wenigstens eine Verdrängerpumpe aufweist. Hierbei kann die Hydromaschine beispielsweise als eine Axialkolbenpumpe, Radialkolbenpumpe oder Flügelzellenpumpe, Zahnradpumpe, Spindelpumpe und dergleichen ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste fluidhydraulische Reservoir und/oder das zweite fluidhydraulische Reservoir als ein vorgespanntes fluidhydraulisches Reservoir ausgebildet. Das Reservoir ist dazu ausgebildet, zusätzliches Hydraulikfluid für das hydraulische Antriebssystem entsprechend eines Bedarfes zuzuführen. Diesbezüglich wird eine gesteigerte Ansaugung der ersten Hydromaschine ermöglicht. Weiterhin ergibt sich in vorteilhafter Weise durch diesen Aufbau, dass das Hydraulikmedium (bspw. Hydraulikfluid) von der Atmosphäre getrennt werden kann und so einer Alterung des Hydraulikmediums entgegengewirkt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erste fluidhydraulische Reservoir eine Schwankungsbreite von 30 bar auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das fluidhydraulische Reservoir eine Schwankungsbreite von bevorzugt 15 bar aus. Die Schwankungsbreite des ersten fluidhydraulischen Reservoirs umfasst einen Bereich von einem Wert bis zu einem zweiten Wert des Druckes in dem ersten fluidhydraulischen Reservoir. Beispielsweise kann der erste Wert des Druckes einen Minimalwert und der der zweite Wert des Druckes einen Maximalwert beinhalten und die Schwankungsbreite beinhaltet die Differenz zwischen den beiden Werten.
In einer weiteren Ausführungsform weist das zweite vorgespannte fluidhydraulische Reservoir einen Druck auf, der größer ist als der aus der bewegten und aktiv auf den Zylinder wirkenden Masse und der Zylinderkammer resultierende Druck, insbesondere der Ringseite des hydraulischen Zylinders resultierende Druck. Das Druckniveau sollte so niedrig wie möglich sein, aber zu mindestens einen Druck bereitstellen, so dass die Masse des hydraulischen Zylinders ausgeglichen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der hydraulische Zylinder eine erste Hydraulikzylinderfläche und eine zweite Hydraulikzylinderfläche. Der Hydraulikzylinder ist vorzugsweise als ein Differentialzylinder ausgebildet. Die erste Hydraulikzylinderfläche und die zweite Hydraulikzylinderfläche sind unterschiedlich. In der Regel werden Differentialzylinder eingesetzt, die mit nur einer Kolbenstange ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise zu einer verkürzten Baulänge führen, zu einer größeren erzielbaren Kraft auf der Kolbenseite und zu einem vereinfachten Dichtungsaufbau am Hydraulikzylinder. Es ist bekannt, dass ca. 80% der in der Praxis eingesetzten Hydraulikzylinder als Differentialzylinder ausgebildet sind.
Der hydraulische Zylinder ist ausgebildet eine erste Bewegung von einer oberen Bewegungsposition zu einer unteren Bewegungsposition als eine Abwärtsbewegung auszuführen. Hierbei wird der hydraulische Zylinder, insbesondere die Kolbenstange des hydraulischen Zylinders ausgefahren und bewegt sich in Richtung des Werkstücks. Ferner ist der hydraulische Zylinder ausgebildet eine zweite Bewegung von einer unteren Bewegungsposition zu einer oberen Bewegungsposition als eine Aufwärtsbewegung auszuführen. Hierbei wird der hydraulische Zylinder eingefahren und bewegt sich von dem Werkstück weg.
In einer weiteren Ausführungsform steht das erste steuerbare Ventil über eine Vorsteuerleitung mit dem zweiten Anschluss der Hydromaschine in fluidhydraulischer Verbindung zum Schalten der Schaltstellung. Die Vorsteuerleitungen stellen in dieser Ausführungsform eine hydraulische Leitung dar, die in ihrer Ausgestaltung des Querschnitts kleiner ist als die weiteren hydraulischen Leitungen des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems. Über die Vorsteuerleitungen wird der Druck von der zweiten Zylinderkammer bzw. dem zweiten Anschluss der Hydromaschine abgegriffen. Sobald Druck an der zweiten Zylinderkammer anliegt bzw. am zweiten Anschluss der Hydromaschine, wird das erste steuerbare Ventil angesprochen und schaltet entsprechend. Die Schaltstellung des ersten steuerbaren Ventils wird geändert.
In einer weiteren Ausführungsform schaltet das erste steuerbare Ventil durch ein empfangenes Steuersignal die Schaltstellung. In vorteilhafter Weise können auch steuerbare Ventile verwendet werden, die über ein elektrisches Signal angesprochen werden. Insbesondere wechselt das erste steuerbare Ventil seine Schaltstellung, wenn ein elektrisches Signal angelegt wird. Das elektrische Signal kann von einer Computereinheit, einer speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder einem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Das elektrische Signal (Steuersignal) kann beim Anliegen des Signals einen Wechsel der Schaltstellung bewirken. Alternativ kann das Abschalten und somit ein nicht Vorhandensein des elektrischen Signals einen Wechsel der Schaltstellung bewirken. In diesem Fall erfolgt die Rückstellung des Ventils über eine Rückstellfeder. Weiterhin kann ein mit Druckluft zurück geschaltetes Ventil vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Ventil als ein steuerbares Ventil ausgebildet. Ferner steht das zweite Ventil über eine Vorsteuerleitung mit dem ersten Anschluss der Hydromaschine zum Schalten der Schaltstellung in fluidhydraulischer Verbindung. Die Vorsteuerleitungen stellen ebenso in dieser Ausführungsform eine hydraulische Leitung dar, die in ihrer Ausgestaltung des Querschnitts kleiner ist, als die weiteren hydraulischen Leitungen des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems. Über die Vorsteuerleitungen wird der Druck von der ersten Zylinderkammer bzw. dem ersten Anschluss der Hydromaschine abgegriffen. Sobald Druck an der ersten Zylinderkammer anliegt bzw. am ersten Anschluss der Hydromaschine, wird das zweite steuerbare Ventil angesprochen und schaltet entsprechend. Die Schaltstellung des ersten steuerbaren Ventils wird geändert.
In einer weiteren Ausführungsform schaltet das zweite steuerbare Ventil durch ein empfangenes Steuersignal die Schaltstellung. In vorteilhafter Weise können auch steuerbare Ventile verwendet werden, die über ein elektrisches Signal angesprochen werden. Insbesondere wechselt das erste steuerbare Ventil und das zweite steuerbare Ventil seine Schaltstellung, wenn ein elektrisches Signal angelegt wird. Das elektrische Signal kann von einer Computereinheit, einer speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder einem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Das elektrische Signal (Steuersignal) kann beim Anliegen des Signals einen Wechsel der Schaltstellung bewirken. Alternativ kann das Abschalten und somit ein nicht Vorhandensein des elektrischen Signals einen Wechsel der Schaltstellung bewirken. In diesem Fall erfolgt die Rückstellung des Ventils über eine Rückstellfeder. Weiterhin kann ein mit Druckluft zurück geschaltetes Ventil vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist das erste Ventil und das zweite Ventil als ein Rückschlagventil ausgebildet. In einer weiteren Ausgestaltung sind das erste Ventil und das zweite Ventil als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet. Über die Rückschlagventile kann der Fluidstrom gesteuert, insbesondere Fluiddifferenzen in der ersten und zweiten Kammer des hydraulischen Zylinders beim Bewegen des hydraulischen Zylinders ausgeglichen werden. Insbesondere kann ein Fluidmangel über die Rückschlagverbindung zum fluidhydraulischen Reservoir (50) ausgeglichen werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das zweite vorgespannte fluidhydraulische Reservoir einen Druck auf, der größer ist als der aus der bewegten und aktiv auf den Zylinder wirkendenden Masse und der Zylinderfläche, insbesondere der Ringseite des hydraulischen Zylinders resultierende Druck. Das Druckniveau sollte so niedrig wie möglich sein, aber zu mindestens einen Druck bereitstellen, so dass die wirksame Masse des hydraulischen Zylinders ausgeglichen werden kann. In vorteilhafter Weise kann der in dem vorgespannten fluidhydraulischen zweiten Reservoir gespeicherte Druck (Energie) dazu eingesetzt werden, um den hydraulischen Zylinder aus der ausgefahrenen Endlage wieder einzufahren. Somit kann zuvor eingesetzt Energie rekuperiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind das dritte steuerbare Ventil und das vierte steuerbare Ventil als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet. Das dritte steuerbare Ventil und das vierte steuerbare Ventil weisen zwei Schaltstellungen und zwei fluidhydraulische Anschlüsse auf. Über das dritte Ventil und das vierte Ventil kann ein Speichern des Fluids in dem zweiten fluidhydraulischen Reservoir und eine Rekuperation geschaltet werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind das dritte steuerbare Ventil und das vierte steuerbare Ventil elektrisch ansteuerbar. In einer weiteren Ausführungsform sind das dritte steuerbare Ventil und das vierte steuerbare Ventil fluidhydraulisch ansteuerbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Hydromaschine als eine 4-Quadranten-Pumpe ausgebildet. 4-Quadrantenpumpen weisen vorzugsweise zwei Druckanschlüsse auf. Mittels einer 4-Quadrantenpumpe kann der geförderte Volumenstrom positiv oder negativ sein und somit in jede Richtung mittels gleichartiger Drücke gefördert werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die Schaltventile für die Bewegungsrichtungsumkehr des hydraulischen Zylinders entfallen können. Ferner kann eine 4-Quadrantenpumpe mit angekoppeltem elektrischem Antrieb in einem motorischen oder einem generatorischen Betrieb arbeiten. Im generatorischen Betrieb ist es möglich, hydraulische Energie zu rekuperieren und in elektrische Energie zu wandeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein hydraulisches Antriebssystem zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders in einem Pressensystem.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombination von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzung zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen, wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben, mit umfasst sind. Darüber hinaus stellen diese bevorzugten Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung in der Art dar, dass Abwandlungen und Ergänzungen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Dabei zeigen:

1 eine erste Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine weitere Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, und
3 eine weitere Ausführungsform des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das hydraulische Antriebssystem 100 ist dazu ausgebildet, um in einem ersten Bewegungsprofil und in einem zweiten Bewegungsprofil betrieben zu werden. In dem ersten Bewegungsprofil ist die Bewegungsgeschwindigkeit beim Ausfahren und Einfahren des hydraulischen Zylinders 10 größer als im zweiten Beweg ungsprofils.
Das hydraulische Antriebssystem 100 beinhaltet einen hydraulischen Zylinder 10. Der hydraulische Zylinder 10 weist eine erste Zylinderkammer 11 (Kolbenseite) und eine zweite Zylinderkammer 12 (Ringseite) auf. Der hydraulische Zylinder 10 weist eine erste Hydraulikzylinderfläche und eine zweite Hydraulikzylinderfläche auf. Die erste Hydraulikzylinderfläche und die zweite Hydraulikzylinderfläche sind unterschiedlich ausgebildet. Der hydraulische Zylinder 10 ist vorzugsweise als ein Differentialzylinder ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) kann der hydraulische Zylinder 10 als wenigstens ein Differentialzylinder mit zwei Kolbenstangen ausgebildet sein, welche einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
Ferner ist ein fluidhydraulisches Reservoir 50 vorgesehen. Das fluidhydraulische Reservoir 50 weist fluidhydraulische Verbindungen zu der Hydromaschine 21 auf. Das erste fluidhydraulische Reservoir 50 weist in einer Ausführungsform eine Schwankungsbreite von 30 bar auf. Bevorzugt kann das erste fluidhydraulische Reservoir 50 eine Schwankungsbreite von 15 bar aufweisen.
Ferner weist das hydraulische Antriebssystem 100 eine hydraulische Antriebseinheit 20 auf. Die hydraulische Antriebseinheit 20 beinhaltet eine Hydromaschine 21. Die Hydromaschine 21 weist einen ersten Anschluss 22 und einen zweiten Anschluss 23 auf. Die Anschlüsse der Hydromaschine 21 sind als ein Hochdruckanschlüsse ausgebildet. Die Hydromaschine 21 wird von einem drehzahlvariablen Antrieb 24 der hydraulischen Antriebseinheit 20 betrieben. Der drehzahlvariable Antrieb 24 kann als ein drehzahlvariabler oder drehrichtungsvariabler Elektromotor ausgebildet sein. Im Wesentlichen bestehen drehzahlvariable Antriebe 24 aus einem elektrischen Motor, einer Hydraulikpumpe und einem Frequenzumrichter, dessen Software die Motordrehzahl kontinuierlich lastabhängig für den optimalen Betriebspunkt einstellt. Ferner kann über den Frequenzumrichter die Drehrichtung des Antriebs 24 vorgegeben werden. Somit können ein Einfahren und Ausfahren des hydraulischen Zylinders 10 bereitgestellt werden.
Das hydraulische Antriebssystem 100 weist weiterhin ein erstes steuerbares Ventil 30 auf. Das erste steuerbare Ventil 30 kann in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 und dem ersten fluidhydraulischen Reservoir 50 schaffen.
Das erste steuerbare Ventil 30 weist eine Vorsteuerleitung 31 auf. Die Vorsteuerleitung 31 kann als eine hydraulische Vorsteuerleitung oder als eine elektrische Vorsteuerleitung ausgebildet sein. Durch ein Beschalten der Vorsteuerleitung 31 kann ein Schaltzustandswechsel des ersten steuerbaren Ventils 30 erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste steuerbare Ventil 30 als ein Rückschlagventil ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Rückschlagventil als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet sein.
Das hydraulische Antriebssystem 100 weist weiterhin ein zweites Ventil 40 auf. Das zweite Ventil 40 kann in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 und dem ersten fluidhydraulischen Reservoir 50 schaffen. Das zweite Ventil 40 kann als ein Rückschlagventil ausgebildet sein.
Das hydraulische Antriebssystem 100 weist weiterhin ein drittes steuerbares Ventil 60 auf. Das dritte steuerbare Ventil 60 kann in Abhängigkeit des Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 und der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 schaffen. Ferner kann über das dritte steuerbare Ventil 60 bei vollständig eingefahrenem hydraulischem Zylinder die Fahrt des hydraulischen Zylinders 100 in dem ersten Bewegungsprofil gestartet werden. Diesbezüglich ist das dritte steuerbare Ventil 60 ausgebildet, einen Wechsel des Bewegungsprofils zwischen dem ersten Bewegungsprofil und dem zweiten Bewegungsprofil zu aktivieren. Das dritte steuerbare Ventil 60 kann elektrisch oder hydraulisch angesteuert werden.
Das hydraulische Antriebssystem weist weiterhin ein viertes steuerbares Ventil 70 auf. Über das vierte steuerbare Ventil 70 kann in dem fluidhydraulischen Reservoir 80 gespeicherte hydraulische Energie für eine Aufwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders 10 genutzt werden. Alternativ kann bei einem gleichzeitig blockiertem hydraulischen Zylinder 10 über das dritte steuerbare Ventil 60 die Hydromaschine 21 mit angeschlossenem Antrieb 24 in den Zustand versetzt werden, so dass hydraulisch gespeicherte Energie in elektrische Energie gewandelt werden kann.
Die Umsetzung der hydraulisch gespeicherten Energie in eine Aufwärtsbewegung kann in vorteilhafter Weise für beispielsweise die Funktion Bump Bending einer Abkanntpresse genutzt werden. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass dies nur ein Beispiel der Nutzung darstellt und auch weitere Anwendungen von dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 100 in Effizienz und Energierückgewinnung-/Ersparnis profitieren.
Bei dem Modus des Bump Bending werden kleine Auf- und Abwärtsbewegungen des hydraulischen Zylinders 10 benötigt. Eine hierfür erforderliche Positioniergenauigkeit des hydraulischen Zylinders 10 ist dabei sehr hoch. Die sich daraus ergebene Problematik ist daher, diese Funktion für Auf- und Abwärtsbewegung im zweiten Bewegungsprofil zu bewerkstelligen und nur über eine Drehrichtungsänderung des drehzahlvariablen Antriebs 24 die Bewegungsrichtung des hydraulischen Zylinders 10 zu wählen. Der von der Hydromaschine 21 bereitgestellte Volumenstrom wird hierfür in beiden Bewegungsrichtungen der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 zugeführt bzw. entnommen.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der erste Anschluss 22 der Hydromaschine 21 mit der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 verbunden ist.
Es ist ferner vorgesehen, dass in einem ersten Bewegungsprofil, die erste Zylinderkammer 11 und die zweite Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 über die Hydromaschine 21 in fluidhydraulischer Verbindung sind. In einem zweiten Bewegungsprofil ist die Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 mit dem ersten fluidhydraulischen Reservoir 50 über die Hydromaschine 21 und das zweite Ventil 40 hydraulisch verbunden und die zweite Zylinderkammer 12 ist mit dem zweiten fluidhydraulischen Reservoir 80 fluidhydraulisch verbunden.
Zudem weist das hydraulischen Antriebssystems 100 gemäß der 1 ein zweites fluidhydraulisches Reservoir 80 auf. Das erste fluidhydraulische Reservoir 50 und das zweite fluidhydraulische Reservoir 80 können in der dargestellten Ausführungsform der 1 als ein vorgespanntes fluidhydraulisches Reservoir ausgebildet sein.
Insbesondere kann das von der Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 abgegebenes Fluid über das vierte steuerbare Ventil 70, in das vorgespannte fluidhydraulisches Reservoir 80 abgeführt werden. In vorteilhafter Weise wird somit Prozessenergie, insbesondere die in der Ringseite vorhandene Energie bei der Abwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders 10 in das vorgespannte fluidhydraulisches Reservoir 80 abgeführt und kann bei Bedarf rekuperiert werden. Die in Form von unter druckstehendem Fluid gespeicherte Energie kann für die Aufwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders 10 eingesetzt werden. Somit kann der Energieverbrauch des hydraulischen Systems 100 reduziert werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das hydraulische Antriebssystem 100 weist die gleichen Komponenten wie die Ausführungsform dargestellt in der 1 auf. In der 2 ist das zweite Ventil 40 als ein steuerbares Ventil 40 ausgebildet. Das zweite steuerbare Ventil 40 weist eine Vorsteuerleitung 41 auf. Die Vorsteuerleitung 41 kann als eine hydraulische Vorsteuerleitung oder als eine elektrische Vorsteuerleitung ausgebildet sein. Durch ein Beschalten der Vorsteuerleitung 41 kann ein Schaltzustandswechsel des ersten steuerbaren Ventils 40 erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste steuerbare Ventil 40 als ein Rückschlagventil ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Rückschlagventil als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet sein.
Weiterhin weisen das dritte steuerbare Ventil 60 und das vierte steuerbare Ventil 70 jeweils eine Vorsteuerleitung 61, 71 auf. Die Vorsteuerleitungen 61, 71 können als eine hydraulische Vorsteuerleitung oder als eine elektrische Vorsteuerleitung ausgebildet sein. Durch ein Beschalten der Vorsteuerleitungen 61, 71 kann ein Schaltzustandswechsel des dritten steuerbaren Ventils 60 und des vierten steuerbaren Ventils 70 erfolgen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines hydraulischen Antriebssystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in Verwendung zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders 10 in einem Pressensystem. Bezugszeichen 200 bezeichnet das Pressensystem. Eine beispielhaft genannte Anwendung könnte ein Abkantpressensystem sein. Bei der Verwendung von Abkantpressensystemen wird ein zu behandelndes Blech zwischen eine Matrize mit V-förmiger Öffnung und einem hydraulischen Zylinder 10 mit einem kegelförmigen Werkstück platziert. Senkt sich der hydraulischen Zylinder 10 mit einer bestimmten Kraft, wird das Werkstück in die Öffnung gepresst und auf den erforderlichen Winkel gebogen.
Ferner ist das in der Ausführungsform der 3 dargestellte dritte steuerbare Ventil 60 als ein steuerbares 2/2-Wegeventil dargestellt. Das steuerbare 2/2-Wegeventil 60 weist eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung auf. Die in der 3 dargestellte Schaltstellung des 2/2-Wegeventil 60 stellt die Grundstellung dar. Die zweite Schaltstellung wird durch das Ansteuern des Ventils erreicht. In der ersten Schaltstellung des 2/2-Wegeventil 60 wird die Verbindung von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 zum zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 gesperrt. In der zweiten Schaltstellung des 2/2-Wegeventil 60 wird eine Verbindung zwischen der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 und dem zweiten Anschluss 23 geschaffen. Das 2/2-Wegeventil 60 ermöglicht in der zweiten Schaltstellung das erste Bewegungsprofil umfassend entweder den Eilgang abwärts oder den Eilgang aufwärts. Das 2/2-Wegeventil 60 ermöglicht ferner in der ersten Schaltstellung entweder den Eilgang aufwärts (erstes Bewegungsprofil) oder den Kraftgang abwärts (zweites Bewegungsprofil).
Ferner ist das vierte steuerbare Ventil 70 als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet. Das 2/2-Wegeventil weist ebenfalls eine erste und eine zweite Schaltstellung auf. In der erste Schaltstellung wird die fluidhydraulische Verbindung vom fluidhydraulischen Reservoir 80 zur zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders gesperrt. In der zweiten Schaltstellung des vierten steuerbaren Ventils 70 wird die Verbindung vom fluidhydraulischen Reservoir 80 zur zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 hergestellt. Im zweiten Bewegungsprofil (Kraftgang abwärts) kann unabhängig von der Schaltstellung des vierten steuerbaren Ventils 70 hydraulisches Fluid und somit hydraulische Energie im fluidhydraulischen Reservoir 80 gespeichert werden. Die zweite Schaltstellung des vierten steuerbaren Ventils 70 dient zur Rückgewinnung der im fluidhydraulischen Reservoir 80 gespeicherten Energie.
Befindet sich gleichzeitig das dritte steuerbare Ventil 60 in der zweiten Schaltstellung und ist der hydraulische Zylinder 10 in seiner Bewegung blockiert, kann die im fluidhydraulischen Reservoir 80 gespeicherte hydraulische Energie über die Hydromaschine 21 mit dem angeschlossenem Antrieb 24 in elektrische Energie gewandelt werden.
Befindet sich gleichzeitig das dritte steuerbare Ventil 60 in der ersten Schaltstellung, dann kann die im fluidhydraulischen Reservoir 80 gespeicherte hydraulische Energie über die Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders zur Aufwärtsbewegung im Kraftgang genutzt werden. Die hydraulische Energie wird so in mechanische Energie gewandelt.
Ferner weist das Antriebssystem 100 gemäß der Ausführungsform der 3 ein erstes steuerbares Ventil 30 auf. Das erste steuerbare Ventil 30 schaltet in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 22 der Hydromaschine 21 und dem fluidhydraulischen Reservoir 50. Das erste steuerbare Ventil 30 steht über eine Vorsteuerleitung 31 mit dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 in fluidhydraulischer Verbindung zum Schalten der Schaltstellung. Mit einem anliegenden Druck an dem zweiten Anschluss 23 wird das erste steuerbare Ventil 30 geschaltet, bzw. das Rückschlagventil in der dargestellten Ausführungsform geöffnet und fluidleitend geschaltet. Alternativ kann auch ein Schalten des ersten steuerbaren Ventils 30 über ein elektrisches Signal (nicht dargestellt) erfolgen.
Ferner weist das Antriebssystem 100 gemäß der Ausführungsform der 3 ein zweites steuerbares Ventil 40 auf. Das zweite steuerbare Ventil 40 schaltet in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 und dem fluidhydraulischen Reservoir 50. Das zweite steuerbare Ventil 40 steht über eine Vorsteuerleitung 41 mit dem ersten Anschluss 22 der Hydromaschine 21 in fluidhydraulischer Verbindung zum Schalten der Schaltstellung. Bei einem durch zweite steuerbare Ventil 40 definierten Druck (Vorsteuerdruck) an dem ersten Anschluss 21 wird das zweite steuerbare Ventil 40 geschaltet, bzw. das Rückschlagdrosselventil in der dargestellten Ausführungsform geöffnet und fluidleitend geschaltet. Alternativ kann auch ein Schalten des zweiten steuerbaren Ventils 40 über ein elektrisches Signal (nicht dargestellt) erfolgen.
Das hydraulische Antriebssystem 100 ist zum einen für den Betrieb des hydraulischen Zylinders 10 in einem ersten Bewegungsprofil (Eilgang) und in einem zweiten Bewegungsprofil (Kraftgang) vorgesehen. Zum anderen kann die Bremsenergie beim Kraftgang abwärts hydraulisch gespeichert werden. Die so gespeicherte Energie kann für eine Aufwärtsbewegung genutzt oder über die Hydromaschine 21 mit angeschlossenem Antrieb 24 in elektrische Energie gewandelt werden. Es kann somit eine Rekuperation der hydraulisch gespeicherten Energie erfolgen.
In dem ersten Bewegungsprofil ist die erste Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 und die zweite Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinder 10 über die Hydromaschine 21 in fluidhydraulischer Verbindung. Ein Fluidfluss von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 zur Hydromaschine 21 wird durch die Schaltstellung des dritten steuerbaren Ventils 60 unterbunden. Die Hydromaschine 21 fördert Fluid in die erste Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10. Der hydraulische Zylinder 10 führt Bewegung aus einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position aus. Aus der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 entweicht das Fluid und wird über das vierte steuerbare Ventil 70, das in der dargestellte Schaltstellung geschaltet ist in das fluidhydraulische Reservoir 80 geleitet. Das fluidhydraulische Reservoir 80 ist in der Ausführungsform als ein vorgespanntes fluidhydraulisches Reservoir 80 ausgebildet. Durch das in Sperrschaltung geschaltete dritte steuerbare Ventil 60 steigt der Fluiddruck in der Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 an, während der Druck im hydraulischen Kreis zwischen dem dritten steuerbaren Ventil 60 und dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 bzw. dem zweiten steuerbaren Ventil 40 abfällt. Diesbezüglich steht auch kein Fluid als Steuerfluid zum Ansteuern des ersten steuerbaren Ventils 30 zur Verfügung. Das erste steuerbare Ventil 30 bleibt in Sperrschaltung.
Durch die Hydromaschine 21 wird ein Fluiddruck am Anschluss 22 der Hydromaschine 21 bereitgestellt. Der bereitgestellte Fluiddruck bewirkt eine Bewegung des hydraulischen Zylinders 10 in dem zweiten Bewegungsprofil, insbesondere im Kraftgang. Ferner liegt der Fluiddruck an der Vorsteuerleitung 41 an. Über die Vorsteuerleitung 41 wird das steuerbare zweite Ventil 40 geschaltet und Fluid kann dem Reservoir 50 entnommen werden und fließt über das steuerbare zweite Ventil 40 gepumpt durch die Hydromaschine 21 zur ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10.
In dem ersten Bewegungsprofil kann der hydraulische Zylinder aus der unteren Bewegungsposition auch wieder in die obere Bewegungsposition verfahren werden. Diesbezüglich kann die Drehrichtung des drehzahlvariablen Antriebs 24 gegensätzlich zu der Drehrichtung bei der Abwärtsbewegung geändert werden. In diesem Bewegungsprofil wird Fluidvolumen über die Hydromaschine 21 aus der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders in die zweite Zylinderkammer 12 der hydraulischen Zylinders 11 gepumpt. Das dritte steuerbare Ventil 60 ist in der dargestellten Schaltposition, insbesondere in der Rückschlagschaltposition. Das Fluidvolumen wird über das dritte steuerbare Ventil 60 zur zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders gefördert. In vorteilhafter Weise muss nach Beendigung des zweiten Bewegungsprofils, insbesondere des Kraftgangs mit einer anschließenden Aufwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders 10 keine Schaltung von Ventilen und somit einer Änderung der Schaltstellung erfolgen. Dies hat kürzere Prozesszeiten des Antriebssystems 100 zur Folge, da die notwendigen Schaltzeiten für etwaige Ventile entfallen. Das dritte steuerbare Ventil 60 muss lediglich geschaltet werden, wenn der hydraulische Zylinder 10 im ersten Bewegungsprofil (Eilgang) eine Abwärtsbewegung ausführen soll.
In der Ausführungsform gemäß der 3 mit einem Abkantpressensystem, wird an den hydraulischen Zylinder 10 ein Werkzeug zum Abkanten eingebracht. Somit wirkt eine Masse auf den hydraulischen Zylinder 10 und insbesondere auf die zweite Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinder 10, wodurch sich ein Druck in der zweiten Zylinderkammer 12 aufbaut. In dem in der 3 dargestellten Zustand des Antriebssystems 100 steht der hydraulische Zylinder 10. Es wird ein Druck in der zweiten Zylinderkammer 12 erzeugt der einem kleineren Druck entspricht, der in dem fluidhydraulischen Reservoir 80, insbesondere dem vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir 80 vorherrscht. Das dritte steuerbare Ventil 60 ist in Sperrstellung geschaltet, womit kein Fluid abfließen kann. Der hydraulische Zylinder 10 wird durch den Gegendruck aus dem fluidhydraulischen Reservoir 80 in dessen Position gehalten. Hierfür ist das vierte steuerbare Ventil 70 in Flussrichtung geschaltet.
Für eine Abwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders 10 im ersten Bewegungsprofil wird die Hydromaschine 21 derart von dem drehzahlvariablen Antrieb 24 angetrieben, dass Fluid in die erste Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 gefördert werden soll. Um Fluid über den zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 zu fördern, muss das dritte steuerbare Ventil 60 geschaltet werden. In der Flussstellung des steuerbaren Ventils 60 liegt der Fluiddruck aus der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 am zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 an. Um hydraulisches Fluid über den zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 in die erste Zylinderkammer 11 zu fördern, muss das dritte steuerbare Ventil 60 geschaltet werden. Die hydraulische Antriebseinheit 20 befindet sich im Hydromotorbetrieb und der drehzahlvariable Antrieb 24 im Generatorbetrieb. Die Masse des am hydraulischen Zylinders 10 angebrachten Werkstückes treibt den hydraulischen Zylinder 10 an. Der drehzahlvariable Antrieb 24 übernimmt die Aufgabe, entsprechend Fluiddruck zur Verfügung zu stellen, so dass das Werkstück keine unkontrollierte Abwärtsbewegung ausführt. Das Fluid wird über die Hydromaschine 21 aus der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinder 10 in die erste Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 gefördert. Da das Volumen in der zweiten Zylinderkammer 12 geringer ist als das Volumen in der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders, wird Fluid über das steuerbare Rückschlagventil 30 aus dem fluidhydraulischen Reservoir 50, insbesondere dem vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir 50 bereitgestellt.
Ein Wechsel aus dem ersten Bewegungsprofil in das zweite Bewegungsprofil kann durch ein Auffahren des am hydraulischen Zylinders 10 befestigten Werkzeugs auf das Werkstück in dem Abkantpressensystem 200 erfolgen. Weiterhin kann das dritte steuerbare Ventil 60 in Sperrstellung geschaltet sein, so dass kein Fluidfluss von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 in Richtung der Hydromaschine 21 erfolgen kann. Es wird weiterhin über die Hydromaschine 21 Fluid in die erste Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 gefördert. Der Fluiddruck in der zweiten Zylinderkammer 12 nimmt zu, da das Fluid in des fluidhydraulische Reservoir 80 gefördert wird. Somit wird durch die Hydromaschine 21 ein aktiver Gegendruck erzeugt. Ein Schalten in das zweite Bewegungsprofil ist durch eine Schaltung des dritten steuerbaren Ventils 60 möglich. Das fluidhydraulische Reservoir 80 erfordert ein Umschalten von dem ersten Bewegungsprofil in das zweite Bewegungsprofil. In vorteilhafter Weise ist somit nicht, wie das im Stand der Technik erforderlich ist, ein Auffahren des Werkzeugs auf das Werkstück zum Umschalten in das zweite Bewegungsprofil (Kraftgang) notwendig.
Ein Wechsel aus dem zweiten Bewegungsprofil in das erste Bewegungsprofil, insbesondere für die Ausführung einer Aufwärtsbewegung des hydraulischen Zylinders kann gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung der in dem vorgespannten fluidhydraulisch Reservoir 80 gespeicherten Energie (Fluiddruck) erfolgen.
Das vierte steuerbaren Ventil 70 wird geschaltet, so das Fluid aus dem vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir 70 in Richtung der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders fließt. Es wird somit ein Druck in der zweiten Zylinderkammer 12 aufgebaut. Die Hydromaschine 21 wird in gegengesetzter Richtung zur Abwärtsbewegung von dem drehzahlvariablen Antrieb 24 angetrieben, so dass Fluid von der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulische Zylinders 10 über die Hydromaschine 21 zur zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 gefördert wird. Das Volumen der ersten Zylinderkammer 11 ist größer als das Volumen, welches von der zweiten Zylinderkammer 12 aufgenommen werden kann. Der Fluiddruck am Anschluss 22 der Hydromaschine 21 steigt, so dass über die Vorsteuerleitung 41 das steuerbare Ventil 40 geschaltet wird. Überschüssiges Fluid wird über das steuerbare Ventil 40 dem vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir 50 zugeführt. Der hydraulische Zylinder 10 bewegt sich im zweiten Bewegungsprofil nach oben.
In einer alternativen Ausführungsform, kann über die Hydromaschine 21 das erste Bewegungsprofil in der Aufwärtsbewegung eingestellt werden. Das vierte steuerbare Ventil 70 ist in Sperrstellung geschaltet, so dass kein Fluid aus den fluidhydraulischen Reservoir 80 entweichen kann. Ferner ist das dritte steuerbare Ventil 60 in Sperrstellung geschaltet. Über die Hydromaschine 21 wird Fluid aus der ersten Zylinderkammer 11 des hydraulischen Zylinders 10 in die zweite Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 gefördert. Der Fluiddruck in der zweiten Zylinderkammer 12 steigt und bewegt den hydraulischen Zylinder 10 aufwärts. Durch das Ansteigen des Fluiddrucks an der Zylinderkammer 12 steigt somit auch der Druck an dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 und über die Vorsteuerleitung 31 wird das steuerbare Ventil 30 geschaltet. Das überschüssige Fluid kann über das aufgeschaltete steuerbare Ventil 30 in das vorgespannte fluidhydraulische Reservoir 50 gefördert werden.
Das erste steuerbare Ventil 30 und das zweite steuerbare Ventil 40 ermöglichen in vorteilhafter Weise gemäß dem Bewegungsprofil des hydraulischen Zylinders 10 einen Ausgleich des Fluiden im Antriebssystem zum fluidhydraulischen Reservoir 50 hin.
Ferner kann über das erfindungsgemäße Antriebssystem eine Rekuperation an hydraulischer Energie erfolgen. Befindet sich der hydraulische Zylinder 10 in der eingefahrenen Bewegungsposition, kann über ein geschaltetes viertes steuerbares Ventil 70 Fluid aus dem vorgespannten fluidhydraulischen Reservoir ausströmen und in Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders strömen. Der hydraulische Zylinder 10 befindet sich bereits in der oberen Endlage. Nach einem Schalten des dritten steuerbaren Ventils 60 wird das Fluid über die Hydromaschine 21 in das vorgespannte fluidhydraulische Reservoir 50 gefördert. Der Druck an dem zweiten Anschluss 23 der Hydromaschine 21 schaltet über die Vorsteuerleitung 31 das steuerbare Ventil 30 auf, so dass ein Fluidstrom von der zweiten Zylinderkammer 12 des hydraulischen Zylinders 10 über die Hydromaschine 21 und über das das steuerbare Ventil 30 zum vorgespannte fluidhydraulische Reservoir 50 erfolgen kann. Der Fluiddruck treibt die hydraulische Antriebseinheit 20 an, wodurch der drehzahlvariable Antrieb 24 als Generator arbeitet und den Fluiddruck in elektrische Energie umwandelt. Die elektrische Energie kann gespeichert und/oder für den Betrieb des hydraulischen Antriebssystems 100 eingesetzt und/oder in das werkseitige oder öffentliche elektrische Netz rückgeführt werden.
Bezugszeichenliste

100: hydraulisches Antriebssystem
200: Abkantpressensystem
10: hydraulischer Zylinder
11: erste Zylinderkammer
12: zweite Zylinderkammer
20: hydraulische Antriebseinheit
21: Hydromaschine
22: erster Anschluss der Hydromaschine
23: zweiter Anschluss der Hydromaschine
24: drehzahlvariabler Antrieb
30: erstes steuerbares Ventil
31: Vorsteuerleitung
40: zweites Ventil
41: Vorsteuerleitung
50: fluidhydraulisches Reservoir
60: dritte steuerbare Ventil
70: vierte steuerbare Ventil
80: zweites fluidhydraulisches Reservoir

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012013098 B4 [0003]
DE 102016118853 B3 [0004]

Claims

Hydraulisches Antriebssystem (100) für den Betrieb eines hydraulischen Zylinders in einem ersten Bewegungsprofil und in einem zweiten Bewegungsprofil mit: - einem hydraulischen Zylinder (10) mit einer ersten Zylinderkammer (11) und einer zweiten Zylinderkammer (12); - einem ersten fluidhydraulischen Reservoir (50); - einer hydraulischen Antriebseinheit (20) mit einer Hydromaschine (21) aufweisend einem ersten Anschluss (22) und einem zweiten Anschluss (23), wobei die Hydromaschine (21) von einem drehzahlvariablen Antrieb (24) betrieben wird; - einem ersten steuerbaren Ventil (30), wobei das erste steuerbare Ventil (30), in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss (22) der Hydromaschine (21) und dem fluidhydraulischen Reservoir (50) schafft; - einem zweiten Ventil (40), wobei das zweite Ventil (40), in Abhängigkeit eines Bewegungsprofils eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss (23) der Hydromaschine (21) und dem fluidhydraulischen Reservoir (50) schafft; - einem dritten steuerbaren Ventil (60), wobei das dritte steuerbare Ventil (60) eine fluidhydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss (23) der Hydromaschine (21) und der zweiten Zylinderkammer (12) des hydraulischen Zylinders (10) schafft; - einem vierten steuerbaren Ventil (70), wobei das vierte steuerbare Ventil (70) eine fluidhydraulische Verbindung zwischen der zweiten Zylinderkammer (12) des hydraulischen Zylinders (10) und einem zweiten fluidhydraulischen Reservoir (80) schafft, und - wobei der erste Anschluss (22) der Hydromaschine (21) mit der ersten Zylinderkammer (11) des hydraulischen Zylinders (10) verbunden ist, - wobei im ersten Bewegungsprofil, die erste Zylinderkammer (11) und die zweite Zylinderkammer (12) des hydraulischen Zylinders (10) über die Hydromaschine (21) in fluidhydraulischer Verbindung sind, und - wobei im zweiten Bewegungsprofil die Zylinderkammer (11) des hydraulischen Zylinders (10) mit dem ersten fluidhydraulischen Reservoir (50) über die Hydromaschine (21) und das zweite Ventil (40) hydraulisch verbunden ist und die zweite Zylinderkammer (12) mit dem zweiten fluidhydraulischen Reservoir (80) fluidhydraulisch verbunden ist.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das dritte steuerbare Ventil (60) ausgebildet ist, einen Wechsel des Bewegungsprofils zwischen dem ersten Bewegungsprofil und dem zweiten Bewegungsprofil zu aktivieren.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste fluidhydraulische Reservoir (50) und/oder das zweite fluidhydraulische Reservoir (80) als ein vorgespanntes fluidhydraulisches Reservoir ausgebildet sind.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß dem unmittelbar vorangehenden Anspruch, wobei das erste fluidhydraulische Reservoir (50) eine Schwankungsbreite von 30 bar aufweist, bevorzugt von 15 bar ausweist.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der hydraulische Zylinder (10) eine erste Hydraulikzylinderfläche und eine zweite Hydraulikzylinderfläche umfasst und die erste Hydraulikzylinderfläche und die zweite Hydraulikzylinderfläche unterschiedlich sind.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste steuerbare Ventil (30) über eine Vorsteuerleitung (31) mit dem zweiten Anschluss (23) der Hydromaschine (21) in fluidhydraulischer Verbindung zum Schalten der Schaltstellung steht.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste steuerbare Ventil (30) durch ein empfangenes Steuersignal (31) die Schaltstellung schaltet.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil (40) als ein steuerbares Ventil (40) ausgebildet ist und über eine Vorsteuerleitung (41) mit dem ersten Anschluss (22) der Hydromaschine (21) in fluidhydraulischer Verbindung zum Schalten der Schaltstellung steht.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite steuerbare Ventil (40) durch ein empfangenes Steuersignal (41) die Schaltstellung schaltet.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Ventil (30) und das zweite Ventil (40) als ein Rückschlagventil ausgebildet sind, insbesondere als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet sind.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das vorgespannte fluidhydraulische zweite Reservoir (80) einen Druck aufweist, der größer ist als der resultierende Druck aus der am Zylinder (10) wirksamen Masse und der Zylinderkammer (12) des Zylinders (10).
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das dritte steuerbare Ventil (60) und das vierte steuerbare Ventil (70) als ein 2/2-Wegeventil ausgebildet sind.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß dem unmittelbar vorangehenden Anspruch, wobei das dritte steuerbare Ventil (60) und das vierte steuerbare Ventil (70) elektrisch oder fluidhydraulisch ansteuerbar sind.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hydromaschine (21) als eine 4-Quadranten-Pumpe ausgebildet ist.
Hydraulisches Antriebssystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Steuerung eines hydraulischen Zylinders (10) in einem Pressensystem (200).