DE102021212944B3 - Hydraulic circuit with a hydraulic cylinder - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine hydraulische Schaltung mit einem Hydrozylinder, insbesondere Pressenzylinder, und mit einer hydrostatischen Verdrängermaschine mit variabler Verdrängungsrichtung, über die der Hydrozylinder in Gangarten antreibbar ist, wofür ihr Hochdruck in Abhängigkeit der Gangart mit wenigstens einem von Zylinderräumen des Hydrozylinders fluidisch verbindbar ist, von denen einer, insbesondere zum Schutz gegen Druckspitzen oder Überlast, über eine Druckbegrenzungseinrichtung der Schaltung fluidisch mit einer Druckmittelsenke verbindbar ist.Disclosed is a hydraulic circuit with a hydraulic cylinder, in particular a press cylinder, and with a hydrostatic displacement machine with a variable direction of displacement, via which the hydraulic cylinder can be driven in gears, for which its high pressure, depending on the gear, can be fluidically connected to at least one of the cylinder chambers of the hydraulic cylinder, of which one, in particular for protection against pressure peaks or overload, can be fluidically connected to a pressure medium sink via a pressure limiting device of the circuit.
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung mit einem Hydrozylinder, insbesondere einem Pressenzylinder, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydraulic circuit with a hydraulic cylinder, in particular a press cylinder, according to the preamble of claim 1.
Die Druckschrift
Nachteilig hieran ist, dass einmal abgelassenes Druckmittel erneut in das hydrostatische Getriebe nachgefördert und auf das entsprechende Druckniveau gebracht werden muss, was einerseits einen vorrichtungstechnischen Aufwand in Form großer Nachsaugventile mit sich bringt und andererseits energetisch ungünstig ist.The disadvantage of this is that once the pressure medium has been released, it has to be fed back into the hydrostatic transmission and brought to the appropriate pressure level, which on the one hand entails a technical complexity in the form of large suction valves and on the other hand is energetically unfavorable.
Aus der
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine energieeffizientere hydraulische Schaltung zu schaffen.In contrast, the invention is based on the object of creating a more energy-efficient hydraulic circuit.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This problem is solved by a hydraulic circuit with the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der hydraulischen Schaltung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 beschrieben.Advantageous developments of the hydraulic circuit are described in patent claims 2 to 9.
Eine hydraulische Schaltung hat einen Hydrozylinder, insbesondere einen Pressenzylinder einer Presse, beispielsweise einer Abkantpresse. Um eine Mehrzahl möglicher Gangarten des Hydrozylinders - und damit der Presse - bezüglich Kraft- und/oder Geschwindigkeit zu ermöglichen, ist der Hydrozylinder vorzugsweise mehrfachwirkend, insbesondere doppeltwirkend. Besonders bevorzugt ist er als Tandemzylinder ausgebildet. Um ihn mit Druckmittel in den verschiedenen Gangarten zu versorgen, hat die Schaltung zudem eine hydrostatische Verdrängermaschine, die in verschiedenen Verdrängungsrichtungen betreibbar ausgestaltet ist. Zumindest ist sie im Pumpenbetrieb in verschiedenen Förderrichtungen betreibbar. Vorzugsweise ist sie ergänzend im Motorbetrieb in verschiedenen Verbrauchsrichtungen betreibbar. In Abhängigkeit der Gangart des Hydrozylinders ist ein Hochdruck oder Hochdruckraum der Verdrängermaschine mit wenigstens einem von Zylinderräumen des Hydrozylinders fluidisch verbindbar. Wenigstens einer der Zylinderräume ist, insbesondere zum Schutz gegen Druckspitzen oder Überlast, über eine Druckbegrenzungseinrichtung, insbesondere über zumindest einen Regenerationsströmungspfad, der Schaltung fluidisch mit einer Druckmittelsenke, insbesondere einem anderen der Zylinderräume, verbindbar. Erfindungsgemäß sind die durch den zumindest einen Regenerationsströmungspfad verbundenen Zylinderräume durch zwei jeweils gleichwirkende Kolbenflächen begrenzt.A hydraulic circuit has a hydraulic cylinder, in particular a press cylinder of a press, for example a press brake. In order to enable a plurality of possible gaits of the hydraulic cylinder—and thus of the press—in terms of force and/or speed, the hydraulic cylinder is preferably multi-acting, in particular double-acting. It is particularly preferably designed as a tandem cylinder. In order to supply it with pressure medium in the different gaits, the circuit also has a hydrostatic displacement machine that is designed to be operable in different directions of displacement. At least it can be operated in different conveying directions during pump operation. It can preferably also be operated in different consumption directions during engine operation. Depending on the gait of the hydraulic cylinder, a high-pressure or high-pressure chamber of the displacement machine can be fluidically connected to at least one of the cylinder chambers of the hydraulic cylinder. At least one of the cylinder chambers can be fluidically connected to a pressure medium sink, in particular to another of the cylinder chambers, via a pressure limiting device, in particular via at least one regeneration flow path, of the circuit, in particular to protect against pressure peaks or overload. According to the invention, the cylinder spaces connected by the at least one regeneration flow path are delimited by two piston surfaces that each have the same effect.
Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem über die Druckbegrenzungseinrichtung ein Druckstoß oder eine Druckspitze in einen Tank oder ein externes Druckmittelreservoir entspannt wird, aus dem die Hydromaschine oder der Hydrozylinder nachsaugt, verbleibt das Druckmittel erfindungsgemäß innerhalb der hydraulischen Schaltung. In Folge muss weniger Druckmittel nachgesaugt werden, um die Druckmittelmenge des Hydrozylinders konstant zu halten und Nachsaugventile können kleiner ausgelegt werden oder können gar entfallen. Ein Risiko von Kavitation beim Nachsaugen ist verringert. Auf diese Weise ist eine energieeffizientere hydraulische Schaltung geschaffen.In contrast to the prior art, in which a pressure surge or a pressure peak is relieved via the pressure limiting device in a tank or an external pressure medium reservoir from which the hydraulic machine or the hydraulic cylinder draws, the pressure medium remains within the hydraulic circuit according to the invention. As a result, less pressure medium has to be replenished in order to keep the pressure medium quantity of the hydraulic cylinder constant, and replenishment valves can be designed to be smaller or can even be omitted. A risk of cavitation during suction is reduced. In this way, a more energy-efficient hydraulic circuit is created.
Ferner kann das Druckmittel über den Regenerationsströmungspfad von dem belasteten Zylinderraum in den anderen Zylinderraum mit der gleichwirkenden Kolbenflache entlastet werden. Das Druckmittel kann über den anderen Zylinderraum zu der hydrostatischen Verdrängermaschine zugeführt und derart regeneriert werden.Furthermore, the pressure medium can be relieved via the regeneration flow path from the loaded cylinder space into the other cylinder space with the same acting piston surface. The pressure medium can be fed to the hydrostatic displacement machine via the other cylinder space and regenerated in this way.
In einer Weiterbildung ist die Verdrängermaschine elektromotorisch antreibbar oder angetrieben, insbesondere mittels einem drehzahlvariablen, positionsregelbaren Schritt- oder Servomotor der Schaltung. Die Verdrängermaschine kann mit konstantem Verdrängungsvolumen oder mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein. Letztgenannte Variante ermöglicht in Verbindung mit einer drehzahlvariablen Elektromaschine als Antriebsmaschine eine besonders hohe Dynamik zur Regelung eines Kraft- und/oder Geschwindigkeitsprofils des Hydrozylinders. Die Verdrängermaschine ist vorzugsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben oder -achsenbauweise ausgeführt. Auf eine Drehrichtungsumkehr der Antriebsmaschine und der Verdrängermaschine kann sogar verzichtet werden, wenn die Verdrängermaschine mit reversierbarem, also durch Null und beidseitig davon verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet ist.In a further development, the displacement machine can be driven or is driven by an electric motor, in particular by means of a variable-speed, position-controllable stepper or servomotor of the circuit. The displacement machine can be designed with a constant displacement volume or with an adjustable displacement volume. The latter variant, in conjunction with a variable-speed electric machine as the drive machine, enables particularly high dynamics to control a Force and/or speed profile of the hydraulic cylinder. The displacement machine is preferably designed as an axial piston machine with a swash plate or swash plate design. A reversal of the direction of rotation of the drive machine and the displacement machine can even be dispensed with if the displacement machine is designed with a reversible displacement volume, ie displacement volume that can be adjusted through zero and on both sides.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist dem einen Zylinderraum in Abhängigkeit der Gangart jeweils ein anderer der restlichen Zylinderräume als Druckmittelsenke zugeordnet. Das heißt, je nach Gangart kann für den einen Zylinderraum ein anderer der restlichen Zylinderräume die Druckmittelsenke darstellen. Auf diese Weise sind mehrere Regenrationspfade für den Abbau von Druckspitzen ausbildbar. Insbesondere ausgebildet.In a preferred development, one of the remaining cylinder chambers is assigned as a pressure medium sink to one cylinder chamber, depending on the gait. This means that depending on the gait, another of the remaining cylinder chambers can represent the pressure medium sink for one cylinder chamber. In this way, a number of regeneration paths for reducing pressure peaks can be formed. Specifically trained.
In einer bevorzugten Bauform des Hydrozylinders hat dieser drei hydraulisch aktive oder aktivierbare Kolbenflächen. Insbesondere sind dies eine zweite und eine dritte, die miteinander gleichwirkend sind und eine erste, die der zweiten und dritten Kolbenfläche entgegenwirkt. Die Bauform wird auch als Tandemzylinder bezeichnet.In a preferred design of the hydraulic cylinder, it has three hydraulically active or activatable piston surfaces. In particular, these are a second and a third, which have the same effect as one another, and a first, which counteracts the second and third piston surfaces. The design is also referred to as a tandem cylinder.
Damit bei einer Bewegung des Kolbens kein Differenzvolumen anfällt und in Folge eine Regeneration des Druckmittels zwischen den Zylinderräumen in verschiedenen Gangarten und ohne ein Ausgleichsvolumen oder einen Hydrospeicher möglich ist, ist in einer Weiterbildung eine Summe von Flächeninhalten der gleichwirkenden zweiten und dritten Kolbenfläche gleich einem Flächeninhalt der ihnen entgegenwirkenden ersten Kolbenfläche. Hierbei ist „gleich“ als hinreichend gleich zu verstehen, da eine geringe Leckage zwischen den Zylinderräumen das reale Verhältnis der Flächeninhalte beeinflussen können.So that there is no difference in volume when the piston moves and, as a result, regeneration of the pressure medium between the cylinder chambers in different gear types and without a compensation volume or a hydraulic accumulator is possible, in a further development the sum of the surface areas of the second and third piston surfaces, which have the same effect, is equal to a surface area of the they counteracting first piston surface. Here "equal" is to be understood as sufficiently equal, since a slight leakage between the cylinder chambers can influence the real ratio of the surface areas.
In einer Weiterbildung ist der eine der Zylinderräume, der wie oben erwähnt über die Druckbegrenzungseinrichtung fluidisch mit dem anderen Zylinderraum - der Druckmittelsenke - verbindbar ist, von der dritten Kolbenfläche begrenzt. Vorzugsweise ist die dritte Kolbenfläche derart angeordnet, dass sie bei Druckmittelbeaufschlagung entgegen der Schwerkraft wirksam ist.In a development, one of the cylinder chambers, which, as mentioned above, can be connected fluidically to the other cylinder chamber—the pressure medium sink—as mentioned above, is delimited by the third piston surface. The third piston surface is preferably arranged in such a way that it acts against the force of gravity when pressurized medium is applied.
Damit aus dem dritten Zylinderraum verdrängtes Druckmittel in den ersten Zylinderraum regeneriert werden kann, ist in einer Weiterbildung ein erster Regenerationsströmungspfad vorgesehen, über den die dritte mit der ihr entgegenwirkenden ersten Kolbenfläche, oder in anderen Worten der dritte Zylinderraum mit dem ersten Zylinderraum, fluidisch verbindbar ist. Vorzugsweise ist der erste Regenerationsströmungspfad beim Absenken, insbesondere bei einem schnellen Absenken des Kolbens mit vergleichsweise geringer Kraft - also in einem Eilgang abwärts - aktiv oder aufgesteuert.So that pressure medium displaced from the third cylinder chamber can be regenerated in the first cylinder chamber, a first regeneration flow path is provided in a further development, via which the third piston surface can be fluidically connected to the first piston surface acting in the opposite direction, or in other words the third cylinder chamber to the first cylinder chamber . The first regeneration flow path is preferably active or opened when the piston is lowered, in particular when the piston is lowered quickly with comparatively little force—ie in rapid downward motion.
Um zu hohe Kräfte beim Einfahren oder Anheben des Kolbens - also insbesondere in einem Eilgang aufwärts - zu verhindern, ist in einem ersten Druckbegrenzungspfad, parallel zum ersten Regenerationsströmungspfad, ein erstes Druckbegrenzungsventil angeordnet, das bei zu hohem Druck im dritten Zylinderraum die Druckspitze in den ersten Zylinderraum leitet, wobei dessen erste Kolbenfläche der anhebend wirksamen dritten Kolbenfläche entgegenwirkt. Beim Ansprechen des ersten Druckbegrenzungsventils wird somit einerseits die anhebende Druckkraft im dritten Zylinderraum verringert und zudem die absenkende Druckkraft im ersten Zylinderraum erhöht. Auf diese Weise kann insbesondere eine mechanische Verbindung des Kolbens mit seiner Kolbenstange, an der eine Last hängt, gegen zu hohe Zugkräfte abgesichert werden. Es handelt sich hierbei somit um die Möglichkeit den Hydrozylinder vor Beschädigung durch zu große Kräfte beim Einfahren zu schützen.In order to prevent excessive forces when retracting or raising the piston - i.e. in particular in an upward rapid traverse - a first pressure limiting valve is arranged in a first pressure limiting path, parallel to the first regeneration flow path Cylinder chamber passes, wherein the first piston surface counteracts the lifting effective third piston surface. When the first pressure-limiting valve responds, the raising pressure force in the third cylinder chamber is reduced on the one hand and the lowering pressure force in the first cylinder chamber is also increased. In this way, in particular, a mechanical connection of the piston with its piston rod, on which a load is suspended, can be secured against excessive tensile forces. It is therefore a matter of protecting the hydraulic cylinder from damage caused by excessive forces when retracting.
Damit aus dem dritten Zylinderraum verdrängtes Druckmittel in den zweiten Zylinderraum regeneriert werden kann, ist in einer Weiterbildung ein zweiter Regenerationsströmungspfad vorgesehen, über den die dritte mit der mit ihr gleichwirkenden zweiten Kolbenfläche, oder in anderen Worten der dritte Zylinderraum mit dem zweiten Zylinderraum, fluidisch verbindbar ist. Vorzugsweise ist der zweite Regenerationsströmungspfad beim Absenken, insbesondere bei einem vergleichsweise langsamen Absenken des Kolbens bei hoher Kraft - also in einem Kraftgang abwärts - aktiv oder aufgesteuert. Der zuvor genannte erste Regenerationspfad ist dann zugesteuert.So that pressure medium displaced from the third cylinder chamber can be regenerated in the second cylinder chamber, a second regeneration flow path is provided in a further development, via which the third cylinder chamber can be fluidically connected to the second piston surface acting in the same way, or in other words the third cylinder chamber to the second cylinder chamber is. The second regeneration flow path is preferably active or opened when the piston is lowered, in particular when the piston is lowered comparatively slowly at high force—ie in a downward force gear. The aforementioned first regeneration path is then closed.
Damit die Schaltung keine ungewollten Betriebszustände aufweist, ist zumindest im Eilgängen und im Kraftgang nur einer der genannten Regenerationspfade aufgesteuert, wobei der jeweils andere zugesteuert ist.To ensure that the circuit does not have any unwanted operating states, only one of the named regeneration paths is opened, at least in rapid traverse and in power gear, with the respective other one being closed.
Im Eilgang abwärts ist, wie bereits erwähnt, der erste Regenrationspfad aufgesteuert und der zweite Regenrationspfad ist zugesteuert. Setzt nun beispielsweise ein vom Kolben bewegter Stempel auf einer Matrize der Presse auf, muss zur Ausbildung des gewünschten Kraft-Zeit-Profils eine Presskraft des Hydrozylinders erhöht werden. Hierzu muss vom Eilgang abwärts in den Kraftgang abwärts umgeschaltet werden, was ein Umschalten der beiden Regenerationspfade bedingt. Der Umschaltprozess muss applikationsspezifisch optimiert werden, um beispielsweise eine möglichst geringe Beschleunigung in das System einzubringen. Hierbei kann es applikationsspezifisch erforderlich sein, dass die beiden Regerationspfade nicht zeitgleich aufgesteuert sein dürfen.As already mentioned, the first regeneration path is opened and the second regeneration path is closed in rapid traverse downwards. If, for example, a ram moved by the piston is placed on a die of the press, the press force of the hydraulic cylinder must be increased in order to form the desired force-time profile. To do this, it is necessary to switch from rapid traverse downwards to force traverse downwards, which requires the two regeneration paths to be switched over. The switching process must be optimized for the specific application in order, for example, to introduce the lowest possible acceleration into the system. Depending on the application, it may be necessary for the regeneration paths must not be activated at the same time.
In einer Weiterbildung, insbesondere in solchen Applikationen, wird daher der erste Regenerationspfad zugesteuert, bevor der zweite Regenrationspfad aufgesteuert wird. Da bei offenem erstem Regenrationspfad Druckmittel aus dem dritten Zylinderraum in den ersten Zylinderraum strömt, kann aus dem Schießen des ersten Regenrationspfades ein Druckstoß im dritten Zylinderraum resultieren.In a further development, particularly in such applications, the first regeneration path is therefore closed before the second regeneration path is opened. Since pressure medium flows from the third cylinder chamber into the first cylinder chamber when the first regeneration path is open, the closing of the first regeneration path can result in a pressure surge in the third cylinder chamber.
In einer Weiterbildung weist die Schaltung daher einen zweiten Druckbegrenzungspfad, parallel zum zweiten Regenerationsströmungspfad, auf, in dem ein zweites Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Im Falle des vorbeschriebenen Druckstoßes kann dieser über das zweite Druckbegrenzungsventil in den zweiten Zylinderraum entspannt werden. Dies ist derjenige Zylinderraum, aus dem die Verdrängermaschine im Kraftgang-abwärts Druckmittel ansaugt, sodass das abgeleitete Druckmittel erfindungsgemäß in der hydraulischen Schaltung verbleibt und der Verdrängermaschine saugseitig bereitgestellt wird.In a further development, the circuit therefore has a second pressure-limiting path, parallel to the second regeneration flow path, in which a second pressure-limiting valve is arranged. In the case of the above-described pressure surge, it can be released into the second cylinder chamber via the second pressure-limiting valve. This is the cylinder space from which the displacement machine draws in pressure medium in the power gear down, so that the derived pressure medium according to the invention remains in the hydraulic circuit and is made available to the displacement machine on the suction side.
In einer Weiterbildung ist im jeweiligen Regenerationsströmungspfad ein Ventil vorgesehen, entweder ein Schaltventil oder, um das Auf- und Zusteuern weniger abrupt zu gestalten, ein stetig verstellbares Wegeventil. Das jeweilige Ventil ist in Abhängigkeit der Gangart oder eines Wechsels der Gangarten betätigbar, insbesondere zu- und aufsteuerbar.In a further development, a valve is provided in the respective regeneration flow path, either a switching valve or, in order to make the opening and closing control less abrupt, a continuously adjustable directional control valve. The respective valve can be actuated depending on the gait or a change of gait, in particular it can be controlled on and off.
Der Eilgang abwärts oder ausfahrend entspricht einer ersten Bewegungsrichtung des Hydrozylinders, wobei ein Niederdruck der Verdrängermaschine mit dem von der zweiten Kolbenfläche begrenzten zweiten Zylinderraum und der Hochdruck der Verdrängermaschine mit dem von der ersten Kolbenfläche begrenzten ersten Zylinderraum fluidisch verbunden ist, und wobei der erste Regenerationsströmungspfad aufgesteuert ist und der zweite Regenerationsströmungspfad zugesteuert ist.The rapid traverse downwards or outwards corresponds to a first direction of movement of the hydraulic cylinder, with a low pressure of the displacement machine being fluidically connected to the second cylinder chamber delimited by the second piston surface and the high pressure of the displacement machine being fluidically connected to the first cylinder chamber delimited by the first piston surface, and the first regeneration flow path being opened and the second regeneration flow path is controlled.
Der Kraftgang abwärts oder ausfahrend entspricht der ersten Bewegungsrichtung des Hydrozylinders, wobei der Niederdruck der Verdrängermaschine mit dem von der zweiten Kolbenfläche begrenzten zweiten Zylinderraum und der Hochdruck der Verdrängermaschine mit dem von der ersten Kolbenfläche begrenzten ersten Zylinderraum fluidisch verbunden ist, und wobei der erste Regenerationsströmungspfad zugesteuert ist und der zweite Regenrationsströmungspfad aufgesteuert ist.The downward or extending power gear corresponds to the first direction of movement of the hydraulic cylinder, with the low pressure of the displacement machine being fluidically connected to the second cylinder chamber delimited by the second piston area and the high pressure of the displacement machine being fluidically connected to the first cylinder chamber delimited by the first piston area, and the first regeneration flow path being controlled and the second regeneration flowpath is turned on.
Ein Eilgang aufwärts oder einfahrend entspricht einer zweiten Bewegungsrichtung des Hydrozylinders, wobei der Niederdruck der Verdrängermaschine mit dem von der ersten Kolbenfläche begrenzten ersten Zylinderraum und der Hochdruck der Verdrängermaschine mit dem von der zweiten Kolbenfläche begrenzten zweiten Zylinderraum fluidisch verbunden ist, und wobei der erste Regenerationsströmungspfad aufgesteuert ist und der zweite Regenerationsströmungspfad zugesteuert ist.An upward or retracting rapid traverse corresponds to a second direction of movement of the hydraulic cylinder, with the low pressure of the displacement machine being fluidically connected to the first cylinder chamber delimited by the first piston surface and the high pressure of the displacement machine being fluidically connected to the second cylinder chamber delimited by the second piston surface, and the first regeneration flow path being opened and the second regeneration flow path is controlled.
Zur Steuerung weist die Schaltung in einer Weiterbildung eine Steuereinheit auf, die eingerichtet ist, dass über sie die Gangarten steuerbar und wechselbar sind.In a further development, the gearshift has a control unit for control purposes, which is set up so that the gaits can be controlled and changed via it.
In einer Weiterbildung ist die Steuereinheit eingerichtet, dass über sie die Verdrängungsrichtung steuerbar und wechselbar ist, und dass über sie das oder die Ventile steuerbar ist oder sind.In a further development, the control unit is set up so that the direction of displacement can be controlled and changed via it, and that the valve or valves can be controlled via it.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung in vier Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine hydraulische Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, in einem Eilgang abwärts, -
2 die hydraulische Schaltung gemäß1 , beim Umschalten vom Eilgang abwärts in einen Kraftgang abwärts, -
3 die hydraulische Schaltung gemäß1 und2 im Kraftgang abwärts, und -
4 die hydraulische Schaltung gemäß den1 bis3 in einem Eilgang aufwärts.
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1 a hydraulic circuit according to an embodiment, in a rapid traverse downwards, -
2 the hydraulic circuit according to1 , when switching from rapid traverse downwards to a power traverse downwards, -
3 the hydraulic circuit according to1 and2 in power gear down, and -
4 the hydraulic circuit according to the1 until3 in a rapid traverse upwards.
Gemäß
An der Kolbenstange 16 ist ein Stempel (nicht dargestellt) angeordnet, der für den Pressvorgang auf eine Matratze der Presse (ebenso nicht dargestellt) verfahren werden kann. Üblicherweise ist dabei die Anordnung des Hydrozylinders 2 derart, dass das Ausfahren der Kolbenstange 16 in Schwerkraftrichtung erfolgt. Natürlich sind auch abweichende Anordnungen oder Lagen des Hydrozylinders 2 möglich.A ram (not shown) is arranged on the
Zum Verfahren des Hydrozylinders 2, genauer gesagt von dessen Kolben- und Stangenanordnung 10, 14, 12, 16, ist ein elektrohydraulischer Antrieb mit einer drehzahlvariablen Elektromaschine 38 und einer damit gekoppelten hydrostatischen Verdränger- oder Hydromaschine 40 vorgesehen. Diese ist für den Betrieb in allen vier Quadranten, das heißt sowohl für den Betrieb in beiden Drehrichtungen als auch für den Pumpenbetrieb und den Motorbetrieb ausgestaltet. Der Pumpenbetrieb ermöglicht dabei das aktive Verfahren der Kolbenstange 16, der Motorbetrieb ermöglicht die Rekuperation von hydraulischer Druckmittelenergie und trägt so zur Energieeffizienz bei. Zudem ist die Hydromaschine 40 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet. Im konkreten Fall ist sie als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben-Bauweise ausgestaltet, wobei als Maß für das Verdrängungsvolumen in
Ein Arbeitsanschluss der Hydromaschine 40 ist über eine erste Arbeitsleitung 42 mit dem ersten Zylinderraum 20, ein anderer ihrer Arbeitsanschlüsse ist über eine zweite Arbeitsleitung 44 mit dem zweiten Zylinderraum 28 fluidisch verbunden. Von der ersten Arbeitsleitung 42 zweigt eine dritte Arbeitsleitung 46 ab, über die der letztgenannte Arbeitsanschluss mit dem dritten Zylinderraum 22 fluidisch verbindbar ist. Dabei ist zum Auf- und Zusteuern der Druckmittelverbindung der Hydromaschine 40 mit dem dritten Zylinderraum 22 in der dritten Arbeitsleitung 46 ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Schaltventil 48 mit einer federvorgespannten Sperrstellung a und einer betätigbaren Durchflussstellung b angeordnet. Über die erste Arbeitsleitung 42, das Schaltventil 48 und die dritte Arbeitsleitung 46 ist zwischen den Zylinderräumen 20, 22 ein erster Regenerationsströmungspfad 46 ausbildbar. In Parallelschaltung zum ersten Schaltventil 48 ist ein erstes Druckbegrenzungsventil 50 in einem Druckbegrenzungspfad 52 angeordnet.A working port of
Darüber hinaus ist der dritte Zylinderraum 22 über einen zweiten Regenrationspfad 54 mit dem zweiten Zylinderraum 28 fluidisch verbindbar. Zum Auf- und Zusteuern des zweiten Regenrationspfades 54 ist auch hier ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Schaltventil 56 mit einer federvorgespannten Sperrstellung a und einer betätigbaren Durchflussstellung b vorgesehen. In Parallelschaltung zum zweiten Schaltventil 56 ist ein zweites Druckbegrenzungsventil 58 in einem zweiten Druckbegrenzungspfad 60 angeordnet.In addition, the third cylinder chamber 22 can be fluidically connected to the
Der Hydrozylinder 2 ist derart ausgestaltet, dass die Summe der Flächeninhalte der gleichwirkenden Kolbenflächen 26, 32 gleich dem Flächeninhalt der ihnen entgegenwirkenden, ersten Kolbenfläche 24 ist. Dadurch kann beim Verfahren der Kolben 10, 12 über die Arbeitsleitungen 42, 44, 46 und die Regenerationsströmungspfade 42, 46 und 54 Druckmittel zwischen den Zylinderräumen 22, 20 und 22, 28 im geschlossenen Kreis gefördert werden, ohne dass ein Differenzvolumenstrom anfällt. Um ein mögliches Leckagevolumen ersetzen zu können, sind in der Schaltung 1 Nachsaugventile vorsehbar, über die ein Nachaugen in den jeweiligen Zylinderraum 20, 28 und 22 ermöglicht wird.The hydraulic cylinder 2 is designed in such a way that the sum of the surface areas of the piston surfaces 26, 32 that act in the same way is equal to the surface area of the
Die erste Kolbenfläche 24 ist größer als die ihr entgegenwirkende dritte Kolbenfläche 26, welche wiederum größer ist, als die mit der ersten Kolbenfläche 24 gleichwirkende, zweite Kolbenfläche 32.The
Mit der ersten Arbeitsleitung 42 ist eine erste Druckerfassungseinheit 64, mit der zweiten Arbeitsleitung 44 ist eine zweite Druckerfassungseinheit 62 und mit der dritten Arbeitsleitung 46 eine dritte Druckerfassungseinheit 66 fluidisch verbunden. Die Druck Erfassungseinheit 62, 64, 66 sind über eine jeweilige Signalleitung mit einer Steuereinheit 68 der Schaltung 1 signalverbunden. Die Ventile 48, 56, genauer gesagt deren Elektromagnete, sind über eine jeweilige Signalleitung der Steuereinheit 68 signalverbunden. Zudem sind die Druckbegrenzungsventil 50, 58 in ihrem Begrenzungsdruck einstellbar und kann zu diesem Zweck über eine jeweilige Signalleitung mit der Steuereinheit 68 signalverbunden sein.A first
Es folgt die Beschreibung der Funktionsweise der Schaltung 1 anhand von Gangarten des Hydrozylinders 2. Diese sind ein Eilgang abwärts, ein Übergang vom Eilgang abwärts zu einem Kraftgang abwärts, der Kraftgang abwärts und ein Eilgang aufwärts.The following is a description of how the circuit 1 works using the types of gears of the hydraulic cylinder 2. These are a rapid traverse down, a transition from rapid traverse down to a power gear down, the power gear down and a rapid traverse up.
Setzt der an der Kolbenstange 16 angeordnete Stempel auf der Matrize auf (nicht dargestellt), wird der Eilgang beendet. Es folgt ein Übergang vom Eilgang abwärts zum Kraft- oder Pressgang abwärts, der in
Über eine Wegerfassungseinheit oder durch die fortwährende Druckmessung wird das Aufsetzen festgestellt. Zum einen führt das Aufsetzen zu einer drastischen Verringerung der Fahrgeschwindigkeit, was über die Wegerfassungseinheit feststellbar ist, zum anderen steigt mit dem Aufsetzen der Druck im ersten Zylinderraum 20 an. Gleichzeitig verändern sich auch die Druckverhältnisse im zweiten und im dritten Zylinderraum 28, 22. Die Druckerfassung erfolgt fortwährend über die zuvor erwähnten Druckerfassungseinheiten 62, 64, 66. Über die Steuereinheit 68 wird in Abhängigkeit der Drücke und der ihnen zugeordneten Kolbenflächen 32, 24, 26 die Zylinderkraft berechnet. Diese verändert sich mit dem Aufsetzen markant.The touchdown is determined by a displacement detection unit or by continuous pressure measurement. On the one hand, the touchdown leads to a drastic reduction in the driving speed, which can be determined via the position detection unit, and on the other hand, the pressure in the
In der Steuereinheit 68 ist dabei eine Umschaltkraft der Zylinderkraft vorbestimmt abgelegt, ab der der Eilgang abwärts beendet wird und das Umschalten in den Kraftgang abwärts gestartet wird, was anhand
Wie zuvor erläutert sind beim Aufsetzen noch die Schaltstellungen gemäß
Erfindungsgemäß wird der Druckstoß somit nicht gegen Umgebungsdruck oder Tankdruck abgeblasen, sondern das Druckmittel des Druckstoßes verbleibt im Hydrozylinder 2. Somit muss es auch nicht wieder nachgesaugt werden und vorhandene Nachsaugventile der Schaltung 1 können kleiner ausgelegt werden oder entfallen.According to the invention, the pressure surge is not blown off against ambient pressure or tank pressure, but the pressure medium of the pressure surge remains in the hydraulic cylinder 2. It therefore does not have to be sucked in again and existing ones Anti-cavitation valves of circuit 1 can be made smaller or can be omitted.
Erst mit einem geringen Zeitversatz wird gemäß
Am Ende des Kraftgangs abwärts erfolgt eine Dekompression. Decompression occurs at the end of the downward power cycle.
Darauf kann ein Kraft- oder Pressgang aufwärts folgen, um beispielsweise Haftkräfte der Presse zu überwinden. Hierbei kommt die gleiche Schaltung wie in
Im Anschluss erfolgt der Eilgang aufwärts, gemäß
Offenbart ist eine hydraulische Schaltung mit einem Hydrozylinder, insbesondere Pressenzylinder, mit Zylinderräumen, von denen wenigstens einer über ein Druckbegrenzungsventil abgesichert ist, dessen Druckmittelausgang fluidisch mit einem anderen der Zylinderräume verbindbar oder verbunden ist.Disclosed is a hydraulic circuit with a hydraulic cylinder, in particular a press cylinder, with cylinder chambers, at least one of which is protected by a pressure-limiting valve whose pressure medium outlet can be fluidically connected or is connected to another of the cylinder chambers.
Der erfindungsgemäße Einsatz des wenigstens einen Druckbegrenzungsventils ermöglicht einen Komponentenschutz bei unerwartetem Druckaufbau und bei suboptimalem Umschalttiminig zwischen den Gangarten.The use of the at least one pressure-limiting valve according to the invention enables components to be protected in the event of an unexpected pressure build-up and in the event of a suboptimal switching timing between the gear types.
Die erfindungsgemäße Druckabsicherung erfolgt innerhalb des Hydrozylinders, indem die Druckmittelsenke des Druckbegrenzungsventils von einem der Zylinderräume gebildet ist. Sie erfolgt damit auch innerhalb der Regelstrecke. Hierdurch wird das nachzusaugende Druckmittevolumen minimiert und Kavitation bestmöglich vermieden.The pressure protection according to the invention takes place within the hydraulic cylinder, in that the pressure medium sink of the pressure-limiting valve is formed by one of the cylinder chambers. It therefore also takes place within the controlled system. This minimizes the pressure medium volume to be replenished and cavitation is avoided as far as possible.
Claims (9)
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Citations (2)
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DE102014219734A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic circuit for supplying pressure to a differential cylinder |
DE102018203367A1 (en) | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Hydrostatic linear drive |
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2021
- 2021-11-18 DE DE102021212944.7A patent/DE102021212944B3/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102014219734A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic circuit for supplying pressure to a differential cylinder |
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