DE10317412A1

DE10317412A1 - Hydraulikaggregat

Info

Publication number: DE10317412A1
Application number: DE10317412A
Authority: DE
Inventors: Eugen Rapp
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

Es wird ein Hydroaggregat vorgeschlagen mit einem hydraulischen Druckübersetzer, welcher durch Hydraulikleitungen 2 mit mindestens einem Hydraulikzylinder verbunden ist, wobei sowohl der Druckübersetzer 1 als auch die Hydraulikzylinder 3 durch elektromechnische Einrichtungen 5 und 6 gesteuert werden, die von einem zentralen elektrischen Steuergerät 7 angesteuert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Hydraulikaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem solchen Hydraulikaggregat ist stets ein Druckübersetzer mit einem Arbeitsraum vorhanden, der hydraulisch mit einem oder mehreren als Arbeitszylinder dienenden Hydraulikzylindern verbunden ist und in dem wechselnde hydraulische Drücke erzeugt werden. Ein niederer Speicherdruck ist ausreichend beim Vorhub oder Eilgang der Hydraulikzylinder, während ein recht hoher Arbeitsdruck dazu dient, den Krafthub, bzw. Arbeitshub beim Hydraulikzylinder mindestens einzuleiten. Während der Speicherdruck durch den Förderdruck einer Hydraulikpumpe bewirkt wird und meistens über einen federbelasteten Speicherkolben weitgehend konstant gehalten wird, wird der Arbeitsdruck über einen in den Arbeitsraum tauchenden Tauchkolben bestimmt. Vor Eintauchen dieses Tauchkolbens in den Arbeitsraum herrscht dort meist Speicherdruck, auch deshalb, weil die beiden Räume, Speicherraum und Arbeitsraum, vor dem Arbeitshub meist miteinander verbunden sind und der Tauchkolben als Ventil und Steuerelement zur Trennung und Verbindung der beiden Räume dient. Hierfür kann der Tauchkolben unterschiedlichst ausgestaltet sein, beispielsweise durch Aufweisen einer größeren Stufe im Durchmesser, die durch Eintauchen in eine Verbindungsbohrung zwischen den Räumen diese voneinander trennt. In jedem Fall jedoch muss der Tauchkolben für diesen seinen Steuervorgang bzw. seiner Aufgabe zur Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit im Arbeitsraum, um den beschriebenen hohen Arbeitsdruck zu erzielen, durch Mittel angetrieben werden, die ihn gegen den Speicherdruck verschieben können.
Bei einem bekannten Druckübersetzer der gattungsgemäßen Art (Druckübersetzer der Firma TOX Pressotechnik, Weingarten) wird der Tauchkolben über einen Übersetzerkolben pneumatisch angetrieben, wobei aufgrund der Durchmesserdifferenz zwischen Tauchkolben und Übersetzerkolben ein verhältnismäßig niederer Luftdruck, beispielsweise zwischen 6 bis 10 bar, ein Öldruck von ca. 400 bar erzeugt werden kann. Diesem hohen Arbeitsdruck steht ein Speicherdruck um 60 bar gegenüber, der einem Luftdruck von etwa einem 1 bar entspricht. Derartige pneumatische Antriebe haben jedoch den Nachteil, dass ein verhältnismäßig harter Übergang zwischen Eil- und Krafthub stattfindet, dass der Anschluss an ein pneumatisches System aufwendig ist und dass insbesondere die Steuerung des Arbeitsablaufs sowie das Messen desselben, insbesondere aber auch die Überwachung des Prozesses und die Qualitätskontrolle aufwändig sind.
Es ist auch bekannt, einen solchen hydraulischen Druckübersetzer durch elektrische Mittel anzutreiben, insbesondere durch Antrieb des Tauchkolbens durch einen elektrischen Linearmotor mit einer Kugelrollspindel odgl. ( DE OS 40 26 959 und DE OS 101 15 634 ). Der Fachmann hat die Anwendung eines solchen elektrisch angetriebenen Linearmotors bisher allerdings auf kombinierte Druckübersetzer mit eingeschlossenem Arbeitsraum eingeschränkt, da die Hubmöglichkeit wegen des dort zu verarbeitenden hydraulischen Volumens beschränkt erschien. Zwar werden bei diesen bekannten Druckübersetzern über einen Tauchkolben in einem Arbeitsraum hohe Drücke erzeugt, was jedoch nicht übertragbar erschien auf oben genanntes Druckübersetzersystem, mit vom Druckübersetzer getrennten Arbeitszylindern. Während der eine bekannte Druckübersetzer ( DE OS 40 26 959 ) so wie beschrieben gar nicht funktionieren kann, da beim dort vorgesehenen Eilgang das verdrängte Volumen nicht geschluckt wird, so ist beim anderen bekannten Druckübersetzer ( DE OS 101 15 634 ) das Volumen des Arbeitsraums so gering wie möglich gehalten, um dadurch einen ausreichenden Eilgang und später Krafthub zu erzielen, so dass seine Anwendung sehr eingeschränkt ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die oben genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere wird durch die Erfindung ein sanfter Übergang von Eil- auf Krafthub erzielt, ein Kuppeln und Schalten ist nicht mehr notwendig, d.h. der elektrische Antrieb kann kontinuierlich weiter laufen, ohne dass deshalb ein Nachteil entsteht, wobei insbesondere neben der Verschleißarmheit und der Automatik beim Umschalten von Eil- auf Krafthub, eine einfachere Qualitäts- und Prozessüberwachung über den elektrischen Antrieb erfolgen kann. Die Flexibilität der Erfindung wird besonders durch die doppelte Ansteuerbarkeit von Druckübersetzer und Hydraulikzylinder erweitert, welche über ein gesamtes elektrisches Steuergerät miteinander verbindbar sind. Unterschiedliche Taktzeiten können erzielt werden oder auch verbesserte Auswertungen der Messgeräte.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Außenansicht des erfindungsgemäßen Hydraulikaggregats in der Außenansicht
2 einen Druckübersetzer im Längsschnitt
3–6 die Längsschnitte durch verschiedene Arbeitszylinder mit koaxialem Zusatzantrieb und
7–9 Längsschnitte durch den Zusatzantrieb von Arbeitskolben, die jeweils über einen achsparallel angeordneten Elektromotor angetrieben werden.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein komplettes Hydraulikaggregat mit einem hydraulischen Druckübersetzer 1, der über Hydraulikleitungen 2 mit Hydraulikzylindern 3 verbunden ist, welche jeweils nach außen ragende Kolbenstangen 4 aufweisen. Sowohl beim Druckübersetzer 1 als in den Hydraulikzylindern 3 sind elektromechanisch gesteuerte Einrichtungen 5 und 6 angeordnet, über die der Hydraulikdruck, bzw. die Kolbenstangen 4 des Hydraulikaggregats gesteuert werden. Angesteuert werden diese elektromechanisch arbeitenden Einrichtungen 5 und 6 über ein zentrales elektrisches Steuergerät 7, welches über Kabel 8 mit den elektromechanisch gesteuerten Einrichtungen 5 und 6 verbunden ist, über welches zentral einerseits der ausgangsseitig des Druckübersetzers 1 in den Druckleitungen 2 herrschende Arbeitsdruck gesteuert wird und andererseits die Funktion der einzelnen Hydraulikzylinder 3 und damit der Kolbenstangen 4.
Erfindungsgemäß ist hierdurch ein technisches Verfahren gegeben mit der Steuerung über ein zentrales elektrisches Steuergerät 7, über welches einerseits im Druckübersetzer 1 von einem, weniger Energie schluckenden Speicherdruck bis zu einem hohen Arbeitsdruck, Hydraulikflüssigkeit gespeichert und zur Verfügung gestellt wird, während in den einzelnen Hydraulikzylindern 3 und durch deren ebenfalls vom zentralen elektrischen Steuergerät 7 angesteuerten, elektromechanischen Einrichtungen 6 die Kolbenstangen 4 freigegeben oder überhaupt gesteuert werden. So besteht die Erfindung einerseits in der Steuerung der miteinander verketteten Glieder wie dem Druckübersetzer 1 und den Hydraulikzylindern 3, und andererseits auf die elektrische Steuerung dieser entsprechend vielfältigen Geräte. So kann nach Einstellung der Funktionsvoraussetzungen im Druckübersetzer 1 durch die elektrische Ansteuerung der verschiedenen Hydraulikzylinder 3 eine entsprechend unterschiedliche Tätigkeit der einzelnen Hydraulikzylinder 3 erzielt werden. Der zentrale Druckübersetzer 1 wird so angeordnet, dass die Hydraulikleitungen 12 zur Vermeidung von unnötigen Hydraulikölkompressionen möglichst kurz sind, bzw. der Druckübersetzer 1 günstig zugänglich ist. Die Hydraulikzylinder 3 hingegen sind wegen deren Kolbenstangen 4 jeweils unmittelbar am Arbeitsplatz angeordnet, beispielsweise an einer Stanze, Presse odgl. Auf Grund der voneinander unabhängigen Hydrauliksteuerung zwischen Druckübersetzer 1 und Hydraulikzylinder 3, und der dazwischen angeordneten Hydraulikleitungen 2 können diese Hydraulikzylinder 3 in ihrer Einbaulage völlig unabhängig von der des Druckübersetzers 1 sein.
In 2 ist ein Druckübersetzer 1 im Längsschnitt dargestellt, so weit es den hydraulischen Teil betrifft. Die elektromechanische Einrichtung 5 ist hier nicht näher dargestellt, kann aber einer solchen in den nachfolgenden Figuren entsprechen. In jedem Fall wird durch die elektromechanische Einrichtung 5 ein Druckkolben 9 betätigt, der einen Speicherraum 10 durchdringt und auf dem axial verschiebbar ein federbelasteter Speicherkolben 11 angeordnet ist. Somit herrscht in dem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Speicherraum 10 ein nahezu konstanter, der Federkraft entsprechender Druck, der sich über eine Steueröffnung 12 und eine Zylinderbohrung 13 zu den Anschlüssen 14 fortpflanzt, an denen die hier nicht dargestellten und zu den Hydraulikzylindern 3 führenden Hydraulikleitungen 2 angeschlossen sind.
Der Druckkolben 9 weist eine Druckstufe 15 auf, welche nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes des Druckkolbens 9 in die Steueröffnung 12 taucht und diese damit sperrt, so dass kein Hydrauliköl mehr aus dem Speicherraum 10 in die Zylinderbohrung 13 gelangen kann, hingegen, auf Grund dieses Hubes und dieser Absperrung in die Zylinderbohrung 13 ein entsprechend hoher Arbeitsdruck entstehen kann. Derartige hydraulische Druckübersetzer sind in vielfältiger Weise bekannt, wobei im Unterschied zur Erfindung der Druckkolben 9 meist pneumatisch angetrieben wird.
Am freien Ende des Druckkolbens 9 ist exzentrisch ein Führungskolben 16 angeordnet, der auf Grund seiner exzentrisch zur Achse des Druckkolbens 9 angeordneten Achse als Verdrehsicherung des Druckkolbens 9 dient. Eine solche Verdrehsicherung des Druckkolbens 9 kann hier wegen der nicht näher in ihrer Funktion dargestellten elektromechanischen Einrichtung 5 erforderlich sein. Natürlich kann statt einer solchen Verdrehsicherung auch eine andere Verdrehsicherung dienen, beispielsweise bei der gehäusefeste Gleitsteine in entsprechend zugeordnete Längsnuten des verschiebbaren Druckkolbens greifen oder umgekehrt, bei der irgendwelche am Druckkolben 9 angeordnete Gleitsteine in entsprechende Gehäuse feste Längsnuten greifen.
In den 3 bis 9 sind verschiedene Beispiele für die Hydraulikzylinder 3 aus 1 dargestellt mit verschiedenen, insbesondere unterschiedlichen elektromechanisch gesteuerten Einrichtungen 6, aber stets mit der Kolbenstange 4.
Bei dem Hydraulikzylinder gemäß 3 wird ein Arbeitskolben 18 der Kolbenstange 4 hydraulisch über die durch die Hydraulikleitung 2 vom Druckübersetzer zugeführten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wobei sein Hub über eine an ihm stirnseitig befestigte Spindel 19 gesteuert wird. Diese Spindel 19 stellt das Verbindungsglied zu der elektromechanisch arbeitenden Einrichtung 6 dar, die wiederum mit elektromechanischen Mitteln arbeitet unter Einsatz eines Elektromotors, der vorzugsweise rotierend ist aber auch als Hubmagnetmotor ausgebildet sein kann. Maßgebend ist, dass er über ein Steuergerät 7 (1) steuerbar ist. Durch diese Einrichtung 6 kann die Kolbenstange 4 freigegeben werden, blockiert werden aber auch zusätzlich zur Erzielung einer besonders hohen Kraft zusätzlich über die Spindel 19 belastet werden.
In 4 ist der Abtriebsbereich des Hydraulikzylinders so gestaltet, dass der stirnseitige Endbereich 20, an dem gestrichelt angedeutet die Kolbenstange 4 angeordnet ist, mit seiner Mittelachse gegenüber jener einer Zwischenstange 21, die im Zylindergehäuse 22 radial geführt ist, parallel verschoben, so dass dadurch eine Verdrehsicherung von Kolbenstange 4 zu einem Arbeitskolben 23 entsteht – ähnlich wie die Verdrehsicherung in 2 des Druckkolbens 9.
Bei dem Beispiel in 5 ist die elektromechanische Einrichtung im Längsschnitt gezeigt, wobei ein dort angeordneter Elektromotor 24 als Läufer 25 eine Muffe aufweist, innerhalb der ein Rollen- oder Kugelgetriebe 26 eine lineare Verschiebung einer Antriebsspindel 27 bewirkt, die über einen in der Kolbenstange 4 angeordneten Druckraum 28 eine dem Druck entsprechende hohe Stellkraft an der Kolbenstange 4 bewirkt, wobei für einen möglichen Eilgang der Kolbenstange 4 und des Arbeitskolbens 18 der vom Druckübersetzer 1 zugeführte Hydraulikstrom in den Arbeitsraum 29 maßgebend ist.
Der Gegenstand in 6 entspricht jener aus 3, wobei der bei beiden Gegenständen durch die Kolbenstange 4 und den Arbeitskolben 18 begrenzte Ringraum 30 hier über eine hydraulische Steuerleitung 31 verbunden ist, um den Rückhub der Kolbenstange 4 zu bewirken.
Bei den in den 7, 8 und 9 dargestellten Hydraulikzylindern ist jeweils ein stark vereinfacht dargestellter Elektromotor 32 vorgesehen, über dessen Abtriebswelle 33 und einen Antriebsriemen 34, sowie eine Antriebsscheibe 35, eine Antriebsspindel 36, eines Hubmotors 37 für die Kolbenstange 4 angetrieben wird. Der Hubmotor kann in unterschiedlichster Weise ausgestaltet sein, wobei jedenfalls nach einem, vorzugsweise über einen Antriebskolben 38, die Kolbenstange 4 gesperrt, freigegeben und im Eilgang betrieben werden kann, um danach zur Erzeugung eines Krafthubes durch das zwischen Antriebsspindel und Kolbenstange angeordnete Getriebe einen Resthub der Kolbenstange 4 bei hoher Verstellkraft zu erzeugen.
Wie in 9 dargestellt kann die Abtriebswelle 33 mit einer mechanischen Bremse 39 versehen sein, insbesondere zur Erreichung der Doppelrenundanz.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Druckübersetzer
2: Hydraulikleitung
3: Hydraulikzylinder
4: Kolbenstange
5: elektrisch mechanisch gesteuerte Einrichtung
6: elektrisch mechanisch gesteuerte Einrichtung
7: zentrales elektrisches Steuergerät
8: Kabel
9: Druckkolben
10: Speicherraum
11: Speicherkolben
12: Steueröffnung
13: Zylinderbohrung
14: Hydraulikanschluss zu Leitung 2
15: Druckstufe
16: Führungskolben
17
18: Arbeitskolben
19: Spindel
20: Endbereich
21: Zwischenstange
22: Zylindergehäuse
23: Arbeitskolben
24: Elektromotor
25: Läufer
26: Getriebe
27: Antriebsspindel
28: Druckraum
29: Steuerraum
30: Ringraum
31: hydraulische Steuerleitung
32: Elektromotor
33: Antriebswelle
34: Antriebsriemen
35: Antriebsscheibe
36: Antriebsspindel
37: Hubmotor
38: Antriebskolben
39: mechanische Bremse

Claims

Hydraulikaggregat – mit einem hydraulischen Druckübersetzer (1) und – mit mindestens einem von diesem angetriebenen Hydraulikzylinder (3) mit nach außen ragender Kolbenstange (4), – mit einem im Druckübersetzer (1) vorhandenen und mit dem Hydraulikzylinder (3) hydraulisch über Leitungen (2) odgl. verbundenen Arbeitsraum (13) für unterschiedliche hydraulische Drücke (niedrigerem und weitgehend konstantem Speicherdruck als Versorgungsdruck beim Vorhub und dergleichen und hohem Arbeitsdruck für den Krafthub) – mit einem im Druckübersetzer (1) angeordneten, mit dem Arbeitsraum (13) gesteuert hydraulisch verbindbaren Speicherraum (10) – mit einem im Arbeitsraum wirkenden Druckkolben (9) zur Erzeugung des Arbeitsdrucks und – mit einem die Verbindung (12) zwischen Speicherraum (10) und Arbeitsraum steuernden Ventils (Tauchkolbenstufe 15 odgl.), dadurch gekennzeichnet, – dass im Druckübersetzer (1) der Druckkolben (9) durch eine elektromechanische Einrichtung (5) betätigbar ist, – dass die elektromechanische Einrichtung (5) einen vorzugsweise rotierenden Elektromotor (24) aufweist, der durch ein elektrisches Steuergerät (7) ansteuerbar ist, – dass zwischen Elektromotor (24) und Druckkolben (9) ein mechanisches Getriebe angeordnet ist, zur Umsetzung der Arbeitsbewegung des Elektromotors (24) in eine Hubbewegung des Druckkolbens (9) und – dass im Hydraulikzylinder (3) ein elektromechanisches Steuerglied (6) für die Kolbenstange (4) angeordnet ist.
Hydroaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hydraulikzylinder (3) als elektromechanisches Steuerglied eine elektrisch und hydromechanisch betätigte Einrichtung mit einer Antriebsspindel angeordnet ist, welche in Hubrichtung an einem Arbeitskolben (18) der Kolbenstange (4) angreift.
Hydraulikaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckübersetzer (1) und/oder im Hydraulikzylinder (3), der Druckkolben (9, 27) als Tauchkolben ausgebildet ist, welcher nach Eintauchen in den Arbeitsraum (13, 28) und durch Sperren von dessen Verbindung zum Versorgungsraum (29) (Speicherraum 10) als Ventil dient.
Hydraulikaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsraum (29) (Speicherraum 10) durch einen vorzugsweise koaxial um den Druckkolben (9) angeordneten Speicherkolben (11) begrenzt ist, welcher durch eine weitgehend konstante Kraft belastet ist.
Hydraulikaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial angetriebenen Teile (Antriebsspindel, Druckkolben und dergleichen) gegenüber ihrer Linearführung verdrehgesichert sind.
Hydroaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der angetriebenen Teile (16) zu jenen der antreibenden Teile (9) zueinander parallel versetzt sind.
Hydraulikaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrohydromechanische Antrieb (Antriebsspindel 26, Druckkolben 9) als ein über einen Elektromotor (24) angetriebener Spindelmotor ausgebildet ist, mit elektromotorisch angetriebener rotierender Spindelmutter (25), Getriebezwischenteilen und koaxial angeordneter nicht mitrotierender aber axial verschiebbarer Antriebsspindel (27).
Hydroaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Muffe eine als Läufer (25) des Elektromotors (24) dienende rotierende Hohlwelle dient, mit einem Innengewinde, in welchem die mechanischen Antriebsteile (26) für die Abtriebsspindel (27) arbeiten.
Hydroaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Antriebsteil (26) als Kugelroll-, Planetenrollen-, Gewindespindelgetriebe odgl, ausgebildet ist.
Hydroaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrohydromechanische Antrieb (32, 33) eine achsgleich angeordnete und an der Abtriebsspindel (33) angreifende, insbesondere mechanische Bremse (39) aufweist.