DE3805290A1 - Anordnung zur betaetigung mindestens eines linearmotors, insbesondere fuer eine dosiereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung min­ destens eines Linearmotors, insbesondere für eine Dosier­ einrichtung.

Zur Betätigung des Antriebskolbens eines hydraulischen Zylinders sind Servoventile oder Proportionalventile be­ kannt. Der vom Antriebskolben ausgeführte Hub läßt sich mit einem Wegemeßsystem erfassen, mit dem auch die Vor­ schubgeschwindigkeit geregelt werden kann, so daß der Antriebskolben in einer bestimmten Zeit einen vorbestimm­ ten Hub zurücklegt. Derartige Antriebe können beispiels­ weise für Dosiersysteme mit Einhub-Kolbenpumpen Verwendung finden. Dabei sollen bestimmte Mengen einer Komponente je Zeiteinheit gefördert werden. Bei einem Dosiersystem für Polyurethanschäumanlagen müssen beispielsweise die beiden flüssigen Komponenten von je einem Dosiersystem mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch eine Düse in eine Mischkammer gefördert werden. Dabei dient die in den mit der zu fördernden Komponente gefüllten Arbeitszylinder eintauchende Kolbenstange des vom Servoventil angesteuer­ ten Antriebszylinder als Arbeitskolben zum Verdrängen der Komponente.

Anstelle derartiger bekannter Zylinderanordnungen sind auch sogenannte Faltenbalgzylinder bekannt, bei denen innerhalb eines Zylinders ein geschlossener Faltenbalg angeordnet ist, der sich beim Einführen von Druckmittel ausdehnt und dabei die im Zylinder befindliche Komponente verdrängt. Das Füllen des Zylinders erfolgt über eine die Komponente in den Zylinderraum einführende Pumpe, wobei das Innere des Faltenbalges zum Tank hin entlastet ist.

Bei der Steuerung des Ölstroms mit Servo- oder Proportional­ ventilen ist der an der Drosselstelle auftretende Leistungs­ verlust erheblich. Dies gilt insbesondere für Anlagen mit einem hydraulischen Speicher, der mit verhältnismäßig hohem Druck aufgeladen werden muß. Dabei können Verlustleistungen um 50% auftreten. Diese Verlustleistung äußert sich im wesentlichen in einer Erwärmung des Druckmittels. Bei Falten­ balgzylindern findet eine Wärmeübertragung vom Druckmittel auf die Komponente statt, so daß die zu fördernde Kompo­ nente auf eine unzulässige Temperatur aufgeheizt werden kann.

Eine drosselfreie Regelung zum Antrieb eines Linearmotors ist deshalb wünschenswert. Ein solcher Antrieb ist als so­ genannter sekundärgeregelter Antrieb bekannt (DE-PS 32 02 015). Dabei wird von einer angetriebenen hydro­ statischen Maschine in einem mit Speicher versehenen Drucknetz ein eingeprägter Druck aufrechterhalten, an das eine hydrostatische Maschine als Sekundäreinheit mit ver­ stellbarem Schluck- bzw. Fördervolumen angeschlossen ist. Die Sekundäreinheit ist mit einer Konstanteinheit mecha­ nisch verbunden, an welche der Verstellzylinder ange­ schlossen ist. Über die Verstellvorrichtung der Regel­ einheit läßt sich ein Drehmoment vorgeben, das entspre­ chend dem im Linearmotor auftretenden Druck zu einer be­ stimmten Drehzahl führt. Bei dem erwähnten System erfolgt die Verstellung der Regeleinheit auf hydraulischem Wege. Eine elektrische Drehzahlregelung mit Tachogenerator ist ebenfalls bekannt (DE-PS 33 02 546). Auf diesem Wege ist es somit möglich, die Verstellung eines Arbeitszylinders oder Faltenbalgzylinders insbesondere für Dosiereinrich­ tungen, aber auch für andere Antriebsarten verlustfrei mit dem erwähnten bekannten hydraulischen Transformator vorzunehmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Anordnung derart weiterzubilden, daß die installierte hydraulische Speicherleistung verringert und die Betäti­ gung des Linearmotors optimiert wird.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß kann der Speicher auf einen sehr hohen Druck aufgeladen werden, so daß die Nenngröße des Speichers ver­ hältnismäßig gering ist. Der Speicherdruck liegt somit erheblich über dem am Linearmotor auftretenden Druck. Somit tritt an der den Linearmotor mit Druckmittel be­ aufschlagenden Maschine eine Druckgefälle auf, das als Drehmoment die Regeleinheit als Pumpe antreibt, die somit Druckmittel in den Speicher fördert. Mit sich ver­ ringerndem Speicherdruck wird auch das der Regeleinheit zur Verfügung gestellte Moment geringer, so daß der Ver­ stellwinkel der Regeleinheit gegen die Nullstellung zu zurückgenommen wird. Sinkt dann der Speicherdruck unter den vom Linearmotor aufzubringenden Druck, so wird der Schwenkwinkel der Regeleinheit in die andere Richtung über den Nullpunkt hinaus verschwenkt, die Reglereinheit arbeitet als Motor und treibt die Maschine mit einem entsprechenden Drehmoment an, die jetzt als Pumpe wirkt, die Druckmittel aus dem Speicher zum Linearmotor pumpt. Es kann somit erfindungsgemäß die installierte Leistung stark verringert werden und wird das Druckgefälle des Speichers in optimaler Weise ausgenützt. Ferner er­ folgt der Zustrom des Druckmittels zum Linearmotor dros­ selfrei, so daß der Wirkungsgrad hoch ist und eine ins­ besondere bei Dosiersystemen nachteilige Erwärmung des Druckmittels nicht zu befürchten ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen, insbesondere hinsichtlich der Regelung und des Antriebes mehrerer Linearmotoren, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 ist eine Anordnung für ein Dosiersystem schematisch dargestellt und in Fig. 2 eine Anordnung für zwei Dosiersysteme.

Eine angetriebene Pumpe 1 mit verstellbarem Fördervolumen speist Druckmittel aus einem Tank T in eine Leitung 2, an die ein hydraulischer Speicher 3 angeschlossen ist, sowie eine hydrostatische Maschine 4 mit konstantem Ver­ drängungsvolumen und ferner eine hydrostatische Maschine als Regeleinheit 5, deren Schwenkwinkel über Null in bei­ den Richtungen mittels einer Verstellvorrichtung 6 ein­ stellbar ist, so daß die Regeleinheit 5 als Pumpe oder Motor arbeitet und ihr Schluck- bzw. Fördervolumen regelbar ist. Die Beaufschlagung der Verstelleinrichtung 6 erfolgt über ein Proportionalventil 7, das an eine nicht darge­ stellte Steuerdruckmittelquelle bzw. Tank angeschlossen ist. Das Fördervolumen der Maschine 4 kann gegebenenfalls einstellbar sein.

Die Maschine 4 ist mit der Regeleinheit 5 mechanisch ge­ kuppelt. An den Ausgang der Konstanteinheit 4 ist über eine Leitung 8 ein Faltenbalgzylinder 10 angeschlossen. Die Leitung 8 mündet in den Faltenbalg 11, während der Zylinderraum 12 für die zu fördernde Komponente einerseits über ein Rückschlagventil 13 mit einem Vorratsbehälter verbunden ist und andererseits über ein Rückschlagventil 14 und eine Leitung 15 zu einem nicht dargestellten Misch­ kopf mit einer Düse 16 führt, aus der die geförderte Komponente austritt.

Zur Betätigung der Verstelleinrichtung 6 wird das Propor­ tionalventil 7 elektrisch von einer Regeleinheit 20 ange­ steuert. Der Regeleinheit 20 wird ein Sollwert zugeführt, der das in einer Zeiteinheit zu fördernde Volumen in der Leitung 15, beispielsweise in Liter/Minute vorbestimmt. Als Istwertgeber ist ein Druckmesser 21 für den Speicher­ druck in der Leitung 2 vorgesehen, sowie ein Druckgeber 23, der an die Leitung 8 angeschlossen ist, aber auch wahlweise an die Leitung 15 angeschlossen sein kann, und ein Tachogenerator 24, der von der Maschine 4 an­ getrieben ist und zur Messung der Drehzahl der Maschine dient.

Die Regelanordnung für die Pumpe 1 ist im einzelnen nicht dargestellt. Die Pumpe 1 dient zum Aufladen des Speichers 3.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist wie folgt: Zum Füllen des Zylinderraums 12 wird die zu fördernde Komponente von einer nicht dargestellten Pumpe aus einem Vorratsbehälter in den Raum 12 gedrückt. Das Innere des Faltenbalges ist über ein Ventil 26 mit dem Tank verbunden, so daß sich der Faltenbalg zusammendrückt.

In vorteilhafter Weise kann aber auch die Maschine 4 zum Füllen des Zylinders 12 benutzt werden. In diesem Fall kann auf das Ventil 26 und die Förderpumpe für die Komponente verzichtet werden. Stattdessen wird die Druck­ seite der Maschine 4 über ein Ventil 28 mit Tank verbunden, die Maschine von der als Motor arbei­ tenden Regeleinheit 5 angetrieben und saugt dabei als Pumpe wirkend Druckmittel aus dem Inneren des Faltenbalges ab, wodurch über das Rückschlagventil 13 die Komponente aus dem Vorratsbehälter nachgesaugt wird. Ist der Zylin­ der 12 gefüllt, so wird das Ventil 28 in die dargestellte Lage gebracht.

Zum Austreiben der Komponente durch die Düse 16 ist ein bestimmter Druck erforderlich, der von der Maschine 4 aufgebracht werden muß. Um die installierte Leistung insbesondere für den Speicher 3 gering zu halten, ist der Druck im Speicher 3 wesentlich höher. Das Druckgefälle zwischen dem Speicherdruck und dem Komponentendruck bzw. dem Druck in der Leitung 8 zur Betätigung des Faltenbalg­ zylinders erzeugt in der als Motor arbeitenden Maschine 4 ein Drehmoment, mit dem die Regeleinheit 5 mechanisch angetrieben wird. Die Regeleinheit 5 arbeitet als Pumpe, die Druckmittel aus einem Tank in die Druck­ leitung 22 fördert und damit eine hydraulische Unter­ stützung liefert, die infolge des hohen Speicherdrucks entstehende Überschußleistung wird somit von der Regel­ einheit 5 wieder ins Speichersystem eingebracht.

Ist der Speicherdruck so weit abgesunken, daß er gleich dem Komponentendruck ist, so steht die Regeleinheit auf dem Schwenkwinkel Null. Wird nun die Regeleinheit 5 über den Nullpunkt hinaus in die andere Richtung verschwenkt, so arbeitet sie als Motor und beide Einheiten 4 und 5 entnehmen Druckmittel aus dem Speicher, wobei jedoch nun die Regeleinheit 5 die Maschine 4 mechanisch an­ treibt und somit dafür sorgt, daß von der als Pumpe ar­ beitenden Maschine 4 der erforderliche Komponenten­ druck aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise kann somit der Speicherdruck sehr weit abgesenkt werden und das installierte Speichervolumen sowie die Leistung der Maschine und Regeleinheit können etwa halbiert werden.

Die Verstellvorrichtung 6 wird druckabhängig eingestellt. Hierzu wird der Speicherdruck und der Druck in der Lei­ tung 8 oder in der Komponentenleitung 15 gemessen und verglichen. Der Druckregelung ist eine Drehzahlregelung überlagert, um eine bestimmte Verstellgeschwindigkeit des Faltenbalges 11 und damit eine bestimmte Durchflußgeschwin­ digkeit der Komponente durch die Düse 16 zu erzielen. Da die Maschine 4 ein bestimmtes Verdrängungsvolumen aufweist abzüglich eines Differenzvolumens, das durch Leckage und Kompressionsvolumen bedingt ist, ist eine Drehzahlmessung ausreichend, die von einem Tachogenerator 24 vorgenommen wird oder von einem Impulszähler, der die Drehinkremente der Maschine 4 zählt. Alternativ kann das Durchflußvolumen in der Leitung 8 oder auch in der Leitung 15 von einem Durchflußmesser gemessen werden. Naturgemäß wird bei einem Dosiersystem die genaueste Messung von einem Durchfluß-Impulszähler 28 erzielt, der unmittelbar in der Leitung 15 installiert ist.

Eine derartige Mengenregelung für die Komponente kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung auch durch eine Druck­ regelung ersetzt werden. Die Fördermenge in der Leitung 15 ergibt sich dem Druckgefälle an der Drosselstelle 16 und dem Querschnitt der Drosselstelle. Erfolgt der Aus­ stoß der Komponente aus der Drosselstelle 16 ins Freie, so ist der Druck der Komponente vor der Drosselstelle konstant und festlegbar. Da der Drosselquerschnitt kon­ stant ist, genügt es, der Regeleinheit 20 als Sollwert einen bestimmten Druck vorzugeben und als Istwert den Druck in der Leitung 15 im Druckmesser 30 zu messen und mit dem Sollwert zu vergleichen. Die absolute Menge der zu fördernden Komponente kann dann entweder über die Zeit eingestellt werden oder über einen mit der Maschine 4 gekuppelten Impulszähler.

In Fig. 2 sind gleiche Bauteile der Anordnung mit glei­ chen Bezugszeichen versehen. Die Anordnung ist jedoch zur Betätigung von zwei Dosierzylindern 10 und 10′ ausge­ bildet. Der Dosierzylinder 10 ist an eine verstellbare hydrostatische Maschine angeschlossen. Im einfachsten Fall kann es sich um eine mechanisch einstellbare Maschi­ ne 4 handeln. Der zweite Dosierzylinder 10′ ist an eine Maschine 40 angeschlossen. Bei entsprechender Wahl des Volumenstroms der Maschine 40 und der Einstellung der Maschine 4 läßt sich das Verhältnis der Dosiermengen der Dosierzylinder 10 und 10′ auswählen.

Beide Maschinen 4 und 40 sind mit der Regeleinheit 5 ge­ kuppelt. Die Maschine 4 ist wie in dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 zusammen mit der Regeleinheit 5 an den Speicher 3 angeschlossen. Die Maschine 40 kann jedoch an einen eigenen Behälter B angeschlossen sein, so daß von den Maschinen 4 und 40 unterschiedliche Komponenten gefördert werden können. Gegebenenfalls kann aber auch die Maschine 40 an den Speicher 3 angeschlossen sein.

Die Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten Anordnung entspricht der bereits geschilderten Arbeitsweise.

Werden höhere Genauigkeiten für die Dosiermengen der Dosierzylinder 10 und 10′ gefordert, so ist in jeder der Dosierleitungen 8 und 41 je eine Durchfluß-Meßeinrichtung 42, 44 vorgesehen. Aus den beiden Durchflußmengen wird in der Regeleinheit 20′ die Summe gebildet, die zusammen mit der Drehzahl des Tachogenerators 24 eine Regelgröße ergibt, die zur Betätigung der Verstellvorrichtung 6 verwendet wird. Gegebenenfalls kann auch die Verstell­ einrichtung 45 der Maschine 4 nachgestellt werden.

Anstelle der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh­ rungsform der Dosierzylinder 10 kann der Arbeitszylinder auch als Differentialzylinder mit einem kolbenseitigen und einem kolbenstangenseitigen Zylinderraum ausgebildet sein. Mittels eines Wegeventils, das die beiden Zylinder­ räume wahlweise mit der Druckmittelquelle verbindet, wird die Arbeitsweise des Differentialzylinders bestimmt.

Claims (19)

1. Anordnung zur Betätigung mindestens eines Linear­ motors, insbesondere für eine Dosiereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor Druck­ mittel von einer hydrostatischen Maschine (4) erhält, die mit einer hydrostatischen Regeleinheit (5) gekuppelt ist und daß die Maschine und die Regeleinheit an einen hydrau­ lischen Speicher (3) angeschlossen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regeleinheit (5) abhängig vom Speicherdruck regelbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Regeleinheit (5) als Pumpe arbeitend von der Maschine (4) angetrieben ist, wenn der Speicherdruck größer als der im Linearmotor auftretende Druck ist und daß die Regeleinheit (5) als Motor arbeitend die Maschine (4) antreibt, wenn der Speicherdruck kleiner ist als der im Linearmotor auftretende Druck.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Ver­ stellwinkels der Regeleinheit (5) druckabhängig erfolgt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Ver­ stellwinkels der Regeleinheit (5) drehzahlabhängig erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehzahlregelung der Regel­ einheit (5) abhängig von der Dosiermenge/Zeiteinheit des Linearmotors erfolgt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung zur Dosierung und die Druckregelung einander überlagert sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Maschine (4) gelieferte Druckmittelvolumen gemessen wird.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Linearmotor verdrängte Komponentenvolumen gemessen wird.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung der Regeleinheit (5) zur Dosierung abhängig von einem vor­ gegebenen Druck und einem Drosselquerschnitt erfolgt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drosselquerschnitt von der Düse (16) einer Dosiereinrichtung gebildet ist, durch die die vom Linearmotor verdrängte Komponente austritt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor ein Faltenbalgzylinder ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufladen des Spei­ chers (3) eine Pumpe (1) vorgesehen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (4) von der Regeleinheit (5) angetrieben ist und Druckmittel aus dem Linearmotor in einen Tank fördert.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (4) eine Konstanteinheit ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Regeleinheit (5) mehrere hydrostatische Maschinen (4, 40) gekuppelt sind und die Regeleinheit und mindestens eine Maschine an den Speicher (3) angeschlossen sind.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine der Maschinen (4, 40) dem Volumen nach einstellbar ist.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine Maschine (40) an einem vom Speicher (3) getrennten Behälter (B) angeschlossen ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der von den Maschinen (4, 40) gelieferten Volumenströme Meßein­ richtungen (41, 42) vorgesehen sind, aus deren Signalen eine Regelgröße gebildet wird, mit der die Drehzahl der Maschinen und deren Verstellung regelbar ist.