DE3834918A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines hydraulischen antriebsmotors mit energierueckgewinnung waehrend des bremsprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines hydraulischen Antriebsmotors mit reversibler Bewegungscharakteristik und Energie­ rückgewinnung während des Bremsprozesses, insbe­ sondere für Werkstücktransport-, Zuführ- und Ent­ nahmeeinrichtungen an Pressen zur Blechbearbeitung. Eine Anwendung der Erfindung wäre auch als zusätz­ liche Einrichtung an Maschinen mit einem durch einen mechanischen Antrieb linear beewgbaren Schlitten mit großer zu beschleunigender bzw. abzubremsender Masse und hohen Arbeitsgeschwindigkeiten, wie zum Beispiel dem Stößel von großen mechanischen Pressen zur Blechumformung, zur Rückgewinnung der Brems­ energie vor Erreichen des vorgesehenen Haltepunktes vorteilhaft.

Bekannte hydraulische Kreisläufe mit Konstantpumpen werden häufig mit Hydrospeichern realisiert, um Druckschwankungen auszugleichen, Volumenstromspitzen abzudecken oder den Speicher selbst als Druckquelle zu verwenden. Geregelte hydraulische Antriebe werden heute meist durch Proportional- oder Servotechnik angesteuert, wobei häufig Hydrospeicher verwendet werden, damit die Baugröße der Pumpe so klein wie möglich gehalten werden kann. Wenn solche Antriebe mittels Proportionalventiltechnik ausgeführt werden, kommen Proportionalwegeventile zum Einsatz.

Der Nachteil dieser Lösungen besteht hauptsächlich darin, daß die Antriebe durch die Verdrosselung der gesamten installierten Leistung (Energie) gesteuert werden, in der Konstantfahrphase durch das hohe anliegende Druckniveau große Druckverluste auftreten und die Bremsenergie nicht dem hydraulischen System zugute kommt. Deshalb erfordern diese Kreisläufe eine große installierte Leistung und zusätzliche Maßnahmen zur Ölkühlung.

Bekannt ist auch eine Schaltungsanordnung (DD-PS 1 00 063), bei der durch Umsteuern eines Wegeventiles ein Motor wahlweise aus dem Speicher getrieben wird, im drucklosen Umlauf läuft oder als Pumpe in den Speicher fördert.

Hauptnachteil dieser Lösung ist, daß die Druckverläufe nur sprunghaft schaltbar sind und damit der Antrieb höheren Anforderungen an Laufruhe nicht genügt. Dieser Defekt läßt sich vor allem beim Bremsen durch eine Proportionalsteuerung der Schieberbewegung nicht be­ heben, da hier nur eine Druckerhöhung und keine Druck­ absenkung auf der Motoranschlußseite des Ventiles möglich ist.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine wesentliche Ener­ gieeinsparung beim Betreiben der Einrichtung sowie eine Verringerung des Materialeinsatzes bei der Her­ stellung zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ener­ giezufuhr während der einzelnen Phasen des Bewegungs­ zyklus, insbesondere während der Konstantfahrt, auf ein Minimum zu reduzieren, ohne die Zykluszeiten zu verlängern sowie die beim Bremsen freiwerdende Energie zurückzugewinnen. Gleichzeitig sollen durch eine ge­ ringere Erwärmung des Öles die bei den bekannten Lösungen erforderlichen zusätzlichen Maßnahmen zur Ölkühlung vermeidbar werden.

Erfindungsgemäß wird das durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Anspruch 2 dargestellt.

Am Beginn des Bewegungszyklus wird der Motor zur Er­ zielung einer maximalen Beschleunigung aus dem ersten Druckölspeicher über das Proportionaldruckminderventil und das vorgeschaltete Wegeventil mit Drucköl mit hohem Druck beaufschlagt, während das nachgeschaltete Pro­ portionaldruckbegrenzungsventil auf Minimaldruck ein­ gestellt ist. Nach Erreichen der vorgegebenen Fahrge­ schwindigkeit wird der erste Druckölspeicher durch ein zwischengeschaltetes Wegeventil abgesperrt und der Motor mit Drucköl mit wesentlich geringerem Druck aus dem zweiten Druckölspeicher gespeist, wobei die Geschwindigkeit durch das vorgeschaltete Proportional­ druckminderventil und das nachgeschaltete Propor­ tionaldruckbegrenzungsventil steuerbar ist. Während der Bremsphase wird das dem Motor nachgeschaltete Druckbegrenzungsventil auf einen Druck eingestellt, der oberhalb des Druckniveaus des ersten Drucköl­ speichers liegt, so daß der Motor als Pumpe wirkt und das auf der Einlaßseite zufließende Drucköl mit niedrigem Druckniveau über ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil in den ersten Druckölspeicher mit hohem Druckniveau gepumpt wird. Die so während des Bremsprozesses zurückgewonnene Energie steht beim nächsten Zyklus zur Deckung des hohen Energiebe­ darfs während der Beschleunigungsphase zur Verfügung. Am Ende der Bremsphase wird das Proportionaldruckbe­ grenzungsventil wieder auf einen niedrigeren Druck eingestellt, so daß das Rückschlagventil die Ver­ bindung zum ersten Druckölspeicher sperrt und weich in die vorgesehene Halteposition eingefahren werden kann. Nach Erreichen der Position wird das dem Antriebsmotor vorgeschaltete Wegeventil in Sperrstel­ lung geschaltet. Die beiden Speicher werden in be­ kannter Weise durch separat angeordnete Pumpen vor jedem Zyklus bis auf ihren Drucksollwert nachgefüllt.

Eine zweckmäßige Form der Realisierung der Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung zur Steuerung des Antriebsmotors für die Schlitten­ bewegung einer Werkstückzufuhr- bzw. Entnahmeein­ richtung an Pressen.

Die in der Zeichnung nicht mit dargestellte Zuführ- bzw. Entnahmeeinrichtung besteht aus einem mittels eines hydraulischen Antriebsmotors 1 auf Führungs­ schienen horizontal verschiebbaren Schlitten, der mit Greiferelementen versehen ist und die von einem Ablageplatz entnommenen Blechteile in den Werkzeug­ raum der Presse ablegt bzw. bearbeitete Blechteile aus dem Werkzeugraum der Presse entnimmt und zu einem Ablageplatz transportiert. Der Antriebsmotor 1 (hydraulischer Linear- oder Rotationsmotor) wurde in der Zeichnung symbolisch als Rotationsmotor dar­ gestellt. Dem Antriebsmotor 1 ist ein Wegeventil 2 vorgeschaltet, durch das die Drehrichtung desselben umkehrbar ist. Am einlaßseitigen Druckölanschluß 2.1 des Wegeventiles 2 ist ein Proportionaldruckminder­ ventil 3 angeschlossen, das seinerseits über ein zwischengeschaltetes Wegeventil 4 mit einem ersten Druckölspeicher 5 mit hohem Druckniveau sowie über ein Rückschlagventil 6 mit einem zweiten Drucköl­ speicher 7 mit wesentlich niedrigerem Druckniveau verbunden ist. Der erste Druckölspeicher 5 ist über ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil 8 mit einer Hochdruckölpumpe 9 verbunden. Der zweite Druckölspei­ cher 7 ist an eine weitere Ölpumpe 10 angeschlossen sowie über ein Druckbegrenzungsventil 11 mit dem Ölbehälter 12 verbunden. Der auslaufseitige Druck­ ölanschluß 2.2 des Wegeventiles 2 ist über ein zwischengeschaltetes Proportionaldruckbegrenzungs­ ventil 13 mit dem Ölbehälter 12 sowie über ein zwi­ schengeschaltetes Rückschlagventil 14 mit dem ersten Druckölspeicher 5 verbunden. Die Beschleunigung des hydraulischen Antriebes (Linear- oder Rotations­ motor) wird in Verbindung mit der Regeleinrichtung durch die Proportionalventile 3 und 13 realisiert, wobei der Druckölspeicher 5 als Druckölquelle über das geöffnete Wegeventil 4 zum Proportionaldruck­ minderventil 3 fördert, da die Rückschlagventile 6 und 14 auf Grund der bestehenden Druckverhältnisse geschlossen sind. Das Wegeventil 2 ist in Schalt­ stellung a und b entsprechend der gewünschten Dreh­ richtung. Beim Übergang in die Konstantfahrphase wird die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 1 durch das Ausregeln über die Proportionalventile 3 und 13 konstant gehalten. Dazu wird am Antriebsmotor 1 ein Niederdruck vom Druckölspeicher 7 über das Rückschlag­ ventil 6 und das auf das entsprechend niedrigere Druckniveau eingestellte Proportionaldruckminder­ ventil 3 angelegt. Das Wegeventil 4 wird beim Über­ gang vom Hochdruck- zum Niederdruckniveau entsprechend langsam geschlossen, so daß keine Druckschwankungen im System auftreten. Weiterhin bleibt das Rückschlag­ ventil 6 geschlossen. Auf der Ablaufseite des Antriebs­ motors 1 gelangt das Drucköl über das auf ein nie­ driges Druckniveau eingestellte Proportionaldruck­ begrenzungsventil 13 in den Ölbehälter 12. In der Bremsphase wird eine Nutzbremsung durchgeführt, indem auf der Ablaufseite das Drucköl über das Wegeventil 2 und das Rückschlagventil 14 in den Druckölspeicher 5 gefördert wird. Der sich anschließende Positionier­ vorgang wird durch das Einstellen des Proportional­ druckbegrenzungsventiles 13 auf einen niedrigen Druck eingeleitet und geschieht ohne Nutzbremsung. Den erforderlichen Volumenstrom liefert der Drucköl­ speicher 7. Beim Erreichen der Position werden die Proportionalventile 3 und 13 geschlossen und ge­ gebenenfalls so ausgeregelt, daß ein minimales Über­ schwingen des Antriebes gewährleistet wird. Bei einer weiteren Variante (in der Zeichnung mit punktierter Linie dargestellt) wird der direkte Öl­ abfluß vom Proportionaldruckbegrenzungsventil 13 in den Ölbehälter 12 durch ein zwischengeschaltetes entsperrbares Rückschlagventil 15 während der Brems­ phase vor Erreichen des Speicherdruckes im Drucköl­ speicher 5 abgesperrt und das ausfließende Drucköl mit niedrigem Druckniveau über eine Verbindungslei­ tung und ein den Ölrücklauf aus dem Druckölspeicher 7 sperrendes Rückschlagventil 16, das Rückschlag­ ventil 6 und das Proportionaldruckminderventil 3 zur Einlaßseite des Wegeventiles 2 zurückgeführt, so daß in dieser Phase kein zusätzliches Drucköl aus dem Druckölspeicher 7 entnommen wird.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines hydrau­ lischen Antriebsmotors mit Energierückgewinnung während des Bremsprozesses, insbesondere für Werk­ stücktransport-, Zuführ- und Entnahmeeinrichtungen an Pressen, mit einem dem Antriebsmotor vorge­ schalteten Wegeventil zur Realisierung der Be­ wegungsumkehr sowie zwischen Wegeventil und Ölpumpe angeordneten Druckölspeichern und durch eine Pro­ grammsteuerung ansteuerbaren Proportionalventilen zur Realisierung einer hohen Laufgeschwindigkeit sowie eines weichen Verhaltens während der Anlauf- und Bremsphase, gekennzeichnet dadurch, daß dem einlaufseitigen Druckölanschluß (2.1) des Wegeventiles (2) ein Proportionaldruckminderventil (3) vorgeschaltet ist, dessen Druckölanschluß mit einem ersten, während der Beschleunigungsphase des Antriebsmotors mittels eines Wegeventiles (4) zu­ schaltbaren Druckölspeicher (5) mit hohem Druck­ niveau sowie mit einem zweiten, während der Kon­ stantfahrt und der Bremsphase wirksamen Drucköl­ speicher (7) mit wesentlich niedrigerem Druckniveau verbunden ist und
der auslaufseitige Druckölanschluß (2.2) des Wege­ ventiles (2) mittels eines zwischengeschalteten, den Ölrücklauf aus dem Speichervolumen sperrenden Rückschlagventiles (14) mit dem ersten Drucköl­ speicher (5) sowie mit einem Proportionaldruckbe­ grenzungsventil (13) verbunden ist, dessen Sperr­ druck mindestens während eines Teiles der Brems­ phase höher als der Öldruck im ersten Drucköl­ speicher (5) ist und dessen auslaßseitiger Ölan­ schluß mit dem Ölbehälter (12) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines hydrau­ lischen Antriebsmotors nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Proportionaldruckbegrenzungsventil (13) und dem Ölbehälter (12) ein den Ölablauf zeit­ weise absperrendes Rückschlagventil (15) zwischenge­ schaltet und das Proportionaldruckbegrenzungsventil (13) mittels einer Verbindungsleitung und eines zwi­ schengeschalteten, den Rückfluß von Drucköl aus dem Speichervolumen sperrenden Rückschlagventiles (16) mit dem zweiten Druckölspeicher (7) verbunden ist.