DE4416723A1 - Antriebssystem für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einen Arbeitszylinder - Google Patents
Antriebssystem für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einen ArbeitszylinderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen hydrau
lischen Verbraucher, insbesondere einen Arbeitszylinder ge
mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist von einem aus
DE 32 02 015-C bekannten Antriebssystem ausgegangen, mit dem
die Aufgabe gelöst wurde, die Bewegungsgeschwindigkeit eines
in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens mit möglichst ge
ringem Energieverlust und insbesondere unter Vermeidung des
an einer Drosselstelle zur Einstellung der Bewegungsge
schwindigkeit auftretenden Energieverlustes zu steuern. Zur
Lösung dieser Aufgabe ist es aus der vorgenannten Patent
schrift bekannt, die an das Leitungsnetz konstanten Druckes
angeschlossene sekundär geregelte Maschine mechanisch mit
einer zweiten hydrostatischen Maschine mit konstantem
Schluck- bzw. Fördervolumen zu kuppeln und den hydraulischen
Verbraucher mit der zweiten hydrostatischen Maschine hydrau
lisch zu verbinden. Dabei wird die Bewegungsgeschwindigkeit
des hydraulischen Verbrauchers an einer Dosiereinrichtung im
Drehzahlregelsystem der ersten hydrostatischen Maschine be
stimmt und die Bewegungsrichtung des Verbrauchers wird von
einem die Drehrichtung der ersten Maschine bestimmenden Ven
til im Drehzahlregelsystem eingestellt.
Ein anderer Lösungsweg findet sich in DE 32 27 423 A1. Dabei
erhält der Arbeitszylinder einen Druckmittelstrom über ein
die Bewegungsrichtung bestimmendes Ventil von einem Motor,
der eingangsseitig an ein Konstantdrucknetz angeschlossen
ist. Dabei kann wahlweise die Pumpe oder der Motor verstell
bar ausgeführt sein, so daß die Drehzahlregelung entweder an
der Pumpe oder am Motor erfolgt. Das bekannte System bedient
sich einer Leistungsverzweigung insofern, als der am Kon
stantdrucknetz liegende Motor stets mechanisch die Pumpe und
hydraulisch den Kolben des Arbeitszylinders antreibt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
das bekannte Antriebssystem dahingehend zu verbessern, daß
eine höhere Regelgeschwindigkeit und Dynamik erzielt und die
Verluste des Antriebssystems durch Energierückgewinnung ver
ringert werden.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß läuft die erste hydrostatische Maschine,
also die sekundärgeregelte Einheit, drehzahlgeregelt mit
einer bestimmten konstanten Drehzahl, die wählbar ist. Damit
werden vom Verbraucher herrührende Laständerungen, die eine
Drehzahländerung der gekuppelten Maschinen bedingen, ausge
regelt. Die Bewegungsrichtung des Verbrauchers wird nicht
mehr durch ein im Drehzahlregelsystem der ersten Maschine
vorgesehenes, die Drehrichtung bestimmendes Ventil vorgenom
men. Vielmehr wird für die erste Maschine eine bestimmte
Drehrichtung vorgegeben, die im Betrieb gleichbleibt.
Die Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit und die Po
sition des Kolbens im Arbeitszylinder bzw. des Verbrauchers
wird nun über die Schwenkwinkeleinstellung der zweiten hy
drostatischen Maschine eingestellt. Die Schwenkwinkelein
stellung der zweiten Maschine erfolgt entsprechend den Be
dürfnissen der von dem Verbraucher anzutreibenden Last, z. B.
einer hydraulischen Presse, beliebig bzw. entsprechend einem
vorgegebenen Programm. Die im Programm gespeicherten Werte
für die Bewegung und Position werden abgefragt und in An
steuersignale für ein Ventil umgesetzt, das die Stellein
richtung der zweiten Maschine ansteuert. Die Bewegungsrich
tung des Verbrauchers erfolgt dadurch, daß die zweite hydro
statische Maschine über Null verschwenkt wird.
Erfindungsgemäß bleibt also die Drehrichtung der ersten Ma
schine stets gleich und wird an dieser eine bestimmte kon
stante Drehzahl eingestellt und nachgeregelt. Die Bewegungs
geschwindigkeit des Verbrauchers wird dagegen mit der
Schwenkwinkeleinstellung der zweiten hydrostatischen Ma
schine und gegebenenfalls durch Änderung der Konstantdreh
zahl der ersten Maschine eingestellt. Bei Reversierbetrieb
wird die zweite Maschine dann über Null geschwenkt.
Erfindungsgemäß wird die hohe Auflösung im Regelverhalten
dadurch erreicht, daß die Drehzahl der ersten Maschine dem
Volumenbedarf der zweiten Maschine angepaßt wird, so daß an
der zweiten Maschine für die jeweils gewünschte Geschwindig
keit des Arbeitszylinders bzw. Verbrauchers ein möglichst
grober Schwenkwinkel zur Verfügung steht, was zu einer ent
sprechend hohen Auflösung führt.
Damit lädt sich eine höhere Regeldynamik sowie eine bessere
Auflösung im Feinsteuerbereich erzielen. Ferner ergeben sich
geringere Verluste, da die zu beschleunigenden Massenträg
heitsmomente und die erforderliche Steuerleistung geringer
sind. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem für eine
Presse wird erwartet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht
wird und die installierte Leistung verringert wird. Dadurch,
daß beide Maschinen im Schwenkwinkel über Null verschenkbar
sind, lädt sich das Antriebssystem im vier Quadranten-Be
trieb betreiben, d. h. wenn der Verbraucher von der Last her
angetrieben wird, arbeitet die zweite Maschine als Motor und
treibt die dann als Pumpe arbeitende erste Maschine an, die
Druckmittel in das Konstantdrucknetz zurückfördert und einen
an das Konstantdrucknetz angeschlossenen hydraulischen Spei
cher lädt.
Vorzugsweise ist die Sekundäreinheit noch mit einem Gyro
speicher gekuppelt, dessen Zusatzmassenträgheitsmoment der
Regelstabilität förderlich ist. Die Zusatzmasse darf nicht
zu grob sein, weil sonst die Drehzahldynamik abnimmt. Der
Gyrospeicher ist insbesondere auch vorteilhaft, wenn der Ar
beitszylinder durch eine äußere Last angetrieben wird und so
die erste Maschine von der zweiten Maschine angetrieben
wird. Bei dieser Energierückgewinnung erhöht sich die Dreh
zahl der ersten Maschine. Wird jetzt der Schwenkwinkel der
ersten Maschine konstant gehalten, diese also nicht nachge
regelt, so wird der Gyrospeicher beschleunigt und aufgela
den, während die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders
durch Zurücknahme des Schwenkwinkels der zweiten Maschine
ausgeglichen wird. Anschließend treibt der Gyrospeicher die
erste Maschine an, liefert also die gespeicherte Energie
zurück, bis die Drehzahl wieder auf den vorgegebenen Wert
abgefallen ist.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eignet sich vorzugsweise
für einen Gleichlauf zweier oder mehrerer Arbeitszylinder,
da das Regelverhalten der beiden Systeme so gut ist, daß ein
Gleichlauf eingeregelt werden kann.
Ferner ist ein Vorteil darin zu sehen, daß die sekundär ge
regelte Maschine bezüglich der Nenngröße kleiner ausgeführt
werden kann, wenn der maximale Druck und der maximale Volu
menstrom, d. h. die Eckleistung nicht gleichzeitig auftreten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Antriebssystem für zwei, in Gleichlauf zu be
tätigende Arbeitszylinder, und
Fig. 2 ein Antriebssystem mit einem elektrischen Dreh
zahl- und Lageregler.
In Fig. 1 sind zwei Antriebssysteme für zwei Arbeitszylinder
dargestellt. Jedes Antriebssystem besteht aus einer ersten
hydrostatischen Maschine 20 als Sekundäreinheit, die über
ein Rückschlagventil 18 an eine Leitung 23 mit einem Spei
cher 19 angeschlossen ist. In der Druckleitung 23 wird von
einer angetriebenen hydrostatischen Maschine 10 als Pri
märeinheit, die mit einer Schwenkwinkelverstellung 11 verse
hen ist, ein konstanter bzw. eingeprägter Druck aufrechter
halten.
An der Druckleitung 23 ist außerdem ein zweites Antriebssy
stem für einen zweiten Arbeitszylinder angeschlossen. Beide
Antriebssysteme sind identisch, so daß im folgenden nur das
eine Antriebssystem erläutert werden soll.
Die Verstellung des Förder- bzw. Schluckvolumens der Sekun
däreinheit 20 erfolgt durch einen Stellzylinder 21. Je nach
Belastung der zweiten hydrostatischen Maschine 40, die
hydraulisch über die Leitungen 51 und 52 mit einem Arbeits
zylinder 50 verbunden ist, stellt sich bei einer bestimmten
Schwenkwinkeleinstellung der Sekundäreinheit 20 eine be
stimmte Drehzahl ein. Die Einstellung der Drehzahl und damit
der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 55 des Arbeitszy
linders erfolgt also durch die Einstellung des Stellzylin
ders 21.
In Fig. 1 ist eine hydraulische Drehzahlregelung mit einem
mit den Maschinen 20, 40 gekuppelten hydraulischen Signalge
ber 22 und einem Proportionalventil 26 dargestellt, dessen
Anschluß P an die Druckleitung 23, und dessen Anschlüsse A
und B an die Zylinderräume 37 und 38 des Stellzylinders 21
angeschlossen sind. An die Verbindungsleitung 35, 36 ist der
Signalgeber 22 angeschlossen.
Der Signalgeber 22 liefert einen Volumenstrom entsprechend
der Drehzahl der Maschinen 20, 40, also einen Volumenstrom,
der dem Istwert der Drehzahl entspricht. An dem Proportio
nalventil 26, das elektrisch ansteuerbar ist, wird ein Volu
menstrom durch das Ventil eingestellt, der dem Sollwert der
Drehzahl entspricht. Je nach Stellung des Proportionalven
tils 26 gelangt der Steuerstrom über die Leitung 35 in den
Zylinderraum 37 bzw. über die andere Verbindungsleitung 36
in den Zylinderraum 38 und verstellt den Kolben der Stell
einrichtung 21 in die eine oder andere Richtung. Zu diesem
Steuerstrom als Sollwert wird der Volumenstrom des Signalge
bers 22 addiert bzw. subtrahiert und damit die Regelabwei
chung erzeugt, die eine entsprechende Einstellung am
Stellzylinder hervorruft und den Schwenkwinkel der Sekun
däreinheit 20 so lange verändert, bis die Regelabweichung
verschwindet und damit die gewünschte Drehzahl erreicht ist.
Weitere Ausführungen zur hydraulischen Drehzahlregelung fin
den sich in den bereits genannten Druckschriften DE 32 02
015, wie auch beispielsweise in DE 34 18 599. Ferner kann
die Verstellung der Stelleinrichtung 21 auch durch ein vor
gesteuertes Ventil erfolgen, dessen Stellung vom Druckunter
schied in den Leitungen 35 und 36 bestimmt ist. Ferner kann
die Lage des Stellzylinders und damit der Istwert des
Schwenkwinkels mechanisch auf das Ventil zurückgeführt wer
den.
Die zweite hydrostatische Maschine 40 ist ebenfalls eine
verstellbare Einheit, deren Schwenkwinkel und damit Hubvolu
men von einer nicht dargestellten Stelleinrichtung einstell
bar ist, womit sich die Geschwindigkeit des Kolbens 55 ent
sprechend einer bestimmten Drehzahl ergibt. Die Ansteuerung
der Stelleinrichtung für die Maschine 40 erfolgt beliebig,
z. B. mit Hilfe eines vorgegebenen Programms, das durch den
Betrieb der von dem Arbeitszylinder anzutreibenden Last,
beispielsweise einem hydraulischen Pressenzylinder, bestimmt
ist. Auch die Umsteuerung für die Bewegungsrichtung des Kol
bens 55 erfolgt an der Maschine 40 durch Schwenken über
Null. Mit den Maschinen 20, 40 ist ein Schwungrad 58 gekup
pelt, das als mechanischer Energiespeicher dient.
Entsprechend der jeweiligen Bewegungsgeschwindigkeit des
Kolbens 55 wird die Grunddrehzahl der Sekundäreinheit 20 so
eingestellt, daß in dem zu erwartenden Drehzahlbereich die
zweite hydrostatische Maschine 40 möglichst grobe Schwenk
winkel einstellt, so daß die Auflösung bzw. Regelempfind
lichkeit maximal ist. In Kombination mit der gleichbleiben
den Drehrichtung der Maschine 20 und deren Drehzahlregelung
auf eine bestimmte, entsprechend wählbare Konstantdrehzahl
ergibt sich mit der Schwenkwinkelverstellung der zweiten Ma
schine 40 eine hohe Regeldynamik und ein besseres Ansprech
verhalten, insbesondere im Feinsteuerbereich. Das Regelver
halten ist so günstig, daß die beiden in Fig. 1 dargestell
ten Pressenzylinder 50 im Gleichlauf betrieben werden kön
nen. Treibt die in Fig. 1 dargestellte Masse 53 den Kolben
55 an, so erfolgt Energierückgewinnung, indem die Maschine
40 nunmehr als Motor arbeitend die Maschine 20 antreibt.
Diese kann dann entweder als Pumpe arbeitend Druckmittel in
den Speicher 19 schieben. Erfolgt aber in diesem Zustand der
Energierückgewinnung keine Nachregelung der Sekundäreinheit
20, so beschleunigt die Antriebsleistung das Schwungrad 58,
so daß sich die Drehzahl des Antriebssystems erhöht. Die Be
wegungsgeschwindigkeit des Kolbens 55 wird durch die Stell
einrichtung an der Maschine 40 nachgeregelt. Anschließend
kann die im Schwungrad gespeicherte Energie wiederum die Se
kundäreinheit 20 und damit die zweite Maschine 40 antreiben,
bis die voreingestellte Drehzahl wieder erreicht ist.
In Fig. 2 ist ein Antriebssystem für einen einfach wirkenden
Arbeitszylinder 43 dargestellt, der über eine Leitung 41 mit
der zweiten hydrostatischen Maschine 40 verbunden ist. Die
Drehzahlregelung der Sekundäreinheit 20 erfolgt dagegen
elektrisch. Der Istwert der Drehzahl wird an einem Tachoge
nerator 60 oder Impulsgeber erzeugt. In einem Vergleichs
glied 61 wird aus dem Istwert der Drehzahl und einem vorge
gebenen Sollwert der Drehzahl eine Regelabweichung gebildet,
die einem Drehzahlregler 62 zugeführt wird. An den Drehzahl
regler 62 schließt sich ein Schwenkwinkelregler 63 an, der
eine Regelabweichung für den Schwenkwinkel erhält, die in
einem weiteren Vergleichsglied 64 aus dem Schwenkwinkel-
Sollwert, also dem Ausgangssignal des Drehzahlreglers 62 und
dem Schwenkwinkel-Istwert gebildet wird, der von einem
Schwenkwinkel-Aufnehmer 65 erzeugt wird. Das Ausgangssignal
des Schwenkwinkelreglers 63 wird über einen Regelverstärker
66 an das Proportionalventil 26 bzw. Servoventil geführt,
das in der bereits beschriebenen Weise die Verstellung des
Stellzylinders 21 für die Sekundäreinheit 20 vornimmt.
Claims (11)
1. Antriebssystem für mindestens einen hydraulischen
Verbraucher, insbesondere Arbeitszylinder, bei dem eine ver
stellbare hydrostatische Maschine als Sekundäreinheit an
einen Leitungsstrang angeschlossen ist, in dem ein einge
prägter bzw. konstanter Druck aufrechterhalten wird, mit
einer mit der ersten Maschine mechanisch gekuppelten zweiten
hydrostatischen Maschine, die hydraulisch mit dem Verbrau
cher verbunden ist, und mit einer Drehzahlregelung der
ersten Maschine, bei der ein die Drehzahl der Sekundärein
heit bestimmendes Signal als Sollwert mit einem von einem
mit der Sekundäreinheit gekuppelten Signalgeber erzeugten
Signal als Istwert der Drehzahl verglichen wird und mit der
Regelabweichung die Stelleinrichtung der Sekundäreinheit zu
deren Schwenkwinkeleinstellung angesteuert wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zweite hydrostatische Maschine (40)
ebenfalls verstellbar ist, die Bewegungsrichtung des Ver
brauchers (43, 50) durch Schwenken der zweiten Maschine über
Null einstellbar ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Ver
brauchers durch Einstellen des Schwenkwinkels der zweiten
Maschine (40) veränderbar ist, die Drehrichtung der ersten
hydrostatischen Maschine (20) unverändert auf einer Grund
drehzahl bleibt und die auf einen wählbaren konstanten Wert
einstellbar ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schwenkwinkel der zweiten Maschine belie
big, insbesondere programmgesteuert, veränderbar ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß für die Drehzahl der ersten hydrostati
schen Maschine (20) jeweils ein Wert eingestellt wird, bei
der dem Verbraucher ein Volumenstrom zugeführt wird, bei dem
die Regelung der zweiten Maschine optimal ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß für eine maximale Auflösung bei der Geschwin
digkeitseinstellung des Verbrauchers der Schwenkwinkel der
zweiten hydrostatischen Maschine (40) auf möglichst große
Werte einstellbar ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Pressenzylinder (50) als
Verbraucher von je einem Antriebssystem im Gleichlauf betä
tigbar sind.
6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebssystem mit einem
Gyrospeicher (58) gekuppelt ist.
7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung der ersten
Maschine (20) hydraulisch erfolgt, wobei an einem Ventil
(26) ein Steuerstrom als Sollwert für die Drehzahl der Se
kundäreinheit eingestellt wird, von einem mit der Sekun
däreinheit (20) gekuppelten Signalgeber (22) ein Steuerstrom
als Istwert der Drehzahl erzeugt wird, durch einen Vergleich
der beiden Steuerströme eine Regelabweichung gebildet wird,
mit der die Stelleinrichtung der Sekundäreinheit zu deren
Schwenkwinkeleinstellung angesteuert wird.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung der Sekun
däreinheit (20) elektrisch erfolgt, wobei ein Drehzahlregler
(62) die Regelabweichung zwischen einem Sollwertsignal und
einem von einem Tachogenerator (60) bzw. Impulsgeber gelie
ferten Istwertsignal zugeführt wird.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Schwenkwinkelregler (63) vorgesehen ist,
der ein Fehlersignal erhält, das aus dem Ausgangssignal des
Drehzahlreglers (62) als Sollwert und dem Schwenkwinkel der
Stelleinrichtung (21) als Istwert gebildet ist, und daß von
dem Schwenkwinkelregler (63) ein Ventil (26) zur Ansteuerung
des Stellzylinders (21) betätigt wird.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9
zum Antrieb eines einfach wirkenden Arbeitszylinders, da
durch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß der hydrostati
schen Maschine (40) mit dem Zylinder des Arbeitszylinders
(43) und der andere Anschluß mit dem Tank verbunden ist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9
zum Antrieb eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders, da
durch gekennzeichnet, daß der eine Anschluß der hydrostati
schen Maschine (40) mit dem einen Zylinderraum des Arbeits
zylinders (50) und der andere Anschluß mit dem gegenüberlie
genden Zylinderraum verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944416723 DE4416723A1 (de) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Antriebssystem für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einen Arbeitszylinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944416723 DE4416723A1 (de) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Antriebssystem für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einen Arbeitszylinder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4416723A1 true DE4416723A1 (de) | 1995-11-16 |
Family
ID=6517931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944416723 Withdrawn DE4416723A1 (de) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | Antriebssystem für einen hydraulischen Verbraucher, insbesondere einen Arbeitszylinder |
Country Status (1)
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Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
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8141 | Disposal/no request for examination |