EP2433018A1 - Verfahren zum betreiben einer hydraulischen antriebsvorrichtung und hydraulische antriebsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer hydraulischen antriebsvorrichtung und hydraulische antriebsvorrichtung

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EP2433018A1
EP2433018A1 EP11718045A EP11718045A EP2433018A1 EP 2433018 A1 EP2433018 A1 EP 2433018A1 EP 11718045 A EP11718045 A EP 11718045A EP 11718045 A EP11718045 A EP 11718045A EP 2433018 A1 EP2433018 A1 EP 2433018A1
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EP
European Patent Office
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dead center
value
actual value
fbk
working piston
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EP11718045A
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Bert Brahmer
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Voith Patent GmbH
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
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    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/63—Electronic controllers
    • F15B2211/6303—Electronic controllers using input signals
    • F15B2211/6336—Electronic controllers using input signals representing a state of the output member, e.g. position, speed or acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6656—Closed loop control, i.e. control using feedback

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hydraulic drive device with a hydraulic cylinder-piston unit with a along a working direction between a top dead center and a bottom dead center movable working piston, wherein a target value for the position of the working piston along the working direction is specified, and a Actual value of the position of the working piston along the working direction is queried, and the movement of the working piston is controlled in dependence of the setpoint and the actual value.
  • the invention also relates to a hydraulic drive device with a hydraulic cylinder-piston unit and with a working piston movable between a top dead center and a bottom dead center along a working direction, wherein an adjusting device is provided for presetting a desired value for the position of the working piston along the working direction, and wherein an actual value of the position of the working piston along the working direction can be interrogated, and wherein a control feedback is provided, which cooperates with the adjusting device for setting the desired value as a function of the actual value.
  • the mentioned hydraulic drive devices are used in particular in punching, embossing, nibbling or bending machines.
  • a double stroke of the working piston is regularly required, for example a movement starting from top dead center to bottom dead center and back to top dead center.
  • Tracking can have different causes. For example, if the supply of the hydraulic cylinder-piston unit for movement of the working piston with hydraulic fluid via a proportional valve with a sliding valve piston to set a variable valve opening, the valve piston is much faster controlled due to its usually lower mass than the massive working piston. A change in the desired value can therefore take place comparatively quickly, whereas the speed of the change in position of the working piston is limited by inertial forces. Moreover, in a control with a proportional valve in the manner described problems in the accuracy of the setting of an actual value can result from the fact that in the proportional control, the valve opening is changed in proportion to the deviation of the actual value from the desired value. When approaching the actual value to the setpoint, the valve opening and thus the flow through the control valve is small, which delays the movement of the working piston to the desired position.
  • the actual value X FBK follows the setpoint X CMD ("afterrun"). Particularly in the area around the bottom dead center UT, the actual value X FBK changes only slowly over time (recognizable by the flat slope of the curve X FBK ), which is due to the small deviation of the actual value X FBK from the target value X CMD .
  • a lower position threshold UT1 is specified in the course of time according to FIG. 2a.
  • the setpoint value X CMD is returned to the top dead center TDC.
  • the actual value X FBK initially still moves in its original direction to the bottom dead center UT (for example due to the inertia of the working piston) and moves after the reversal of motion from the bottom dead center UT in the direction of the top dead center OT.
  • an upper position threshold OT1 is specified below the top dead center OT.
  • the actual value X FBK reaches the upper position threshold OT1.
  • the upper position threshold OT1 is selected so close to the top dead center OT that reaching the upper position threshold OT1 can be regarded as the end of the double stroke. In this sense, the time period from the beginning of the process described up to the time T OT1 can be regarded as a process duration of the double stroke .
  • the present invention has for its object to enable operation of a hydraulic drive device with improved efficiency.
  • the inventive method is characterized in that for the execution of a double stroke of the working piston, starting from the top dead center, the desired value is initially set to a lower override position below the bottom dead center, and then, when the actual value reaches a switching over the bottom dead center, the target value for Movement reversal of the working piston is set to an upper override position above the top dead center, and thereafter, when the actual value reaches a Congressschaltwert below the top dead center, the target value is set to the top dead center.
  • the application of this method is particularly suitable for operating a hydraulic drive device in stamping, embossing, nibbling or bending machines.
  • a comparatively large deviation between the predetermined desired value and the actual value is brought about during largely the entire movement starting from the top dead center to the bottom dead center and back to the idle switching value.
  • a run-on of the hydraulic drive device is deliberately brought about. It is therefore not waited until the actual value almost matches the target value.
  • the switching value (UT2) and / or the lower override position (XUT) is advantageously selected such that when the working piston reverses its motion, the actual value lies at bottom dead center.
  • the switching value and / or the lower override position is selected such that the actual value is always above the bottom dead center.
  • the idle switching value and / or the upper oversteering position is selected such that the actual value is always below or equal to the upper dead center. This prevents the working piston from exceeding the top dead center.
  • a hydraulic drive device which has a control valve for supplying the cylinder-piston unit with hydraulic fluid for movement of the working piston, wherein the control valve at least between an extended position for movement of the working piston in the working direction (ie in the direction of the upper Dead center to bottom dead center) and a retracted position for movement of the working piston against the working direction is switchable, results in an advantageous embodiment of the method in that a control deviation between setpoint and actual value is determined, and that the control valve in response to the deviation in retracting position or in extended position is switched.
  • a hydraulic drive device which comprises a hydraulic cylinder-piston unit with a movable along a working direction between a top dead center and a bottom dead center working piston, wherein also an adjusting device for specifying a desired value for the position of the Working piston is provided along the working direction, and wherein an actual value of the position of the working piston along the working direction is interrogated, and wherein also a control feedback is provided, which cooperates with the adjusting device for specifying the desired value as a function of the actual value.
  • the adjusting device is designed such that the target value to a lower override position below the bottom dead center and an upper override position above the top dead center can be predetermined and the control feedback is designed such that a Umschaltwert UT2 above the bottom dead center UT and a Resting value OT2 is predetermined under the top dead center OT, and that the control feedback so cooperates with the actuator, that when the actual value reaches the Umschaltwert UT2, the setpoint is set to the upper override position XOT, and that if the actual value is the Oxfordschaltwert OT2 is reached from the direction of the bottom dead center UT, the setpoint is set to the top dead center OT.
  • control feedback refers in the broadest sense means for receiving and processing the requested actual value for specifying a desired value. Conceivable here are mechanical feedback, for example, between the piston and actuator, but also electronic devices.
  • Such a device can be operated in an advantageous manner with the method explained above. Therefore, comparatively fast piston movements and movement changes are possible with the device according to the invention, which allows short process times for a double stroke of the working piston and thus an operation with increased efficiency.
  • the device is further advantageously designed so that a position query to query the actual value of the position of the working piston, in particular along the working direction, is provided.
  • a position query to query the actual value of the position of the working piston, in particular along the working direction is provided.
  • optical, electronic, magnetic or mechanical measuring devices into consideration.
  • a particularly preferred embodiment results from the fact that a control valve for supplying the cylinder-piston unit with hydraulic fluid for movement of the working piston is provided, wherein the control valve at least between an extended position for movement of the working piston in the direction from top dead center to bottom dead center (ie in the working direction) and a retraction position for moving the working piston in the direction from bottom dead center to top dead center (that is, counter to the working direction) is switchable.
  • the control valve only the control valve must be operated for setpoint specification.
  • control valve with the control feedback in response to the setpoint and in dependence on the actual value is switchable.
  • control feedback acts as a setting device or comprises the setting device or is part of the setting device.
  • control valve between the extended position, the retracted position and a neutral position is switchable, in which the cylinder-piston unit no hydraulic fluid is supplied or in which at least one supply of the cylinder-piston unit with hydraulic fluid for the purpose of movement of the working piston is prevented.
  • control feedback is designed such that a holding value for the position of the working piston can be predetermined, and that the control valve is switched to the neutral position when the actual value with the holding value or both the target value and the actual value coincides with the holding value or at least Substantially matches, for example, lies within a predeterminable position window to the holding value or between a position threshold and the holding value.
  • the working piston can be kept at rest when the end of a process, for example Doppelhubes, is reached.
  • control valve is designed as a continuous valve, and the control feedback is designed such that the supply of the cylinder-piston unit takes place with an even larger volume flow, the more the actual value deviates from the desired value. Due to this proportional control, the movement of the working piston becomes faster, the more the temporal actual value curve follows the predetermined time-desired value course.
  • the control valve is designed for example as a proportional valve with a displaceable valve piston, wherein a continuously variable valve opening can be provided by displacement of the valve piston.
  • control valve is designed as a proportional valve with a continuously variable control opening and that the control feedback is designed such that a control deviation between setpoint and actual value can be determined, and that the control opening is variable proportional to the control deviation. Due to the continuously variable control opening of the proportional valve, a continuous adjustment of a volume flow through the control valve is possible.
  • the control deviation is determined in particular as the difference between the setpoint and the actual value, wherein, for example, starting from the top dead center in the direction of bottom dead center of a position, a positive value is assigned, and therefore the control deviation is positive if the setpoint is closer to the bottom dead center than the actual value.
  • the choice of sign can also be done in the opposite way.
  • the adjusting device preferably comprises a, in particular electric, linear motor or a rotary motor pinion rack unit. It is also conceivable that the setpoint input via a rotary motor, which cooperates with a switchable by rotation between the retracted position and extended position control valve. It is further conceivable that the actual value via a rack, which meshes with a pinion, the control valve is supplied by rotation of the pinion.
  • a CNC control unit is advantageously provided by means of which the adjusting device for setting the target value is controllable.
  • Figure 1 is a schematic representation of a hydraulic drive device according to the invention
  • Figure 2b shows the time course of setpoint and actual value in a double stroke according to the inventive method.
  • the hydraulic drive device 10 shown in FIG. 1 comprises a hydraulic cylinder-piston unit 12, which has a working piston 16 which can be moved in and counter to a working direction 14.
  • the working direction 14 is indicated in the figure 1 with an arrow.
  • the working piston 16 is movable between a top dead center OT, which in FIG. 1 corresponds to a state completely retracted counter to the working direction 14, and a bottom dead center UT (state of the working piston 16 fully extended in the working direction 14).
  • a position query 18 is provided.
  • the working piston 16 defines an extension pressure space A, which can be acted upon by a hydraulic pressure fluid for movement of the working piston 16 in the working direction 14.
  • the working piston 16 limits a Einfahr fürraum B, which is acted upon for retraction of the working piston 16 against the working direction 14 with pressurized fluid.
  • the hydraulic cylinder-piston unit 12 is designed as a hydraulic differential cylinder, wherein the movement of the working piston 16 effective hydraulic effective area for the Einfahrbuchraum B is smaller than the hydraulic effective area for the Ausfahrdruckraum A.
  • the hydraulic drive device 10 has a control valve 20.
  • the control valve 20 is designed as a 3/3-way valve, which has a connection with the Ausfahrtikraum A working port, and a pressure port P and a tank port T.
  • the control valve 20 is switchable between three switching positions a, 0, b, wherein in the switching position a of the pressure port P to the working port, i. with the extension pressure chamber A in communication. In the switching position b, the expansion pressure chamber A is connected to the tank connection T.
  • the shift position 0 represents a neutral position, in which the drive pressure chamber A is closed against supply or discharge of hydraulic fluid. In all three switching positions of the smaller hydraulic active surface having Einfahrdruckraum B is pressure-connected to the pressure port P.
  • an adjusting device 30 is provided in the drive device 10.
  • the adjusting device 30 comprises a rotary motor M1, by means of which a pinion 32 is rotatable, which meshes with a toothed rack 34.
  • the rack 34 is therefore displaceable by the rotary motor M1.
  • FIG 1 is also shown with dotted line an alternative implementation, which has a linear motor M2, by means of which the rod 34 is displaceable.
  • the reference value is set in the example shown by an interaction of the actuator 30 with the control valve 20, wherein the actuator 30 in particular the control valve 20 is actuated.
  • the actual value X FBK of the working piston 16 is fed via a yoke 38 mechanically to a control input of the control valve 20.
  • an electrical supply it is conceivable, for example, that the control valve 20 comprises a valve piston (not shown) displaceable between the switch positions a, 0, b, wherein the displacement of the valve piston into the position a (or b) results in an even larger regulating opening of the control valve 20 is provided, the further the valve piston is moved to the position a (or b).
  • the valve piston is coupled via the yoke 38 with the movement of the working piston 16, so that the control valve 20 operates in the manner of a copying valve.
  • the actuator 30 acts on another, not shown, control input of the control valve 20.
  • This further control input for example, with a slidably mounted control sleeve (not shown) of the control valve cooperate, wherein in the control sleeve, the valve piston displaceable is stored.
  • control valve 20 is switched to the switching position a, provided that the setpoint X CMD leads the actual value X FBK in the working direction 14. Conversely, the control valve 20 is switched to the switching position b when the setpoint X CMD remains behind the actual value X FBK . The control valve 20 is switched to the neutral position 0 when the setpoint X CMD coincides with the actual value X FBK .
  • a control feedback 40 is provided in the hydraulic drive device 10.
  • the control feedback 40 comprises a control device 42, which is supplied to the actual value X FBK queried by the position query 18, for example as an electrical signal.
  • the control device 42 Depending on the signal X FBK , the control device 42 then generates an output signal for specifying the setpoint value X CMD for the actuating device 30.
  • the drive device 10 further comprises a CNC control device 50, for example, for specifying a temporal movement sequence.
  • a CNC control device 50 for example, for specifying a temporal movement sequence.
  • temporally variable position values X can be predetermined, which are likewise fed to the control device 42. Consequently, the control device 42 controls the setting device 30 for specifying the setpoint value X CMD on the one hand as a function of the actual value X FBK , and on the other hand as a function of the position values X.
  • the working piston 16 is at top dead center OT, ie in a retracted state against the working direction 14. Accordingly, the actual value X FBK and the target value X CMD are at top dead center TDC. However, it is also conceivable that the setpoint value X CMD is set to a different value and the actual value X FBK is currently only at the top dead center (TDC).
  • the setpoint value X CMD is initially set to a lower override position XUT below the bottom dead center UT.
  • the CNC control device 50 generates a corresponding position value X, which is supplied to the control device 42.
  • the control device 42 controls the rotary motor M1 of the adjusting device 30 such that the control valve 20 is switched to the switching position a.
  • the possible speed with which the setpoint value X CMD can be guided from the top dead center OT to the lower override position XUT is limited, in particular by the movement speed of the valve piston. Consequently, in FIG. 2b the setpoint value X CMD is not stepped, but continuously guided to the lower override position XUT.
  • the time profile of the setpoint value X CMD is predetermined in a continuous manner by the CNC control device 50.
  • the actual value X FBK does not follow the setpoint value X CMD directly, but remains behind as time progresses.
  • the actual value X FBK reaches a lower switching value UT2. This is detected by the position inquiry 18 and supplied to the control device 42. Then the setpoint X CMD is set by means of the adjusting device 30 to an upper override position XOT.
  • this change in the setpoint value X CMD does not take place stepwise, but with a continuous time course.
  • the setpoint value X CMD is still below the bottom dead center UT for a certain period of time, starting from the time T UT2 . Consequently, the actual value X FBK approaches the position of the working piston 16 even after the time T UT2 still further to the bottom dead center UT, before a reversal of motion takes place and the actual value moves back in the direction of the top dead center TDC.
  • the lower override position XUT and on the other hand the switchover value UT2 are selected in such a way that the actual value X FBK is just at bottom dead center UT when the motion is reversed.
  • the switchover value UT2 and / or the lower override position XUT can be set to a freely selectable value between the top dead center OT and the bottom dead center UT at the time of the movement reversal of the working piston 16.
  • the course of movement of the actual value X FBK after the reversal of motion can be influenced by suitably specifying the closed-loop value OT2 and / or the upper override position XOT.
  • the speed of the change of the actual value X FBK can firstly be varied directly by specifying the desired value X CMD with a corresponding time characteristic.
  • the volumetric flow of hydraulic fluid through the control valve 20 is greater and therefore the movement of the working piston 16 becomes faster, the more the actual value X FBK deviates from the nominal value X CMD .
  • the rate of change of the actual value X FBK can also be influenced, that the deviation between actual value and setpoint FBK X X CMD is adjusted accordingly. This can also be done by selecting the lower override position XUT, the Umschaltwert UT2, the upper override position XOT and the Oxfordschaltwert OT2. In particular, this can bring about a rapid or a delayed reversal of movement.
  • an upper position threshold OT3 is shown in FIG. 2b, which exceeds the actual value X FBK at a time T OT3 .
  • this upper position threshold OT3 serves to define one end of the double stroke.
  • the time from the beginning of the process to the time T OT3 therefore serves as a measure of the process duration of the double stroke. It can be seen from a comparison of FIGS. 2 a and 2 b that the process duration can be shortened by a time period T G (plotted in FIG. 2 a) with the method according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsvorrichtung (10) mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit einem entlang einer Arbeitsrichtung (14) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verfahrbaren Arbeitskolben (16), wobei ein Sollwert für die Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung vorgegeben wird, und ein Istwert der Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung abgefragt wird, und die Bewegung des Arbeitskolbens in Abhängigkeit des Sollwertes und des Istwertes geregelt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine hydraulische Antriebsvorrichtung (10).

Description

    Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsvorrichtung und hydraulische Antriebsvorrichtung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsvorrichtung mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit mit einem entlang einer Arbeitsrichtung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verfahrbaren Arbeitskolben, wobei ein Sollwert für die Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung vorgegeben wird, und ein Istwert der Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung abgefragt wird, und die Bewegung des Arbeitskolbens in Abhängigkeit des Sollwertes und des Istwertes geregelt wird.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine hydraulische Antriebsvorrichtung mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit und mit einem entlang einer Arbeitsrichtung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verfahrbaren Arbeitskolben, wobei eine Stelleinrichtung zur Vorgabe eines Sollwertes für die Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung vorgesehen ist, und wobei ein Istwert der Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung abfragbar ist, und wobei eine Regelrückkopplung vorgesehen ist, welche mit der Stelleinrichtung zur Vorgabe des Sollwertes in Abhängigkeit des Istwertes zusammenwirkt.
  • Die angesprochenen hydraulischen Antriebsvorrichtungen finden insbesondere bei Stanz-, Präge-, Nibbel- oder Biegemaschinen Verwendung. Während eines Bearbeitungsprozesses ist dabei regelmäßig ein Doppelhub des Arbeitskolbens erforderlich, beispielsweise eine Bewegung ausgehend vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt und zurück zum oberen Totpunkt.
  • Für die Qualität des Arbeitsergebnisses der genannten Bearbeitungsmaschinen ist insbesondere die Präzision und Reproduzierbarkeit der Positionen des oberen und unteren Totpunktes entscheidend. Dies ist beispielsweise bei einem Präge- oder Biegevorgang ersichtlich, da hierbei die Position des unteren Totpunktes direkt die Verformung des bearbeiteten Werkstücks bestimmt.
  • In diesem Zusammenhang hat es sich als problematisch erwiesen, dass bei der Steuerung der Bewegung des Arbeitskolbens durch Vorgabe des Sollwertes regelmäßig der Istwert der Position des Arbeitskolbens vom Sollwert der Position abweicht. Dieses sogenannte Nachlaufen führt zu Ungenauigkeiten in der Präzision und Reproduzierbarkeit des oberen und/oder unteren Totpunktes, und damit zu Ungenauigkeiten im Fertigungsprozess.
  • Das Nachlaufen kann verschiedene Ursachen haben. Erfolgt beispielsweise die Versorgung der hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit zur Bewegung des Arbeitskolbens mit Hydraulikfluid über ein Proportionalventil mit einem verschiebbaren Ventilkolben zur Einstellung einer variablen Ventilöffnung, so ist der Ventilkolben aufgrund seiner üblicherweise geringeren Masse viel schneller steuerbar als der massereiche Arbeitskolben. Eine Veränderung des Sollwertes kann daher vergleichsweise schnell erfolgen, wogegen die Geschwindigkeit der Lageänderung des Arbeitskolbens durch Trägheitskräfte limitiert ist. Darüber hinaus können sich bei einer Steuerung mit einem Proportionalventil in der beschriebenen Art Probleme bei der Genauigkeit der Einstellung eines Istwertes daraus ergeben, dass bei der Proportional-Steuerung die Ventilöffnung proportional zur Abweichung des Istwertes vom Sollwert verändert wird. Bei Annäherung des Istwertes an den Sollwert wird die Ventilöffnung und damit der Volumenstrom durch das Steuerventil klein, was die Bewegung des Arbeitskolbens zur Sollposition verzögert.
  • Um bei einem Doppelhub den Arbeitskolben präzise und reproduzierbar zum oberen beziehungsweise unteren Totpunkt zu verfahren, sind folglich Maßnahmen zur Regelung und Abstimmung von Sollwert und Istwert erforderlich und verschiedenartig bekannt.
  • Zur Erläuterung des technischen Hintergrundes ist in Figur 2a der zeitliche Verlauf von Sollwert (XCMD) und Istwert (XFBK) bei Ausführung eines Doppelhubes zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) mit einer hydraulischen Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art dargestellt. Dabei ist auf der Abszisse die fortschreitende Zeit, auf der Ordinate die Position des Arbeitskolbens, aufgetragen. Ausgehend vom oberen Totpunkt OT wird zunächst der Sollwert XCMD auf den unteren Totpunkt UT vorgegeben. In der Folge nähert sich der Istwert XFBK dem unteren Totpunkt UT an. Aus den vorstehend geschilderten Gründen findet die zeitliche Veränderung des Istwertes XFBK verzögert im Vergleich zum Sollwert XCMD statt. Der Istwert XFBK läuft dem Sollwert XCMD hinterher („Nachlaufen“). Insbesondere im Bereich um den unteren Totpunkt UT verändert sich der Istwert XFBK mit der Zeit nur langsam (erkennbar an der flachen Steigung der Kurve XFBK), was auf die geringe Abweichung des Istwertes XFBK vom Sollwert XCMD zurückzuführen ist.
  • Zur Einleitung der für einen Doppelhub erforderlichen Bewegungsumkehr ist bei dem Zeitverlauf gemäß Figur 2a eine untere Positionsschwelle UT1 vorgegeben. Sobald der Istwert XFBK die untere Positionsschwelle UT1 erreicht (zum Zeitpunkt TUT1 in Figur 2a), wird der Sollwert XCMD auf den oberen Totpunkt OT zurückgeführt. Nach dieser Veränderung des Sollwertes XCMD läuft der Istwert XFBK zunächst noch in seine ursprüngliche Richtung auf den unteren Totpunkt UT zu (beispielsweise aufgrund der Massenträgheit des Arbeitskolbens) und bewegt sich nach Bewegungsumkehr vom unteren Totpunkt UT in Richtung auf den oberen Totpunktes OT hin. Auch hierbei tritt aus den genannten Gründen wiederum eine Abweichung zwischen dem Istwert XFBK und dem Sollwert XCMD auf („Nachlaufen“), wobei die zeitliche Veränderung des Istwertes XFBK umso langsamer wird, je mehr sich der Istwert XFBK dem Sollwert XCMD annähert.
  • Um ein Ende des Doppelhubes sinnvoll festlegen zu können, ist eine obere Positionsschwelle OT1 unterhalb des oberen Totpunktes OT vorgegeben. Zu einem Zeitpunkt TOT1 erreicht der Istwert XFBK die obere Positionsschwelle OT1. Die obere Positionsschwelle OT1 ist so nahe beim oberen Todpunkt OT gewählt, dass das Erreichen der oberen Positionsschwelle OT1 als Ende des Doppelhubs angesehen werden kann. In diesem Sinne kann die Zeitdauer vom Beginn des geschilderten Prozesses bis zur Zeit TOT1 als Prozessdauer des Doppelhubes angesehen werden.
  • Ein ähnliches Regelverfahren lässt sich beispielsweise aus der EP 1 462 660 A1 entnehmen.
  • Beim Einsatz einer eingangs genannten hydraulischen Antriebsvorrichtung in Bearbeitungsmaschinen ist neben der Genauigkeit der Kolbenbewegung, das heißt der Präzision und Reproduzierbarkeit des oberen und unteren Totpunktes, außerdem die Schnelligkeit des Arbeitsprozesses entscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Meist ist eine möglichst kurze Zeitdauer zur Ausführung eines Doppelhubes erwünscht. Dies macht schnelle Bewegungen und schnelle Bewegungsänderungen des Arbeitskolbens erforderlich.
  • Bei der zuvor beschriebenen Regelung des Doppelhubes mittels eines Proportionalventils tritt hierbei insbesondere das Problem auf, dass die Ventilöffnung des Proportionalventils und damit der Volumenstrom an Hydraulikfluid zur Versorgung der Antriebsvorrichtung bei geringer Abweichung des Istwertes vom Sollwert klein wird. Aus diesem Grund erfolgt die Positionseinstellung des Arbeitskolbens nur langsam, sobald der Istwert im Bereich des gewünschten Sollwertes (also insbesondere oberer und unterer Totpunkt) liegt. Dies kann zu einer unerwünscht langen Prozessdauer des Doppelhubes führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Betrieb einer hydraulischen Antriebsvorrichtung mit verbesserter Wirtschaftlichkeit zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Ausführung eines Doppelhubes des Arbeitskolbens ausgehend vom oberen Totpunkt zunächst der Sollwert auf eine untere Übersteuerposition unter dem unteren Totpunkt vorgegeben wird, und dann, wenn der Istwert einen Umschaltwert über dem unteren Totpunkt erreicht, der Sollwert zur Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens auf eine obere Übersteuerposition über dem oberen Totpunkt vorgegeben wird, und danach, wenn der Istwert einen Ruheschaltwert unter dem oberen Totpunkt erreicht, der Sollwert auf den oberen Totpunkt vorgegeben wird.
  • Die Anwendung dieses Verfahrens ist insbesondere zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsvorrichtung in Stanz-, Präge-, Nibbel- oder Biegemaschinen geeignet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während weitgehend der gesamten Bewegung ausgehend vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt und zurück bis zum Ruheschaltwert eine vergleichsweise große Abweichung zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert herbeigeführt. Im Unterschied zu dem eingangs dargestellten Stand der Technik wird demnach bewusst ein Nachlaufen der hydraulischen Antriebsvorrichtung herbeigeführt. Es wird daher nicht abgewartet, bis der Istwert nahezu mit dem Sollwert übereinstimmt.
  • Dadurch kann zunächst die Regelzeit zwischen Vorgabe eines gewünschten Sollwertes und Einstellung des zugehörigen Istwertes erheblich verkürzt werden. Dies wird beispielsweise deutlich bei einem Betrieb einer hydraulischen Antriebsvorrichtung mit einem als Proportionalventil arbeitenden Regelventil, bei dem eine Ventilöffnung zur Versorgung des hydraulischen Antriebes mit Hydraulikfluid proportional zur Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert bereitgestellt wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bewusst eine vergleichsweise große Abweichung zwischen Sollwert und Istwert herbeigeführt wird, wird in dem beschriebenen Regelventil nahezu über den gesamten Doppelhub eine große Ventilöffnung eingestellt. Daher wird die Antriebsvorrichtung mit einem vergleichsweise großen Volumenstrom an Hydraulikfluid versorgt und die Bewegung des Arbeitskolbens erfolgt insbesondere im Bereich um den oberen und den unteren Totpunkt schneller als bei dem beschriebenen bekannten Regelverfahren.
  • Insgesamt kann mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren eine deutlich verkürzte Prozessdauer für einen Doppelhub unter Beibehaltung der Präzision der Kolbenbewegung im oberen und im unteren Totpunkt und folglich eine verbesserte Wirtschaftlichkeit erzielt werden.
  • Um eine hohe Präzision der Bewegung des Arbeitskolbens bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu gewährleisten, wird der Umschaltwert (UT2) und/oder die untere Übersteuerposition (XUT) vorteilhafterweise derart gewählt, dass bei Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens der Istwert im unteren Totpunkt liegt.
  • Bei gewissen Anwendungen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn der Umschaltwert und/oder die untere Übersteuerposition derart gewählt wird, dass der Istwert stets oberhalb dem unteren Totpunkt ist.
  • Als weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Ruheschaltwert und/oder die obere Übersteuerposition derart gewählt wird, dass der Istwert stets unterhalb oder gleich dem oberen Totpunkt ist. Dadurch wird verhindert, dass der Arbeitskolben über den oberen Totpunkt hinausläuft.
  • Sofern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hydraulische Antriebsvorrichtung betrieben wird, welche ein Regelventil zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit mit Hydraulikfluid zur Bewegung des Arbeitskolbens aufweist, wobei das Regelventil wenigstens zwischen einer Ausfahrstellung zur Bewegung des Arbeitskolbens in Arbeitsrichtung (das heißt in Richtung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt) und einer Einfahrstellung zur Bewegung des Arbeitskolbens entgegen der Arbeitsrichtung schaltbar ist, ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens dadurch, dass eine Regelabweichung zwischen Sollwert und Istwert bestimmt wird, und dass das Regelventil in Abhängigkeit der Regelabweichung in Einfahrstellung oder in Ausfahrstellung geschaltet wird.
  • Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird außerdem eine hydraulische Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, welche eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit mit einem entlang einer Arbeitsrichtung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verfahrbaren Arbeitskolben aufweist, wobei außerdem eine Stelleinrichtung zur Vorgabe eines Sollwertes für die Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung vorgesehen ist, und wobei ein Istwert der Position des Arbeitskolbens entlang der Arbeitsrichtung abfragbar ist, und wobei außerdem eine Regelrückkopplung vorgesehen ist, welche mit der Stelleinrichtung zur Vorgabe des Sollwertes in Abhängigkeit des Istwertes zusammenwirkt. Bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist die Stelleinrichtung derart ausgebildet, dass der Sollwert auf eine untere Übersteuerposition unter dem unteren Totpunkt und auf eine obere Übersteuerposition über dem oberen Totpunkt vorgebbar ist und die Regelrückkopplung derart ausgebildet ist, dass ein Umschaltwert UT2 über dem unteren Totpunkt UT sowie ein Ruheschaltwert OT2 unter dem oberen Totpunkt OT vorgebbar ist, und dass die Regelrückkopplung derart mit der Stelleinrichtung zusammenwirkt, dass dann, wenn der Istwert den Umschaltwert UT2 erreicht, der Sollwert auf die obere Übersteuerposition XOT vorgegeben wird, und dass dann, wenn der Istwert den Ruheschaltwert OT2 aus Richtung des unteren Totpunktes UT erreicht, der Sollwert auf den oberen Totpunkt OT vorgegeben wird.
  • Die Regelrückkopplung bezeichnet dabei im weitesten Sinne Mittel zur Aufnahme und Verarbeitung des abgefragten Istwertes zur Vorgabe eines Sollwertes. Denkbar sind hierbei mechanische Rückkopplungen, beispielsweise zwischen Arbeitskolben und Stelleinrichtung, aber auch elektronische Einrichtungen.
  • Eine derartige Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise mit dem vorstehend erläuterten Verfahren betrieben werden. Daher sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleichsweise schnelle Kolbenbewegungen und Bewegungsänderungen möglich, was kurze Prozessdauern für einen Doppelhub des Arbeitskolbens und damit einen Betrieb mit erhöhter Wirtschaftlichkeit ermöglicht.
  • Die Vorrichtung wird dadurch weiter vorteilhaft ausgestaltet, dass eine Positionsabfrage zur Abfrage des Istwertes der Position des Arbeitskolbens, insbesondere entlang der Arbeitsrichtung, vorgesehen ist. Hierfür kommen beispielsweise optische, elektronische, magnetische oder mechanische Messeinrichtungen in Betracht.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass ein Regelventil zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit mit Hydraulikfluid zur Bewegung des Arbeitskolbens vorgesehen ist, wobei das Regelventil wenigstens zwischen einer Ausfahrstellung zur Bewegung des Arbeitskolbens in Richtung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt (das heißt in Arbeitsrichtung) und einer Einfahrstellung zur Bewegung des Arbeitskolbens in Richtung vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt (das heißt entgegen der Arbeitsrichtung) schaltbar ist. Bei dieser Ausgestaltung muss zur Sollwertvorgabe lediglich das Regelventil betätigt werden.
  • Vorteilhaft ist dabei, wenn das Regelventil mit der Regelrückkopplung in Abhängigkeit des Sollwertes und in Abhängigkeit des Istwertes schaltbar ist. Die Regelrückkopplung wirkt in diesem Fall als Stelleinrichtung beziehungsweise umfasst die Stelleinrichtung oder ist ein Bestandteil der Stelleinrichtung.
  • Als weitere Ausgestaltung ist das Regelventil zwischen der Ausfahrstellung, der Einfahrstellung und einer Neutralstellung schaltbar, in welcher der Zylinder-Kolben-Einheit kein Hydraulikfluid zugeführt wird oder in welcher zumindest eine Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit mit Hydraulikfluid zur zum Zwecke der Bewegung des Arbeitskolbens unterbunden wird. Dadurch wird es ermöglicht, den Arbeitskolben in einer Ruheposition zu halten. Insbesondere kommt als Regelventil ein 3/3- oder ein 4/3-Wegeventil in Betracht.
  • Vorteilhafterweise ist die Regelrückkopplung dabei derart ausgebildet, dass ein Haltewert für die Position des Arbeitskolbens vorgebbar ist, und dass das Regelventil in die Neutralstellung geschaltet wird, wenn der Istwert mit dem Haltewert oder sowohl der Sollwert als auch der Istwert mit dem Haltewert übereinstimmt oder zumindest im Wesentlichen übereinstimmt, beispielsweise innerhalb eines vorgebbaren Positionsfensters um den Haltewert oder zwischen einer Positionsschwelle und dem Haltewert liegt. Dadurch kann der Arbeitskolben in Ruhe gehalten werden, wenn das Ende eines Prozesses, beispielsweise Doppelhubes, erreicht ist.
  • Zur weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Regelventil als Stetigventil ausgebildet, und die Regelrückkopplung derart ausgebildet, dass die Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit mit einem umso größeren Volumenstrom erfolgt, je mehr der Istwert von dem Sollwert abweicht. Aufgrund dieser Proportionalregelung wird die Bewegung des Arbeitskolbens umso schneller, je mehr der zeitliche Istwert-Verlauf dem vorgegebenen zeitlichen Sollwert-Verlauf hinterherläuft. Das Regelventil ist beispielsweise als Proportionalventil mit einem verschiebbaren Ventilkolben ausgebildet, wobei durch Verschiebung des Ventilkolbens eine stetig veränderbare Ventilöffnung bereitstellbar ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass das Regelventil als Proportionalventil mit stetig veränderbarer Regelöffnung ausgebildet ist und dass die Regelrückkopplung derart ausgebildet ist, dass eine Regelabweichung zwischen Sollwert und Istwert bestimmbar ist, und dass die Regelöffnung proportional zur Regelabweichung veränderbar ist. Aufgrund der stetig veränderbaren Regelöffnung des Proportionalventils ist eine stetige Einstellung eines Volumenstroms durch das Regelventil möglich. Die Regelabweichung wird insbesondere als Differenz zwischen Sollwert und Istwert bestimmt, wobei beispielsweise ausgehend vom oberen Totpunkt in Richtung unterer Totpunkt einer Position ein positiver Wert zugeordnet wird, und daher die Regelabweichung positiv ist, wenn der Sollwert näher bei dem unteren Totpunkt ist als der Istwert. Selbstverständlich kann die Vorzeichenwahl auch in entgegengesetzter Weise erfolgen.
  • Um den Sollwert vorzugeben, umfasst die Stelleinrichtung vorzugsweise einen, insbesondere elektrischen, Linearmotor oder eine Drehmotor-Ritzel-Zahnstange-Einheit. Denkbar ist auch, dass die Sollwertvorgabe über einen Drehmotor erfolgt, der mit einem durch Drehung zwischen Einfahrstellung und Ausfahrstellung schaltbaren Regelventil zusammenwirkt. Dabei ist weiter denkbar, dass der Istwert über eine Zahnstange, die ein Ritzel kämmt, dem Regelventil durch Drehung des Ritzels zugeführt wird.
  • Um auch komplexe Bewegungsabläufe für den Arbeitskolben, beispielsweise einen Doppelhub mit abschnittsweise variierender Kolbengeschwindigkeit, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Präzision des oberen und des unteren Totpunktes zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise eine CNC-Steuereinheit vorgesehen, mittels welcher die Stelleinrichtung zur Vorgabe des Sollwertes steuerbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
  • Es zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebsvorrichtung;
  • Figur 2a zur Erläuterung des technischen Hintergrundes den zeitlichen Verlauf von Sollwert und Istwert bei einem Doppelhub;
  • Figur 2b den zeitlichen Verlauf von Sollwert und Istwert bei einem Doppelhub gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die in der Figur 1 dargestellte hydraulische Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 12, welche einen in und entgegen einer Arbeitsrichtung 14 verfahrbaren Arbeitskolben 16 aufweist. Die Arbeitsrichtung 14 ist in der Figur 1 mit einem Pfeil angedeutet. Der Arbeitskolben 16 ist zwischen einem oberen Todpunkt OT, welcher in Figur 1 einem vollständig entgegen der Arbeitsrichtung 14 eingefahrenen Zustand entspricht, und einem unteren Todpunkt UT (vollständig in Arbeitsrichtung 14 ausgefahrener Zustand des Arbeitskolbens 16) verfahrbar.
  • Zur Bestimmung eines Istwertes XFBK, welcher die Position des Arbeitskolbens 16 entlang der Arbeitsrichtung 14 darstellt, ist eine Positionsabfrage 18 vorgesehen.
  • Der Arbeitskolben 16 begrenzt einen Ausfahrdruckraum A, der zur Bewegung des Arbeitskolbens 16 in Arbeitsrichtung 14 mit einem hydraulischen Druckfluid beaufschlagbar ist. Außerdem begrenzt der Arbeitskolben 16 einen Einfahrdruckraum B, welcher zum Einfahren des Arbeitskolbens 16 entgegen der Arbeitsrichtung 14 mit Druckfluid beaufschlagbar ist. Dabei ist die hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 12 als hydraulischer Differenzialzylinder ausgebildet, wobei die zur Bewegung des Arbeitskolbens 16 wirksame hydraulische Wirkfläche für den Einfahrdruckraum B kleiner ist als die hydraulische Wirkfläche für den Ausfahrdruckraum A.
  • Zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit 12 mit Hydraulikfluid weist die hydraulische Antriebsvorrichtung 10 ein Regelventil 20 auf. Das Regelventil 20 ist als 3/3-Wegeventil ausgebildet, welches einen mit dem Ausfahrdruckraum A in Verbindung stehenden Arbeitsanschluss, sowie einen Druckanschluss P und einen Tankanschluss T aufweist. Das Regelventil 20 ist zwischen drei Schaltstellungen a, 0, b schaltbar, wobei in der Schaltstellung a der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss d.h. mit dem Ausfahrdruckraum A in Verbindung steht. In der Schaltstellung b wird der Ausfahrdruckraum A mit dem Tankanschluss T verbunden. Die Schaltstellung 0 stellt eine Neutralstellung dar, in welcher der Antriebsdruckraum A gegen Zufuhr oder Abfuhr von Hydraulikfluid abgeschlossen ist. In allen drei Schaltstellungen ist der die kleinere hydraulische Wirkfläche aufweisende Einfahrdruckraum B mit dem Druckanschluss P druckverbunden.
  • Zur Vorgabe eines Sollwertes XCMD für die Position des Arbeitskolbens 16 ist bei der Antriebsvorrichtung 10 eine Stelleinrichtung 30 vorgesehen. Die Stelleinrichtung 30 umfasst einen Drehmotor M1, mittels welchem ein Ritzel 32 drehbar ist, welches eine Zahnstange 34 kämmt. Die Zahnstange 34 ist daher durch den Drehmotor M1 verschiebbar. In der Figur 1 ist darüber hinaus mit gepunkteter Linie eine alternative Realisierung dargestellt, welche einen Linearmotor M2 aufweist, mittels welchem die Stange 34 verschiebbar ist.
  • Die Sollwertvorgabe erfolgt im dargestellten Beispiel durch ein Zusammenwirken der Stelleinrichtung 30 mit dem Regelventil 20, wobei die Stelleinrichtung 30 insbesondere das Regelventil 20 betätigt.
  • Hierzu wird beispielsweise der Istwert XFBK des Arbeitskolbens 16 über ein Joch 38 mechanisch einem Steuereingang des Regelventils 20 zugeführt. Denkbar ist jedoch auch eine elektrische Zuführung. Hinsichtlich der Zuführung ist beispielsweise denkbar, dass das Regelventil 20 einen zwischen den Schaltstellungen a, 0, b zugeordneten Positionen verschiebbaren Ventilkolben (nicht dargestellt) umfasst, wobei durch Verschiebung des Ventilkolbens in die Stellung a (bzw. b) eine umso größere Regelöffnung des Regelventils 20 bereitgestellt wird, je weiter der Ventilkolben in die Stellung a (bzw. b) verschoben wird. Dabei ist der Ventilkolben über das Joch 38 mit der Bewegung des Arbeitskolbens 16 gekoppelt, so dass das Regelventil 20 in der Art eines Kopierventils arbeitet. Wie in Figur 1 angedeutet, wirkt in diesem Fall die Stelleinrichtung 30 auf einen weiteren, nicht dargestellten, Steuereingang des Regelventils 20. Dieser weitere Steuereingang kann z.B. mit einer verschiebbar gelagerten Steuerbuchse (nicht dargestellt) des Regelventils zusammenwirken, wobei in der Steuerbuchse der Ventilkolben verschiebbar gelagert ist.
  • Durch eine derartige Anordnung wird erreicht, dass das Regelventil 20 in die Schaltstellung a geschaltet wird, sofern der Sollwert XCMD dem Istwert XFBK in Arbeitsrichtung 14 vorauseilt. Umgekehrt wird das Regelventil 20 in die Schaltstellung b geschaltet, wenn der Sollwert XCMD hinter dem Istwert XFBK zurückbleibt. Das Regelventil 20 wird in die Neutralstellung 0 geschaltet, wenn der Sollwert XCMD mit dem Istwert XFBK übereinstimmt.
  • Um den Sollwert XCMD in Abhängigkeit des Istwertes XFBK vorzugeben, ist bei der hydraulischen Antriebsvorrichtung 10 eine Regelrückkopplung 40 vorgesehen. Die Regelrückkopplung 40 umfasst eine Steuereinrichtung 42, welcher der von der Positionsabfrage 18 abgefragte Istwert XFBK, beispielsweise als elektrisches Signal, zugeführt wird. In Abhängigkeit des Signals XFBK erzeugt die Steuereinrichtung 42 dann ein Ausgangssignal zur Vorgabe des Sollwertes XCMD für die Stelleinrichtung 30.
  • Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst ferner eine CNC-Steuereinrichtung 50, beispielsweise zur Vorgabe eines zeitlichen Bewegungsablaufes. Mittels der CNC-Steuereinrichtung 50 sind zeitlich veränderliche Lagewerte X vorgebbar, welche der Steuereinrichtung 42 ebenfalls zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 42 steuert folglich die Stelleinrichtung 30 zur Vorgabe des Sollwertes XCMD einerseits in Abhängigkeit des Istwertes XFBK, andererseits in Abhängigkeit der Lagewerte X.
  • Im Folgenden wird nun anhand der Figur 2b der zeitliche Verlauf des Sollwertes XCMD sowie des Istwertes XFBK bei Durchführung eines Doppelhubes des Arbeitskolbens 16 mit der hydraulischen Antriebsvorrichtung 10 erläutert, wobei auf die in der Figur 1 dargestellte hydraulische Antriebsvorrichtung 10 Bezug genommen wird. In der Darstellung der Figur 2b sind auf der Ordinate Positionswerte aufgetragen, welche einer Position des Arbeitskolbens 16 entlang der Arbeitsrichtung 14 entsprechen, und auf der Abszisse der Zeitverlauf aufgetragen.
  • Zu Beginn des Prozesses befindet sich der Arbeitskolben 16 im oberen Totpunkt OT, d.h. in einem eingefahrenen Zustand entgegen der Arbeitsrichtung 14. Dementsprechend liegen der Istwert XFBK und der Sollwert XCMD im oberen Totpunkt OT. Denkbar ist jedoch auch, dass der Sollwert XCMD auf einen anderen Wert eingestellt ist und sich der Istwert XFBK nur momentan im oberen Todpunkt (OT) befindet.
  • Zur Einleitung eines Doppelhubes zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT wird zunächst der Sollwert XCMD auf eine untere Übersteuerposition XUT unter dem unteren Todpunkt UT vorgegeben.
  • Bei der Antriebsvorrichtung 10 erzeugt hierzu die CNC-Steuereinrichtung 50 einen entsprechenden Lagewert X, welcher der Steuereinrichtung 42 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 42 steuert dann den Drehmotor M1 der Stelleinrichtung 30 derart an, dass das Regelventil 20 in die Schaltstellung a geschaltet wird. Dabei wird beispielsweise ein in dem Regelventil 20 vorgesehener Ventilkolben entsprechend verschoben. Dementsprechend wird die mögliche Geschwindigkeit, mit welcher der Sollwert XCMD vom oberen Totpunkt OT zu der unteren Übersteuerposition XUT geführt werden kann, insbesondere durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkolbens limitiert. Folglich wird in Figur 2b der Sollwert XCMD nicht stufenartig, sondern kontinuierlich auf die untere Übersteuerposition XUT geführt.
  • Andererseits ist auch denkbar, dass der zeitliche Verlauf des Sollwertes XCMD gezielt in kontinuierlicher Weise durch die CNC-Steuereinrichtung 50 vorgegeben wird.
  • Aufgrund der Massenträgheit des Arbeitskolbens 16 und/oder aufgrund des begrenzten Volumenstromes von Hydraulikfluid durch das Regelventil 20 folgt der Istwert XFBK dem Sollwert XCMD nicht unmittelbar, sondern bleibt mit fortschreitender Zeit hinter diesem zurück.
  • Nach einer Zeit TUT2 erreicht der Istwert XFBK einen unteren Umschaltwert UT2. Dies wird von der Positionsabfrage 18 detektiert und der Steuereinrichtung 42 zugeführt. Daraufhin wird der Sollwert XCMD mittels der Stelleinrichtung 30 auf eine obere Übersteuerposition XOT vorgegeben.
  • Wie oben erläutert, erfolgt auch diese Veränderung des Sollwertes XCMD nicht stufenartig, sondern mit einem stetigen Zeitverlauf. Insbesondere ist in Figur 2b erkennbar, dass der Sollwert XCMD ausgehend von dem Zeitpunkt TUT2 für eine gewisse Zeitdauer noch unterhalb des unteren Totpunktes UT liegt. Folglich nähert sich der Istwert XFBK der Position des Arbeitskolbens 16 auch nach dem Zeitpunkt TUT2 noch weiter dem unteren Totpunkt UT an, bevor eine Bewegungsumkehr erfolgt und sich der Istwert in Richtung des oberen Totpunktes OT zurückbewegt.
  • Zu einem Zeitpunkt TOT2 überschreitet der Istwert XFBK aus Richtung des unteren Totpunktes UT einen Ruheschaltwert OT2 unterhalb des oberen Totpunktes OT. In der Folge wird der Sollwert XCMD von der oberen Übersteuerposition XOT auf den oberen Totpunkt OT zurückgeführt.
  • Bei dem Beispiel gemäß Figur 2b ist einerseits die untere Übersteuerposition XUT und andererseits der Umschaltwert UT2 derart gewählt, dass der Istwert XFBK bei Bewegungsumkehr gerade im unteren Totpunkt UT liegt. Durch geeignete Wahl des Umschaltwertes UT2 und/oder der unteren Übersteuerposition XUT kann jedoch der Istwert XFBK zum Zeitpunkt der Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens 16 insbesondere auf einen frei wählbaren Wert zwischen dem oberen Totpunkt OT und dem unteren Totpunkt UT eingestellt werden.
  • Darüber hinaus kann der Bewegungsverlauf des Istwertes XFBK nach der Bewegungsumkehr durch geeignete Festlegung des Ruheschaltwertes OT2 und/oder der oberen Übersteuerposition XOT beeinflusst werden.
  • Die Geschwindigkeit der Veränderung des Istwertes XFBK kann zum einen unmittelbar dadurch variiert werden, dass der Sollwert XCMD mit einem entsprechenden Zeitverlauf vorgegeben wird.
  • Kommt für das Regelventil 20, wie oben erläutert, ein Proportionalventil zum Einsatz, so ist der Volumenstrom an Hydraulikfluid durch das Regelventil 20 umso größer und damit die Bewegung des Arbeitskolbens 16 umso schneller, je stärker der Istwert XFBK vom Sollwert XCMD abweicht. Somit kann die Rate der Veränderung des Istwertes XFBK auch dadurch beeinflusst werden, dass die Abweichung zwischen Istwert XFBK und Sollwert XCMD entsprechend eingestellt wird. Auch dies kann durch Auswahl der unteren Übersteuerposition XUT, dem Umschaltwert UT2, der oberen Übersteuerposition XOT und dem Ruheschaltwert OT2 erfolgen. Insbesondere kann dadurch eine schnelle oder auch eine verzögerte Bewegungsumkehr herbeigeführt werden.
  • Zu Vergleichszwecken ist in der Figur 2b eine obere Positionsschwelle OT3 eingezeichnet, welche der Istwert XFBK zu einem Zeitpunkt TOT3 überschreitet. Wie bei der Erläuterung zum technischen Hintergrund in der Figur 2a dient diese obere Positionsschwelle OT3 dazu, ein Ende des Doppelhubes zu definieren. Die Zeitdauer vom Beginn des Prozesses bis zum Zeitpunkt TOT3 dient daher als Maß für die Prozessdauer des Doppelhubes. Aus einem Vergleich der Figuren 2a und 2b ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Prozessdauer um eine Zeitspanne TG (eingezeichnet bei Figur 2a) verkürzt werden kann.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Antriebsvorrichtung (10) mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit einem zwischen einem oberen Todpunkt (OT) und einem unteren Todpunkt (UT) verfahrbaren Arbeitskolben (16),
    wobei ein Sollwert (XCMD) für die Position des Arbeitskolbens (16) vorgegeben wird,
    und ein Istwert (XFBK) der Position des Arbeitskolbens (16) abgefragt wird,
    und die Bewegung des Arbeitskolbens (16) in Abhängigkeit des Sollwertes (XCMD) und des Istwertes (XFBK) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Ausführung eines Doppelhubes des Arbeitskolbens (16) ausgehend vom oberen Todpunkt (OT)
    zunächst der Sollwert (XCMD) auf eine untere Übersteuerposition (XUT) unter dem unteren Todpunkt (UT) vorgegeben wird,
    und dann, wenn der Istwert (XFBK) einen Umschaltwert (UT2) über dem unteren Todpunkt (UT) erreicht, der Sollwert (XCMD) zur Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens (16) auf eine obere Übersteuerposition (XOT) über dem oberen Todpunkt (OT) vorgegeben wird,
    und danach, wenn der Istwert (XFBK) einen Ruheschaltwert (OT2) unter dem oberen Todpunkt (OT) erreicht, der Sollwert (XCMD) auf den oberen Todpunkt (OT) vorgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltwert (UT2) und/oder die untere Übersteuerposition (XUT) derart gewählt wird, dass bei Bewegungsumkehr des Arbeitskolbens (16) der Istwert (XFBK) im unteren Todpunkt (UT) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruheschaltwert (OT2) und/oder die obere Übersteuerposition (XOT) derart gewählt wird, dass der Istwert (XFBK) stets unterhalb oder gleich dem oberen Todpunkt (OT) ist.
  4. Hydraulische Antriebsvorrichtung (10) mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit einem zwischen einem oberen Todpunkt (OT) und einem unteren Todpunkt (UT) verfahrbaren Arbeitskolben (16),
    wobei eine Stelleinrichtung (30) zur Vorgabe eines Sollwertes (XCMD) für die Position des Arbeitskolbens (16) vorgesehen ist,
    und wobei ein Istwert (XFBK) der Position des Arbeitskolbens (16) abfragbar ist,
    und wobei eine Regelrückkopplung (40) vorgesehen ist, welche mit der Stelleinrichtung (30) zur Vorgabe des Sollwertes (XCMD) in Abhängigkeit des Istwertes (XFBK)zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stelleinrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass der Sollwert (XCMD) auf eine untere Übersteuerposition (XUT) unter dem unteren Todpunkt (UT) und auf eine oberere Übersteuerposition (XOT) über dem oberen Todpunkt (OT) vorgebbar ist,
    und die Regelrückkopplung (40) derart ausgebildet ist, dass ein Umschaltwert (UT2) über dem unteren Todpunkt (UT) sowie ein Ruheschaltwert (OT2) unter dem oberen Todpunkt (OT) vorgebbar ist,
    und dass die Regelrückkopplung (40) derart mit der Stelleinrichtung (30) zusammenwirkt, dass dann, wenn der Istwert (XFBK) den Umschaltwert (UT2) erreicht, der Sollwert auf die obere Übersteuerposition (XOT) vorgegeben wird, und dass dann, wenn der Istwert (XFBK) den Ruheschaltwert (OT2) aus Richtung des unteren Todpunktes (UT) erreicht, der Sollwert (XCMD) auf den oberen Todpunkt (OT) vorgegeben wird.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsabfrage (18) zur Abfrage des Istwertes (XFBK) der Position des Arbeitskolbens (16) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelventil (20) zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit Hydraulikfluid zur Bewegung des Arbeitskolbens (16) vorgesehen ist,
    wobei das Regelventil (20) wenigstens zwischen einer Ausfahrstellung (a) zur Bewegung des Arbeitskolbens (16) in Richtung vom oberen Todpunkt (OT) zum unteren Todpunkt (UT) und einer Einfahrstellung (b) zur Bewegung des Arbeitskolbens (16) in Richtung vom unteren Todpunkt (UT) zum oberen Todpunkt (OT) schaltbar ist.
  7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, das Regelventil (20) mit der Regelrückkopplung (40) in Abhängigkeit des Sollwertes (XCMD) und des Istwertes (XFBK) schaltbar ist.
  8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (20) zwischen der Ausfahrstellung (a), der Einfahrstellung (b) und einer Neutralstellung (0) schaltbar ist, in welcher eine Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit Hydraulikfluid zur Bewegung des Arbeitskolbens (16) unterbunden wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelrückkopplung (40) derart ausgebildet ist, dass ein Haltewert für die Position des Arbeitskolbens (16) vorgebbar ist, und dass das Regelventil (20) in die Neutralstellung (0) geschaltet wird, wenn der Istwert (XFBK) mit dem Haltewert oder der Sollwert (XCMD) und auch der Istwert (XFBK) mit dem Haltewert zumindest im Wesentlichen übereinstimmt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (20) als Stetigventil ausgebildet ist, und die Regelrückkopplung (40) derart ausgebildet ist, dass die Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit (12) mit einem umso größeren Volumenstrom erfolgt, je mehr der Istwert (XFBK) von dem Sollwert (XCMD) abweicht.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (20) als Proportionalventil mit stetig veränderbarer Regelöffnung zur stetigen Einstellung eines Volumenstroms von Hydraulikfluid durch das Regelventil (20) ausgebildet ist, und dass die Regelrückkopplung (40) derart ausgebildet ist, dass eine Regelabweichung zwischen Sollwert und Istwert bestimmbar ist, und dass die Regelöffnung proportional zur Regelabweichung veränderbar ist.
  12. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (30) einen Linearmotor (M2) oder eine Drehmotor-Ritzel-Zahnstange-Einrichtung (M1, 32, 34) umfasst.
  13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine CNC-Steuereinheit (50) vorgesehen ist, mittels welcher die Stelleinrichtung (30) zur Vorgabe des Sollwertes (XCMD) steuerbar ist.
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