EP3728864B1 - Stellantrieb mit hydraulischem abflussverstärker - Google Patents

Stellantrieb mit hydraulischem abflussverstärker Download PDF

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EP3728864B1
EP3728864B1 EP18830426.5A EP18830426A EP3728864B1 EP 3728864 B1 EP3728864 B1 EP 3728864B1 EP 18830426 A EP18830426 A EP 18830426A EP 3728864 B1 EP3728864 B1 EP 3728864B1
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EP
European Patent Office
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valve
hydraulic
electro
hydrostatic drive
piston chamber
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Achim Helbig
Sascha DANY
Udo Kölbl
Werner Händle
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Moog GmbH
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Moog GmbH
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    • F15B2211/428—Flow control characterised by the type of actuation actuated by fluid pressure

Definitions

  • the present invention relates to an actuator with a variable-speed pump, such as is used in steam turbines, gas turbines, die-casting machines, for example.
  • Actuators are known in the prior art EP 0 604 805 A1 an actuating device for a hydraulic actuator with a pressure-proportional control signal, in which a piston-cylinder arrangement acting as a converter is interposed between the actuator and a hydraulic discharge booster.
  • This device has the following disadvantages, among others:
  • the oil circuit is not closed and requires a fairly large volume of oil.
  • An external pressure supply is also required for the function.
  • EP 2 711 560 A1 relates to a hydraulic drive and a hydraulically operated tool. Proceeding from this prior art, it is the object of the present invention to at least partially overcome or improve the disadvantages of the prior art.
  • the cylinder can be used to control the hydraulics of a gas turbine or die casting machine.
  • the hydraulic inflow or outflow is controlled by a closure that is arranged on the piston rod of the cylinder.
  • the actuator activates a hydraulic path that ensures a high flow of hydraulic fluid from the cylinder to a sink.
  • the sink is part of a closed hydraulic system.
  • it can be implemented as a reservoir that is closed off from the environment.
  • the first piston chamber of the cylinder is filled by the hydraulic machine or pump via the main line.
  • the hydraulic fluid is taken from the sink.
  • the actuator In order to empty the first piston chamber quickly, the actuator has a secondary line, which has a higher cross section, in particular a significantly higher cross section, than the main line. This bypass line connects the first piston chamber to the sink.
  • a hydraulic valve is arranged in the secondary line.
  • the valve can be implemented in quite different embodiments.
  • the valve has a first position and a second position, with the second position controlling a greater volume flow of hydraulic fluid than the first position.
  • the valve can have a first position “blocked” and a second position “flow”.
  • the hydraulic valve is controlled by hydraulic actuators. It may be movable to the first position by a first hydraulic actuator and to the second position by a second hydraulic actuator.
  • a first control line leads to the first hydraulic actuator and a second control line to the second hydraulic actuator.
  • a hydraulic resistance is arranged in the main line in series with the hydraulic machine.
  • the order of arrangement plays a subordinate role; either the hydraulic machine or the hydraulic resistance can be arranged closer to the depression.
  • the first control line is connected to the main line, for example between the hydraulic resistance and the sink, and the second control line is connected between the hydraulic resistance and the first piston chamber. If the first piston chamber is to be emptied quickly, the hydraulic machine first sucks the hydraulic fluid out of the first piston chamber via the main line.
  • the volume flow in the main line is gradually increased.
  • an increased pressure arises in the second control line, which is connected between the hydraulic resistance and the first piston chamber. This increased pressure causes the second hydraulic actuator to move the valve into the second position.
  • this allows the valve to be moved from a first "blocked” position to a second "flow” position.
  • the first "locked” position may be the rest position of the valve, in which the valve is initially retained, e.g., by a valve spring. In this case, at least the counteracting force of the spring must be overcome by the pressure on the second hydraulic actuator.
  • the valve was moved into the second position—by means of the second hydraulic actuator—increases the volume flow in the secondary line.
  • the volumetric flow from the first piston chamber is increased in an almost abrupt manner.
  • the actuator activates a hydraulic path that very quickly blocks the inflow or outflow, for example of the hydraulics of a gas turbine or die-casting machine.
  • this effect can be intensified by arranging an energy store in or on the cylinder, e.g. in the form of a spring. This accelerates both the controlled inflow or outflow and the emptying of the first piston chamber.
  • a correspondingly modified arrangement is not used for rapid emptying, but rather for rapid filling of the first piston chamber. It is also within the meaning of the present invention if a correspondingly modified arrangement is not used for rapid opening of the valve but rather for rapid closing of the valve.
  • the first control line is connected between the hydraulic resistance and the hydraulic machine.
  • hydraulic resistance is between the Hydraulic machine and the first piston chamber arranged. This embodiment is preferred for actuators where the hydraulic machine has only one pressure-resistant connection. The hydraulic resistance thus also functions as an instrument for pressure reduction.
  • the first control line is connected between the hydraulic machine and the first piston chamber. This embodiment is preferred for actuators where the hydraulic machine has two pressure-resistant connections.
  • the hydraulic resistance is an orifice valve.
  • An orifice valve is a well-established, robust and easy-to-use component in hydraulics. It is available in various versions and can therefore be easily adapted to the requirements.
  • the predefined flow rate that triggers the switching of the valve can be determined very precisely.
  • the orifice valve can also be designed to be variable.
  • the hydraulic resistance is integrated into the hydraulic machine. This enables a particularly compact design of the actuator.
  • the hydraulic resistance can already be realized through the design of the hydraulic machine - e.g. if an internal resistance is realized - so that no additional component is required
  • the sink has a reservoir in addition to the second piston chamber of the synchronous cylinder.
  • the reservoir is preloaded and in particular designed as a pressure accumulator. This ensures a particularly compact design of the actuator and saves energy when filling the first piston chamber.
  • the valve is a directional control valve, with the first position being “blocked” and the second position being "flow".
  • the valve can be implemented as a 2/2-way valve.
  • the valve has a plurality of positions, each with different cross sections. This is advantageous when the actuator has a more complex controller is to realize, for example, a fast, but still soft control of the hydraulic inflow or outflow of the controlled device.
  • the valve can switch steplessly between a number of positions, each with a different volume flow of the hydraulic fluid.
  • "Infinitely variable” can also mean “very small steps”. This is also an advantageous option for realizing more complex controls.
  • the valve has the "blocked" position as the rest position, in which it is held, in particular by a spring.
  • this largely prevents accidental activation, e.g. accidental opening of the valve.
  • the selection of the spring - especially in combination with a defined orifice valve - allows the switching pressure of the valve to be set precisely.
  • the cylinder also has an energy store and/or is connected to an energy store.
  • the energy store can be a spring, for example. This can be arranged in the second piston chamber or in front of the first piston chamber. With such an energy store, the reaction speed of the actuator is significantly increased
  • a further hydraulic resistance in particular an orifice valve, is arranged in the secondary line. This ensures a defined maximum volume flow when the hydraulic fluid is quickly drained from the first piston chamber, i.e. in particular when the valve is - at least for some embodiments - in the second position "flow".
  • a non-return valve is arranged parallel to the hydraulic resistance. As a result, the first piston chamber can be filled more quickly because the filling quantity is no longer limited exclusively by the hydraulic resistance.
  • An electro-hydrostatic drive according to the invention is used for steam turbines, gas turbines, die casting machines or plastic injection molding machines.
  • FIG. 1 shows a cylinder 200, the piston rod 230 of which has an actuator, namely a closure 290, at one end, as is used in particular for steam turbines, gas turbines, die casting machines or plastic injection molding machines.
  • the shutter 290 controls the opening of a line or passage 420 in one of said devices, which branches off from another line or passage 410 .
  • the opening to the passage 420 should be closed very quickly. In the embodiment shown, this is done by very quickly emptying the first piston chamber 220 and relaxing the spring 250 very quickly.
  • the spring 250 is arranged within the second piston chamber 240 in this embodiment.
  • the spring 250 acts as an energy store.
  • the second piston chamber 240 may be open.
  • the hydraulic machine or pump 50 first pumps hydraulic fluid out of the first piston chamber 220 via the pressure lines 130 (which also uses part of the pressure line 110) and 160.
  • the 2/2-way valve 100 is included initially in the "locked" position. This is the rest position of the valve 100 and is ensured by a valve spring 108 in this embodiment.
  • the volume flow that results in the pressure line 130 causes a pressure difference between a first and a second side of the orifice valve 180, ie a higher pressure is created on the side of the orifice valve 180 that points in the direction of the first piston chamber 220. Consequently, there is also a higher pressure in the pressure line 140, which controls the actuator 102.
  • the pressure is proportional to the volume flow that the Pump 50 generates
  • the pressure in the line 140 is so high that the force of the valve spring 108 is overcome and the actuator 102 switches the valve 100 to the "flow" position.
  • the hydraulic fluid can flow out of the first piston chamber 220 very quickly.
  • the hydraulic fluid flows into the reservoir 190, which can be designed as a pressure chamber.
  • the closed system advantageously enables a very compact design and requires a significantly smaller volume of hydraulic fluid than in the prior art.
  • the valve 100 is either closed by the valve spring 108 when the volume flow falls below a predefined level. Or the valve 100 is closed by the hydraulic machine 50 when the hydraulic machine 50 pumps the hydraulic fluid from the reservoir 190 via the lines 160 and 130 into the first piston chamber 220. This creates a higher pressure on the actuator 104, which moves the valve 100 into the position switched to "locked".
  • the pump 50 is preferably implemented as a hydraulic machine 50 with variable volume and/or speed that is driven by an electric motor 60 .
  • FIG 2 shows an embodiment of an actuator according to the invention.
  • the basic function is the same as for 1 explained.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIG 1 . 2 but has other elements that are advantageous for certain application scenarios.
  • So shows 2 a pressure line 330 which connects the reservoir 190 and the second pump port 52 to the second piston chamber 240 .
  • the spring 250 can be omitted.
  • This variant has the advantage that the reservoir 190 can be made smaller because the second piston chamber 240 can accommodate part of the hydraulic fluid flowing out of the first piston chamber 220 .
  • a check valve 360 in the pressure line 310 which opens when the first piston chamber 220 is filled with the hydraulic fluid.
  • the check valve 360 is arranged in parallel with the orifice valve 180 .
  • the orifice valve 180 is thus bypassed with the non-return valve 360, so that a more rapid filling of the first piston chamber 220 is possible.
  • FIG. 3 also shows a check valve 370 arranged in parallel with the hydraulic machine 50.
  • the check valve 370 opens when the first piston chamber 220 is exhausted. Because most of the hydraulic fluid is flowing through lines 110 and 120, pump 50 may be undersupplied with hydraulic fluid. With some types of pumps, this can damage the pump. To avoid this hydraulic fluid is passed from line 120 into pump 50 via check valve 370
  • an orifice valve 170 is arranged in line 120. It is also possible to arrange orifice valve 170 in line 110, preferably hydraulically in the vicinity of valve 100. As a result, the maximum volume flow through lines 110 and 120 is not determined by the cross-section of these lines, but can be determined much more precisely by the dimensioning of the orifice valve 170.
  • a cushioning 270 is arranged in the cylinder 200 in the first piston chamber 220 - in the region of the end opposite the spring 250 -. If the energy store is designed as a spring 250, as in this embodiment, the piston of the cylinder can hit the inner wall of the cylinder very hard and thus cause damage to the cylinder, at least in the medium term. This is avoided with the end position cushioning 270 shown.
  • valve 100 has the rest position "blocked”. If the first piston chamber 220 is emptied, then, starting from a predefined volume flow, a pressure builds up in front of the orifice valve 180 in the line 150, which is so high that the force of the valve spring 108 is overcome and the actuator 104 pushes the valve 100 into the "Flow" position switches

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit drehzahlvariabler Pumpe, wie er beispielsweise in Dampfturbinen, Gasturbinen, Druckgussmaschinen eingesetzt wird. Stellantriebe sind im Stand der Technik bekannt So offenbart die EP 0 604 805 A1 eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb mit druckproportionalem Stellsignal, bei der zwischen Stellantrieb und einem hydraulischen Abflussverstärker eine als Wandler wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung zwischengeschaltet ist.
  • Diese Vorrichtung weist unter anderem folgende Nachteile auf: Der Ölkreislauf ist nicht abgeschlossen und benötigt ein recht großes Ölvolumen. Außerdem ist für die Funktion eine externe Druckversorgung erforderlich.
  • EP 2 711 560 A1 betrifft einen Hydraulikantrieb, sowie ein hydraulisch betätigbares Werkzeug. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise zu überwinden bzw. zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst Bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der Zylinder kann beispielsweise zur Steuerung der Hydraulik einer Gasturbine oder Druckgussmaschine verwendet werden. Dabei wird der hydraulische Zu- oder Abfluss durch einen Verschluss, der an der Kolbenstange des Zylinders angeordnet ist, gesteuert. Bei derartigen Maschinen tritt die Situation ein, dass der der hydraulische Zu- oder Abfluss sehr schnell gesperrt werden muss. Für diesen sehr schnellen Abfluss der Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinder schaltet der Stellantrieb einen hydraulischen Pfad frei, der einen hohen Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinder zu einer Senke gewährleistet. Die Senke ist Teil eines geschlossenen Hydrauliksystems. Sie kann beispielsweise als ein zur Umgebung abgeschlossenes Reservoir realisiert sein. Durch die Realisierung des Stellantriebs als geschlossenes Hydrauliksystem kann das benötigte Ölvolumen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden. Dadurch wird auch die Gefahr für die Umgebung - z.B. bei einer Leckage des Systems - vermindert, weil die geringere Ölmenge z.B. die Brandgefahr reduziert oder auch die Maßnahmen zur Vermeidung einer Verschmutzung vereinfacht, weil ein geringerer Raum zu umschließen ist
  • Die erste Kolbenkammer des Zylinders wird durch die Hydromaschine oder Pumpe über die Hauptleitung gefüllt. Die Hydraulikflüssigkeit wird dabei aus der Senke entnommen. Um die erste Kolbenkammer schnell zu entleeren, weist der Stellantrieb ein Nebenleitung auf, welche einen höheren, insbesondere einen deutlich höheren, Querschnitt aufweist als die Hauptleitung. Diese Nebenleitung verbindet die erste Kolbenkammer mit der Senke.
  • In der Nebenleitung ist ein hydraulisches Ventil angeordnet. Das Ventil kann in recht unterschiedlichen Ausführungsformen realisiert sein. Bei allen Ausführungsformen weist das Ventil eine erste Stellung und eine zweite Stellung auf, wobei die zweite Stellung einen größeren Volumenstrom des Hydraulikfluids steuert als die erste Stellung. So kann das Ventil in einer Ausführungsform eine erste Stellung "gesperrt" und eine zweite Stellung "Durchfluss" aufweisen. Das hydraulische Ventil wird durch hydraulische Aktuatoren gesteuert. Es kann von einem ersten hydraulischen Aktuator in die erste Stellung und von einem zweiten hydraulischen Aktuator in die zweite Stellung bewegbar sein. Dabei führt eine erste Steuerleitung zu dem ersten hydraulischen Aktuator und eine zweite Steuerleitung zu dem zweiten hydraulischen Aktuator.
  • In der Hauptleitung ist in Reihe zu der Hydromaschine ein hydraulischer Widerstand angeordnet Die Reihenfolge der Anordnung spielt eine untergeordnete Rolle; so kann entweder die Hydromaschine oder der hydraulische Widerstand näher an der Senke angeordnet sein. Die erste Steuerleitung ist an der Hauptleitung, beispielsweise zwischen dem hydraulischen Widerstand und der Senke, angeschlossen, und die zweite Steuerleitung ist zwischen dem hydraulischen Widerstand und der ersten Kolbenkammer angeschlossen. Wenn die erste Kolbenkammer schnell entleert werden soll, dann saugt die Hydromaschine zunächst das Hydraulikfluid über die Hauptleitung aus der ersten Kolbenkammer. Zur Verdeutlichung sei angenommen, dass der Volumenstrom in der Hauptleitung allmählich erhöht wird. Bei einem vordefinierten Volumenstrom entsteht, abhängig von dem Volumenstrom, ein erhöhter Druck in der zweiten Steuerleitung, die zwischen dem hydraulischen Widerstand und der ersten Kolbenkammer angeschlossen ist Durch diesen erhöhten Druck bewegt der zweite hydraulische Aktuator das Ventil in die zweite Stellung. In einer Ausführungsform kann das Ventil dadurch von einer ersten Stellung "gesperrt" in eine zweite Stellung "Durchfluss" bewegt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Stellung "gesperrt" die Ruhestellung des Ventils sein, in welcher das Ventil, z.B. mittels einer Ventilfeder, anfangs festgehalten wird. In diesem Fall muss durch den Druck am zweiten hydraulischen Aktuator mindestens die Gegenkraft der Feder überwunden werden.
  • Dadurch, dass das Ventil - mittels des zweiten hydraulischen Aktuators - in die zweite Stellung bewegt wurde, erhöht sich der Volumenstrom in der Nebenleitung. In einer Ausführungsform, bei der das Ventil von einer ersten Stellung "gesperrt" in eine zweite Stellung "Durchfluss" bewegt wird, wird der Volumenstrom aus der ersten Kolbenkammer geradezu sprunghaft gesteigert. Durch diesen sehr schnellen Abfluss der Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinder schaltet der Stellantrieb einen hydraulischen Pfad frei, der den Zu- oder Abfluss, beispielsweise der Hydraulik einer Gasturbine oder Druckgussmaschine, sehr schnell sperrt. Dieser Effekt kann bei einigen Ausführungsformen noch dadurch verstärkt werden, dass in oder an dem Zylinder ein Energiespeicher angeordnet ist, z.B. in Form einer Feder. Diese beschleunigt sowohl den gesteuerten Zu- oder Abfluss als auch die Entleerung der ersten Kolbenkammer.
  • Es ist im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn eine entsprechend abgeänderte Anordnung nicht zum schnellen Entleeren, sondern zur schnellen Befüllung der ersten Kolbenkammer verwendet wird. Ebenso ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn eine entsprechend abgeänderte Anordnung nicht zum schnellen Öffnen des Ventils, sondern zu schnellen Schließen des Ventils verwendet wird.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Steuerleitung zwischen dem hydraulischen Widerstand und der Hydromaschine angeschlossen. Dabei ist hydraulische Widerstand also zwischen der Hydromaschine und der ersten Kolbenkammer angeordnet. Diese Ausführungsform wird bevorzugt für Stellantriebe gewählt, bei denen die Hydromaschine nur über einen druckfesten Anschluss verfügt. Der hydraulische Widerstand fungiert dabei also auch als Instrument zur Druckminderung.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Steuerleitung zwischen der Hydromaschine und der ersten Kolbenkammer angeschlossen. Diese Ausführungsform wird bevorzugt für Stellantriebe gewählt, bei denen die Hydromaschine über zwei druckfeste Anschlüsse verfügt.
  • In einer Ausführungsform ist der hydraulische Widerstand ein Blendenventil. Ein Blendenventil ist ein in der Hydraulik gut eingeführtes, robustes und einfach zu handhabendes Bauteil. Es ist in verschiedenen Ausführungsformen lieferbar und kann so gut an die Erfordernisse angepasst werden, insbesondere kann damit der vordefinierte Volumenstrom, der das Schalten des Ventils auslöst recht genau bestimmt werden. In manchen Ausführungsformen kann das Blendenventil auch variabel ausgestaltet sein.
  • In einer Ausführungsform ist der hydraulische Widerstand in die Hydromaschine integriert Dies ermöglich insbesondere eine besonders kompakte Bauweise des Stellantriebs. Bei manchen Ausführungsformen kann der hydraulische Widerstand bereits durch die Bauweise der Hydromaschine realisiert sein - z.B. wenn ein Innenwiderstand realisiert ist -, so dass kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist
  • In einer Ausführungsform weist die Senke zusätzlich zu der zweiten Kolbenkammer des Gleichgangzylinders ein Reservoir auf.
  • In einer Ausführungsform ist das Reservoir vorgespannt und insbesondere als Druckspeicher ausgeführt Dies sorgt für eine besonders kompakte Ausführung des Stellantriebs und spart Energie bei der Auffüllung der ersten Kolbenkammer.
  • In einer Ausführungsform ist das Ventil ein Wegeventil, wobei die erste Stellung "gesperrt" und die zweite Stellung "Durchfluss" ist. Beispielsweise kann das Ventil als 2/2-Wegeventil realisiert sein.
  • In einer Ausführungsform weist das Ventil mehrere Stellungen mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten auf. Dies ist vorteilhaft, wenn der Stellantrieb eine komplexere Steuerung realisieren soll, die z.B. eine schnelle, aber dennoch weiche Steuerung des hydraulischen Zu- oder Abflusses des gesteuerten Gerätes.
  • In einer Ausführungsform kann das Ventil stufenlos zwischen mehreren Stellungen mit jeweils unterschiedlichem Volumenstrom des Hydraulikfluids schalten. Dabei kann "stufenlos" auch "sehr kleine Stufen" bedeuten. Auch dies ist eine vorteilhafte Möglichkeit, komplexere Steuerungen zu realisieren.
  • In einer Ausführungsform hat das Ventil die Stellung "gesperrt" als Ruhestellung, in der es, insbesondere durch eine Feder, gehalten wird. Damit wird zum einen die versehentliche Ansteuerung, z.B. die versehentliche Öffnung, des Ventils weitgehend verhindert Außerdem kann durch Wahl der Feder - insbesondere in Kombination mit einem definierten Blendenventil - der Schaltdruck des Ventils genau einstellt werden.
  • In einer Ausführungsform weist der Zylinder weiterhin einen Energiespeicher auf und/oder ist mit einem Energiespeicher verbunden. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Feder sein. Diese kann in der zweiten Kolbenkammer oder vor der ersten Kolbenkammer angeordnet sein. Mit einem derartigen Energiespeicher wird die Reaktionsgeschwindigkeit des Stellantriebs deutlich erhöht
  • In einer Ausführungsform ist in der Nebenleitung ein weiterer hydraulischer Widerstand, insbesondere ein Blendenventil, angeordnet. Dies sorgt für einen definierten maximalen Volumenstrom, wenn aus der ersten Kolbenkammer die Hydraulikflüssigkeit schnell abgelassen wird, d.h. insbesondere wenn sich das Ventil - zumindest für einige Ausführungsformen - in der zweiten Stellung "Durchfluss" befindet.
  • In einer Ausführungsform ist ein Rückschlagventil parallel zu dem hydraulischen Widerstand angeordnet Dadurch kann die erste Kolbenkammer schneller befüllt werden, weil die Füllmenge nicht mehr ausschließlich durch den hydraulischen Widerstand begrenzt wird.
  • Ein erfindungsgemäßes elektro-hydrostatischer Antrieb wird für Dampfturbinen, Gasturbinen, Druckgussmaschinen oder Kunststoff-Spritzgussmaschinen verwendet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines verschiedener Ausführungsformen erläutert, wobei daraufhingewiesen wird, dass durch dieses Beispiel Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen, wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben, mit umfasst sind. Darüber hinaus stellt dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel keine Beschränkung der Erfindung, welche durch die Ansprüche definiert wird.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1: Ein Schaltbild eines nicht erfindungsgemäßen Stellantriebs;
    • Fig. 2: Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs;
    • Fig. 3: Eine Variante eines nicht erfindungsgemäßen Stellantriebs.
  • Fig. 1 zeigt einen Zylinder 200, dessen Kolbenstange 230 an einem Ende einen Aktuator, nämlich einen Verschluss 290, aufweist, wie er insbesondere für Dampfturbinen, Gasturbinen, Druckgussmaschinen oder Kunststoff-Spritzgussmaschinen verwendet wird. Der Verschluss 290 steuert die Öffnung einer Leitung oder Passage 420 in einem der genannten Geräte, die von einer weiteren Leitung oder Passage 410 abzweigt. In manchen Betriebsmodi soll die Öffnung zur Passage 420 sehr schnell geschlossen werden. In der gezeigten Ausführungsform geschieht das dadurch, dass die erste Kolbenkammer 220 sehr schnell geleert und die Feder 250 sehr schnell entspannt wird. Die Feder 250 ist in dieser Ausführungsform innerhalb der zweite Kolbenkammer 240 angeordnet. Die Feder 250 fungiert als Energiespeicher. Die zweite Kolbenkammer 240 kann offen sein. Wenn die erste Kolbenkammer 220 sehr schnell geleert werden soll, dann pumpt die Hydromaschine oder Pumpe 50 zunächst über die Druckleitungen 130 (die einen Teil der Druckleitung 110 mitverwendet) und 160 Hydraulikfluid aus der ersten Kolbenkammer 220. Das 2/2-Wegeventil 100 ist dabei zunächst in der Stellung "gesperrt". Dies ist die Ruhestellung des Ventils 100 und wird in dieser Ausführungsform durch eine Ventilfeder 108 gewährleistet. Der Volumenstrom, der dadurch in der Druckleitung 130 entsteht, bewirkt eine Druckdifferenz zwischen einer ersten und einer zweiten Seite des Blendenventils 180, d.h. es entsteht ein höherer Druck auf der Seite des Blendenventils 180, die in Richtung der ersten Kolbenkammer 220 weist. Es entsteht folglich auch ein höherer Druck in der Druckleitung 140, die den Aktuator 102 steuert Der Druck ist dabei proportional zu dem Volumenstrom, den die Pumpe 50 erzeugt Wenn die Pumpe 50 einen vordefinierten Volumenstrom überschreitet, dann ist der Druck in der Leitung 140 so hoch, dass die Kraft der Ventilfeder 108 überwunden wird und der Aktuator 102 das Ventil 100 in die Stellung "Durchfluss" schaltet. Dies öffnet die Nebenleitungen 110 und 120, welche einen deutlich größeren Innendurchmesser aufweisen als die Druckleitungen 130 und 160. Dadurch kann das Hydraulikfluid sehr schnell aus der ersten Kolbenkammer 220 abfließen. In dieser Ausführungsform fließt das Hydraulikfluid in das Reservoir 190, das als Druckkammer ausgelegt sein kann. Das geschlossene System ermöglich vorteilhafterweise eine sehr kompakte Bauform und benötigt ein signifikant geringeres Volumen des Hydraulikfluids als im Stand der Technik.
  • Das Ventil 100 wird entweder durch die Ventilfeder 108 geschlossen, wenn der Volumenstrom ein vordefiniertes Maß unterschreitet. Oder das Ventil 100 wird mittels der Hydromaschine 50 geschlossen, wenn die Hydromaschine 50 das Hydraulikfluid von dem Reservoir 190, über die Leitungen 160 und 130, in erste Kolbenkammer 220 pumpt Dadurch entsteht ein höherer Druck am Aktuator 104, der das Ventil 100 in die Stellung "gesperrt" schaltet. Die Pumpe 50 ist vorzugsweise als eine von einem Elektromotor 60 angetriebene volumen- und/oder drehzahlvariable Hydromaschine 50 realisiert.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs. Die Grundfunktion ist dabei dieselbe wie für Fig. 1 erläutert. Auch bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente wie bei Fig. 1 . Fig. 2 weist aber weitere Elemente auf, die für bestimmte Einsatzszenarien vorteilhaft sind. So zeigt Fig. 2 eine Druckleitung 330, welche das Reservoir 190 und den zweiten Pumpenanschluss 52 mit der zweiten Kolbenkammer 240 verbindet. In einigen Ausführungsformen kann dabei auf die Feder 250 verzichtet werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Reservoir 190 kleiner gestaltet werden kann, weil die zweite Kolbenkammer 240 einen Teil des aus der ersten Kolbenkammer 220 abfließenden Hydraulikfluids aufnehmen kann.
  • Weiterhin zeigt Fig. 2 ein Rückschlagventil 360 in der Druckleitung 310, das sich öffnet, wenn die erste Kolbenkammer 220 mit dem Hydraulikfluid befüllt wird. Das Rückschlagventil 360 ist parallel zu dem Blendenventil 180 angeordnet. Mit dem Rückschlagventil 360 wird also das Blendenventil 180 umgangen, so dass eine schnellere Befüllung der ersten Kolbenkammer 220 möglich wird.
  • Fig. 2 zeigt außerdem ein Rückschlagventil 370, das parallel zu der Hydromaschine 50 angeordnet ist Das Rückschlagventil 370 öffnet sich, wenn die erste Kolbenkammer 220 entleert wird. Weil dabei der größte Teil des Hydraulikfluids über die Leitungen 110 und 120 fließt, kann die Pumpe 50 eine Unterversorgung mit Hydraulikfluid aufweisen. Bei manchen Typen von Pumpen kann dies zu einer Beschädigung der Pumpe führen. Um dies zu vermeiden, wird über das Rückschlagventil 370 Hydraulikfluid von der Leitung 120 in die Pumpe 50 geleitet
  • Bei Fig. 2 ist in der Leitung 120 ein Blendenventil 170 angeordnet Es ist auch möglich, das Blendenventil 170 in Leitung 110 anzuordnen, vorzugsweise hydraulisch in der Nähe des Ventils 100. Dadurch ist das maximale Volumenstrom durch die Leitungen 110 und 120 nicht durch den Querschnitt dieser Leitungen bestimmt, sondern kann wesentlich präziser durch die Dimensionierung des Blendenventils 170 bestimmt werden.
  • In dem Zylinder 200 ist in der ersten Kolbenkammer 220 - im Bereich des Endes, das der Feder 250 gegenüberliegt - eine Endlagendämpfung 270 angeordnet. Wenn der Energiespeicher, wie in dieser Ausführungsform, als Feder 250 ausgeführt ist, kann der Kolben des Zylinders sehr hart auf die Innenwand des Zylinders auftreffen und so, zumindest mittelfristig, eine Schädigung des Zylinders verursachen. Dies wird mit der gezeigten Endlagendämpfung 270 vermieden.
  • Fig. 3 zeigt eine Variante eines nicht erfindungsgemäßen Stellantriebs. Wie bei Fig. 1 weist das Ventil 100 die Ruhestellung "gesperrt" auf. Wird die erste Kolbenkammer 220 entleert, dann baut sich, ab einem vordefinierten Volumenstrom, vor dem Blendenventil 180 in der Leitung 150 ein Druck auf, der so hoch ist, dass die Kraft der Ventilfeder 108 überwunden wird und der Aktuator 104 das Ventil 100 in die Stellung "Durchfluss" schaltet
    • Liste der Bezugszeichen
    • 10
    hydraulisches System
    50
    Hydromaschine, Pumpe
    51
    erster Pumpenanschluss
    52
    zweiter Pumpenanschluss
    60
    Motor
    100
    Ventil, 2/2-Wegeventil
    102
    erster Ventilaktuator
    104
    zweiter Ventilaktuator
    108
    Ventilfeder
    110, 120
    Druckleitung, Nebenleitung
    130, 160
    Druckleitung, Hauptleitung
    140, 150
    Druckleitung, Steuerleitung
    170
    weiteres Blendenventil
    180
    Blendenventil
    190
    Reservoir
    200
    Zylinder
    210
    Kolben des Zylinders
    220
    erste Kolbenkammer
    230
    Kolbenstange
    240
    zweite Kolbenkammer
    250
    Feder
    270
    Endlagendämpfung
    290
    Verschluss
    310
    Druckleitung
    320
    Druckleitung
    330
    Druckleitung
    360
    Rückschlagventil
    370
    Rückschlagventil
    410, 420
    Leitung, Passage des gesteuerten Gerätes

Claims (15)

  1. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) für einen Stellantrieb, mit
    einervon einem Elektromotor (60) angetriebenen volumen- und/oder drehzahl-variablen Hydromaschine (50), zur Bereitstellung eines Volumenstroms eines Hydraulikfluids,
    einem Zylinder (200) mit einem Kolben (210), einer Kolbenstange (230) und einer ersten Kolbenkammer (220),
    einem Ventil (100) mit einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung, das von einem ersten hydraulischen Aktuator in die erste Stellung und von einem zweiten hydraulischen Aktuator in die zweite Stellung bewegbar ist, wobei die zweite Stellung einen größeren Volumenstrom des Hydraulikfluids steuert als die erste Stellung,
    einer Senke,
    einer Hauptleitung (130, 160), welche eine erste Kolbenkammer (220) des Zylinders (200) mit der Senke verbindet und in der die Hydromaschine (50) angeordnet ist,
    einer Nebenleitung (110, 120), welche die erste Kolbenkammer (220) mit der Senke verbindet und in der das Ventil (100) angeordnet ist,
    einer ersten Steuerleitung (140) zu dem ersten hydraulischen Aktuator, und einer zweiten Steuerleitung (150) zu dem zweiten hydraulischen Aktuator,
    wobei in der Hauptleitung (130, 160) in Reihe zu der Hydromaschine (50) ein hydraulischer Widerstand (180) angeordnet ist,
    wobei die erste Steuerleitung (140) an der Hauptleitung (130, 160) angeschlossen ist, und
    wobei die zweite Steuerleitung (150) zwischen dem hydraulischen Widerstand (180) und der ersten Kolbenkammer (220) angeschlossen ist
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Senke die zweite Kolbenkammer (240) des Zylinders (200) ist, wobei der Zylinder (200) ein Gleichgangzylinder ist.
  2. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerleitung (140) zwischen dem hydraulischen Widerstand (180) und der Hydromaschine (50) angeschlossen ist.
  3. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerleitung (140) zwischen der Hydromaschine (50) und der ersten Kolbenkammer (220) angeschlossen ist.
  4. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand (180) ein Blendenventil ist.
  5. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Senke zusätzlich zu der zweiten Kolbenkammer (240) des Gleichgangzylinders (200) ein Reservoir (190) aufweist.
  6. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (190) vorgespannt und insbesondere als Druckspeicher ausgeführt ist.
  7. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Ventil (100) ein Wegeventil ist, wobei die erste Stellung "gesperrt" und die zweite Stellung "Durchfluss" ist.
  8. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (100) mehrere Stellungen mit jeweils unterschiedlichen Querschnitten aufweist.
  9. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (100) stufenlos zwischen mehreren Stellungen mit jeweils unterschiedlichem Volumenstrom des Hydraulikfluids schalten kann.
  10. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Ventil (100) die erste Stellung "gesperrt" als Ruhestellung hat, in der es, insbesondere durch eine Feder, gehalten wird.
  11. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zylinder (200) weiterhin einen Energiespeicher (250) aufweist.
  12. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (250) eine Feder ist, welche in der zweiten Kolbenkammer (230) oder vor der ersten Kolbenkammer (240) angeordnet ist.
  13. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Nebenleitung (110,120) ein weiteres Blendenventil (170) angeordnet ist.
  14. Elektro-hydrostatischer Antrieb (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Rückschlagventil (360) parallel zu dem hydraulischen Widerstand (180) angeordnet ist.
  15. Verwendung eines elektro-hydrostatischen Antriebs (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche für Dampfturbinen, Gasturbinen, Druckgussmaschinen oder Kunststoff-Spritzgussmaschinen.
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