EP3837446A1 - Elektrohydrostatisches aktuatorsystem mit nachsaugbehälter - Google Patents

Elektrohydrostatisches aktuatorsystem mit nachsaugbehälter

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EP3837446A1
EP3837446A1 EP19753311.0A EP19753311A EP3837446A1 EP 3837446 A1 EP3837446 A1 EP 3837446A1 EP 19753311 A EP19753311 A EP 19753311A EP 3837446 A1 EP3837446 A1 EP 3837446A1
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EP
European Patent Office
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actuator system
valve
hydraulic fluid
bar
pump
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EP19753311.0A
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English (en)
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Sascha DANY
Reiner Kohlhaas
Achim Helbig
Werner Händle
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Moog GmbH
Original Assignee
Moog GmbH
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Publication date
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    • F15B2211/785—Compensation of the difference in flow rate in closed fluid circuits using differential actuators

Definitions

  • Electrohydrostatic actuator system with suction tank
  • the present invention relates to an electrohydrostatic actuator system, and in particular to an electrohydrostatic actuator system which has a suction tank.
  • Electrohydrostatic actuator systems are known in the prior art and are mainly used for injection molding machines, presses and deep-drawing devices. Actuator systems from the prior art usually have at least one cylinder with unequal area ratios. This inequality leads to a volume difference in the flow of the hydraulic fluid in the system, which is neither advantageous for the movement sequence nor for the maintenance of the system.
  • the pressure accumulators usually used in such systems maintain the pressure in the system, but their ability to compensate for a volume difference is at least partially limited by the usually small storage volume and generally lead to an increase or decrease in pressure.
  • Embodiments and modifications are the subject of the dependent claims.
  • a method according to the invention for using the system according to the invention is specified in claim 19.
  • the electrohydrostatic actuator system comprises: a volume and / or speed variable driven by an electric motor
  • Hydro machine for providing a volume flow of a hydraulic fluid; on Differential cylinder with one piston side and one ring side, as well as at least one preload source.
  • the actuator system has a closed hydraulic circuit, the hydraulic fluid in the hydraulic circuit being pressurized during operation by means of the hydraulic machine and / or the preload source.
  • Differential cylinder according to the invention the operating modes of a power gear and a rapid gear ready.
  • Differential cylinder connected via a valve.
  • the actuator system according to the invention is referred to as an electrohydrostatic actuator system since it has both an electric motor and a hydraulic machine
  • Providing a volume flow of a hydraulic fluid and the cylinder is coupled to the hydraulic machine via a hydrostatic transmission.
  • Electric motors are known in the prior art and serve to drive the hydraulic machine.
  • the hydraulic machine is variable in volume and / or speed and can preferably operate in two possible directions of flow of the hydraulic fluid in the closed mode
  • the hydraulic machine can also have either a variable-speed electric motor and a constant pump or a constant-speed electric motor and a variable displacement pump or a variable-speed electric motor and a variable displacement pump.
  • the selection of the hydraulic machine is dependent on factors such as - e.g. - System cost, reliability, or approved noise emissions or efficiency determined.
  • the actuator system also has a differential cylinder, which comprises an annular side and a piston side, as well as an annular surface and a piston surface.
  • a differential cylinder is understood to mean a hydraulic cylinder in which the cylinder surfaces on the front and rear of the piston differ.
  • the side with the smaller cylinder surface is referred to as the rod side because a piston rod is arranged on this side.
  • the cylinder surface on the rod side is called the ring surface.
  • the differential cylinder is the so-called piston side. There is either no piston rod on the piston side or a piston rod with a smaller diameter than on the rod side.
  • the cylinder surface on the piston side is called the piston surface.
  • the differential cylinder provides the operating modes of a power gear and rapid gear.
  • the drive system provides movement of the cylinder, i.e. of the differential cylinder, ready in a first direction, e.g. B. in the direction of the workpiece to be machined. This is achieved by means of a volume flow from the hydraulic machine or in or out of the suction tank.
  • the bias source provides a bias for the
  • the drive system provides movement of the cylinder in a second direction, e.g. in the opposite direction to the first aforementioned direction. This is also achieved by means of a volume flow of the hydraulic machine and a volume flow into or out of the suction tank.
  • An electro-hydrostatic system according to the invention provides at least that
  • the differential cylinder can be implemented as one cylinder or as a plurality of cylinders that work in parallel. These additional cylinders can possibly have a different sequence of movements than that
  • electro-hydrostatic system according to the invention and part of the closed hydraulic circuit.
  • the large piston surface acts in the power path, i.e. high power at comparatively low low speed.
  • the ring surface which is smaller than the piston surface, acts in rapid traverse, i.e. low force, at high speed.
  • the actuator system according to the invention has a biasing source.
  • This can additionally have a memory for buffering the prestressing pressure, this memory generally having a smaller volume than the suction tank.
  • the hydraulic fluid provided from the preload source is at a pressure between 5 bar and 50 bar, in particular between 10 bar and 40 bar, preferably between 15 bar and 35 bar, particularly preferably between 20 bar and 30 bar biased.
  • An increased pressure of the hydraulic fluid is necessary in particular in the power gear operating mode; wherein the hydraulic fluid is applied by means of the hydraulic machine.
  • the biasing source provides the necessary fluid for compression.
  • the hydraulic machine is on both pump connections, ie on the connection in the direction of the piston side of the differential cylinder and on the connection in the direction of the ring side of the
  • Differential cylinder can be pressurized.
  • pressure in the pressure accumulator means the pressure of the hydraulic fluid in the respective devices.
  • volume means a low volume of hydraulic fluid in the pressure accumulator.
  • the biasing source is hydraulically connected to the hydraulic machine and the ring side of the differential cylinder via a valve.
  • the valve can be a non-return valve which feeds hydraulic fluid that is preloaded at a threshold pressure from the preload source into the system.
  • the biasing source can in particular also comprise a pressure accumulator and / or an additional pump.
  • valve in particular a proportional valve, at the connection between the biasing source and the
  • Differential cylinder and the suction tank arranged.
  • the piston side and the ring side have different volumes or areas. For example, when the cylinder is pushed toward the tool, the hydraulic fluid flows from the ring side of the differential cylinder via the hydraulic machine into the piston side of the differential cylinder. Since the ring side has a smaller volume than the piston side, additional hydraulic fluid volume is necessary around the
  • the biasing source generally has a small volume of hydraulic fluid; this is
  • a suction tank is integrated into the system.
  • the suction tank is hydraulically connected directly to the piston side of the differential cylinder and preferably by means of a check valve.
  • the check valve opens e.g. as soon as there is a vacuum on the piston side of the differential cylinder in relation to the suction tank. This provides a flow from the suction tank into the piston side, which compensates for the difference in volume.
  • the suction tank is prestressed at a lower pressure, preferably and according to a further embodiment according to the invention with a pressure of less than 5 bar, in particular less than 4 bar, preferably less than 3 bar, particularly preferably less than 2 bar, and particularly preferably less than 1 bar. This enables the check valve to only open when the pressure in the piston side is actually too low and the volume difference has to be compensated for.
  • the suction tank can be separated from false air or a protective gas can be applied, oxidation of the hydraulic fluid is reduced.
  • the hydraulic fluid in the suction tank essentially knows the ambient pressure and / or is arranged above the piston side of the differential cylinder.
  • Differential cylinder can be arranged, then a volume flow from
  • the suction container has a volume that is equal to or greater than the volume difference of the closed system in a force end position and an upper end position of the
  • the Nachsaugbc dockcr is hydraulically connected to the piston side of the differential cylinder via a valve.
  • the valve can be a controlled check valve, and in particular an unlockable check valve.
  • the valve can be an unlockable check valve, which can be unlocked by means of a control circuit and a directional valve.
  • valve is a controlled 2-way valve with a flow position and check function or an electrically controlled 3-way valve with a flow position, a blocking division and check function.
  • suction tank and the piston side of the differential cylinder are particularly advantageous for rapid traverse in order to keep the valve actively open, or also for
  • the system is decompressed between the force mode and the rapid mode. After machining the workpiece with increased pressure, it must be relaxed for the first time before the cylinder can be moved in rapid traverse; this is done by decompression of the hydraulic fluid in the system.
  • check valve between the suction tank and the piston side of the cylinder is controllable, or if the check valve is embedded in a 2-way valve that has a flow position, it can be opened during decompression, so that the pressure in the system relaxes and a volume flow from the Piston side of the differential cylinder can be done back in the suction tank.
  • the pressure level of the suction tank is independent of the preload of the pump.
  • the lack of oil volume in the system is compensated for by the suction tank, which is required in the event of fluctuating temperatures in the system and / or when the smaller cylinder area is compressed and generally during the process. Furthermore, the formation of cavitations at least partially prevented.
  • Hydromachine arranged a further valve, which has a flow position and a blocking position.
  • the pump inlet is connected to the suction tank via a line, while the pump outlet is integrated into the circuit via a further line with a valve or check valve.
  • the suction tank is hydraulically connected to two lines.
  • One line connects the suction tank to the piston side of the differential cylinder, while the other line hydraulically connects the suction tank to a section between the hydraulic machine and the ring side of the differential cylinder.
  • a further pump is arranged in accordance with this embodiment of the invention, which at the same time takes over the function of the preload source, i.e. the pump applies sufficient pressure to the hydraulic fluid to preload the hydraulic machine.
  • the hydraulic fluid is in this case
  • Embodiment taken directly from the suction tank.
  • the closed system has a device for cleaning the hydraulic fluid.
  • the device is preferably arranged between the suction tank and a pump inlet of the pump or between a pump outlet of the pump and a check valve.
  • a volume flow of hydraulic fluid is thus by the additional pump the suction tank through the additional line and, according to a further embodiment of the invention, provided by a cleaning device.
  • Filtering devices, cooling devices and venting devices for filtering, cooling or venting the hydraulic fluid contained in the container are further advantageous.
  • the flow can be provided, for example, in the suction tank by a further circuit. It is advantageous in the embodiment described above that both cleaning and pressurization take place through a further line, which results in energy, material and cost savings.
  • the contaminated hydraulic fluid is passed, for example, during decompression into the suction tank, from where it can be cleaned and fed back into the circuit through this additional line.
  • the valve which is arranged between the piston side and the suction tank, can be opened according to further embodiments according to the invention.
  • hydraulic fluid flows from the piston side of the differential cylinder in the suction tank.
  • This hydraulic fluid contains dirt and is usually very warm due to the friction, which is why filtering and cooling this fluid is also advantageous for the maintenance of the entire system.
  • the system according to the invention is not limited to a single differential cylinder, and in further embodiments according to the invention can also have a plurality of differential cylinders which work with one another or independently of one another, but are arranged in the same system.
  • the system according to the invention in any of its embodiments can be embedded, in particular, in a method according to the invention, in which when the actuator system extends in rapid traverse, the suction tank to compensate for a volume of hydraulic fluid in the closed system, hydraulic fluid conveys into the piston side of the differential cylinder.
  • the entire system according to the invention, as well as the method according to the invention for operating the system are according to the invention for use in a
  • Hydraulic press a deep-drawing device, an injection molding device or
  • Fig. 3 a schematic representation of another invention
  • Fig. 4 a schematic representation of another invention
  • Embodiment of the system with a cleaning device Embodiment of the system with a cleaning device
  • Fig. 5 a schematic representation of another invention
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of an inventive
  • Actuator system 1 The system comprises a differential cylinder 20 which has a piston side 22a and an annular side 22b.
  • the piston side 22a is hydraulically connected to the ring side 22b of the differential cylinder 20 by means of a line 71 and a line 72.
  • a volume and / or speed-variable hydraulic machine 11 driven by an electric motor 10 is arranged, in which it is exemplary
  • Embodiment according to the invention the hydraulic machine is a pump 11.
  • the line 71 thus connects the piston chamber 22a of the differential cylinder 20 to a connection of the pump 11 and the line 72 connects the ring side 22b of the differential cylinder to the other connection of the pump 11.
  • a 2-way valve 80 is also connected, which is a flow position and has a locking division. This valve 80 serves as a safety valve and prevents, among other things. the falling of the piston in the event of a defect in the actuator system 1 or in
  • valve 80 is switched to flow.
  • the pump 11 can rotate in both directions of rotation according to the arrow shown and thus either provide a volume flow of hydraulic fluid in the direction of the piston side 22a or in the direction of the ring side 22b of the differential cylinder 20.
  • a biasing source 60 which can include a pressure accumulator 30 and a source 65, is also connected to the line 72 via a check valve 70.
  • the hydraulic fluid in the pressure accumulator 30 has a pressure which is preferably higher than the ambient pressure. In the event of a pressure loss in the system 1, the necessary pressure from the pressure accumulator 30 or from the biasing source 60 is via the
  • the source 65 provides the actual pressure in the pressure accumulator 30, while the pressure accumulator generally has the function of a memory for balancing the volume.
  • FIG. 1 The position of the valves in the description of FIG. 1 is only to be understood as an example, since this figure serves the individual devices and their connection to describe, and not about operating modes or the position of the valves in
  • FIG. 2a shows the exemplary embodiment according to the invention of the system from FIG. 1 in the rapid downward operating state. Most of the elements used and the reference numerals are the same as in FIG. 1
  • This operating state is caused when the piston of the differential cylinder is to be brought down quickly in the direction of the tool.
  • the pump 11 operates such that a flow of hydraulic fluid from the ring side 22a of the
  • Differential cylinder 20 is provided in the direction of the piston side 22a of the differential cylinder.
  • the safety valve 80 is set to flow.
  • the volume of the ring side 22a of the differential cylinder 20 is smaller than the volume of the piston side 22a of the differential cylinder 20.
  • the directional control valve 48 is set such that the check valve 40 between the suction tank 50 and the piston side 22a is opened and hydraulic fluid flows from the suction tank into the piston side.
  • the differential cylinder 20 is moved according to the direction of the dashed arrow.
  • FIG. 2b shows the exemplary embodiment according to the invention of the system from FIG. 1 in the “downward” power mode. Most of the elements used and the reference numerals are the same as in FIG. 1.
  • the required increased pressure in the hydraulic fluid is determined by the
  • the pump 11 operates, as in FIG. 2a, by providing a hydraulic fluid flow from the ring side 22b of the differential cylinder 20 into the piston side 22a of the differential cylinder 20.
  • Volume flow is supplemented from the pressure accumulator 30 or biasing source 60.
  • the check valve 48 remains closed and there is no flow from or into the suction tank 50.
  • Decompression can include according to two different exemplary
  • Embodiments take place.
  • FIG. 2c shows an exemplary embodiment of the system according to the invention during decompression.
  • the directional control valve 48 is from the position of the
  • FIG. 2d An alternative type of decompression is shown in Figure 2d.
  • the system from FIG. 2b has a controlled 2-way valve 75, which is arranged between the pressure accumulator 30 and the line 72.
  • the 2-way valve 75 is used as
  • the recovered energy can be reused according to the needs of system 1, for example for the hydraulic machine.
  • Differential cylinder can be moved upwards again.
  • the position of the valves and the volume flow of hydraulic fluid is shown in more detail in FIG. 2e. Most of the elements used and the reference numerals are the same as in the previous figures.
  • the pump 11 operates in the opposite direction to the rapid downward movement, so that a volume flow from the piston side 22a of the
  • Differential cylinder is provided in the ring side 22b of the differential cylinder 20.
  • the directional control valve 48 is switched to flow, whereby the volume difference of the hydraulic fluid in the direction of the arrow from the piston side 22a of the differential cylinder 20 into the
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the system 1 according to the invention. Most of the elements used are and
  • the suction tank 50 and the piston side 22a of the differential cylinder 20 are different in contrast to FIG. 1.
  • the check valve 40 is by means of a
  • Control circuit - comprising a 2-way valve 45 - controlled.
  • a line 44 connects the piston side 22a of the differential cylinder 20 to the check valve 40 via the 2-way valve.
  • the directional control valve 45 has a flow position and a position in which the excess pressure is decompressed from the upper part of the line 44 and escapes into a container.
  • the check valve 40 is thus opened depending on the pressure in the piston side 22a. So is the pressure in the piston side 22a
  • FIG. 4 shows a further exemplary, non-limiting embodiment of the system from FIG. 3.
  • the check valve 40 is controlled by means of the control circuit or the 2-way valve 45.
  • the pressure accumulator 30 from the previous figures in this exemplary embodiment according to the invention was replaced by a pump 65.
  • the pump 65 operates in one direction only, and accordingly has a pump inlet and a pump outlet.
  • the pump inlet is connected to the suction tank 50 by means of a line 62, while the pump outlet is connected to the line 72 by means of a line 63 via the check valve 70.
  • the pump 65 operates like the pressure accumulator 30 from the previous figures, in which it generates an overpressure which is used to pretension the system.
  • the hydraulic fluid used by the pump 65 is exemplary in this Embodiment removed from the suction tank via line 62.
  • Embodiment of the system 1 a cleaning device 90 for cleaning the hydraulic fluid, arranged between the suction tank 50 and the pump 65.
  • the hydraulic fluid that is sucked in by the pump 60 and correspondingly fed into the line 72 is cleaned beforehand and preferably also vented.
  • This embodiment is advantageous because a closed circuit is provided in which the suction tank 50 is used as a static device, for example for cooling the hydraulic fluid and the hydraulic fluid through the
  • Cleaning device 90 can be cleaned and fed back into the system instead of providing a further circuit which conveys and cleans the fluid in the suction tank, but cannot be reused immediately.
  • FIG. 5 shows a system 1 corresponding to the system described above, but with a different arrangement.
  • connection between the suction tank 50 and the piston side 22a of the differential cylinder 20 is by means of a through
  • Control valve 45 controlled check valve 40 guaranteed.
  • a line 72 connects the via a check valve 73
  • the pump 11 is connected to both the line 71 and the line 72.
  • the hydraulic fluid is preloaded by means of the preload source 60, the pump 65 providing the preload of the hydraulic fluid, similar to that in FIG.
  • Embodiment of Figure 4. This is a pump that can only work on one side.
  • Proportional pressure relief valve 85 is arranged on line 71, between the preload source 60 or the pump 65 and the piston side 22a.
  • the proportional valve 85 is preferably used to decompress the system 1, as in previous ones Embodiments has been explained.
  • a preload valve 68 is hydraulically connected to line 71 and hydraulically connected via line 75 and a check valve 69 to line 63 and also to a connection of hydraulic machine 11.

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Abstract

Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem umfassend: eine von einem Elektromotor angetriebenen volumen- und/oder drehzahl-variablen Hydromaschine, zur Bereitstellung eines Volumenstroms eines Hydraulikfluids; ein Differentialzylinder mit einer Kolbenseite und einer Ringseite, sowie wenigstens eine Vorspannquelle. Das Aktuatorsystem weist einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf auf, wobei im Betrieb mittels der Hydromaschine und/oder der Vorspannquelle das Hydraulikfluid im hydraulischen Kreislauf mit Druck beaufschlagt wird. Ferner stellt der Differentialzylinder erfindungsgemäß die Betriebsarten eines Kraftgangs und eines Eilgangs bereit. Zum Ausgleich eines Volumens des Hydraulikfluids im geschlossenen hydraulischen Kreislauf ist erfindungsgemäß ein Nachsaugbehälter mit der Kolbenseite des Differentialzylinders über ein Ventil verbunden.

Description

Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem mit Nachsaugbehäiter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydrostatisches Aktuatorsystem, und insbesondere ein elektrohydrostatisches Aktuatorsystem welches ein Nachsaugbehälter aufweist.
Elektrohydrostatische Aktuatorsysteme sind im Stand der Technik bekannt und werden hauptsächlich für Spritzgussmaschinen, Pressen und Tiefzieheinrichtungen eingesetzt. Üblicherweise weisen Aktuatorsysteme aus dem Stand der Technik mindestens einen Zylinder mit ungleichen Flächenverhältnisse auf. Diese Ungleichheit führt zu einer Volumendifferenz in der Strömung des Hydraulikfluids im System, was weder für den Bewegungsablauf noch für die Instandhaltung des Systems vorteilhaft ist.
Die üblicherweise in solchen Systemen verwendeten Druckspeicher halten den Druck im System aufrecht, jedoch ist deren Fähigkeit eine Volumendifferenz auszugleichen durch das üblicherweise kleine Speichervolumen zumindest teilweise beschränkt und führen in der Regel zu einem Druckanstieg oder Druckabfall .
Des weiteren erfolgt in herkömmliche Aktuatorsysteme die Kühlung und die Reinigung des Hydraulikfluids durch Leckagen und Spülung der Pumpe. Die Kühlung ist aufgrund des beschränkten Volumenstroms der an solchen Stellen zur Verfügung steht stark eingeschränkt, weswegen sowohl ein erhöhter Energieaufwand, als auch ein erhöhter Zeitaufwand notwendig sind, um eine Erhöhung der Kühlleistung bereitzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise zu überwinden oder zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Verwendung des erfindungsgemäßen Systems wird in Anspruch 19 spezifiziert.
Das erfindungsgemäße elektrohydrostatisches Aktuatorsystem umfasst dabei : eine von einem Elektromotor angetriebenen volumen- und/oder drehzahl-variablen
Hydromaschine, zur Bereitstellung eines Volumenstroms eines Hydraulikfluids; ein Differentialzylinder mit einer Kolbenseite und einer Ringseite, sowie wenigstens eine Vorspannquelle.
Dabei weist das Aktuatorsystem einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf auf wobei im Betrieb mittels der Hydromaschine und/oder der Vorspannquelle das Hydraulikfluid im hydraulischen Kreislauf mit Druck beaufschlagt wird. Ferner stellt der
Differentialzylinder erfindungsgemäß die Betriebsarten eines Kraftgangs und eines Eilgangs bereit.
Zum Ausgleich eines Volumens des Hydraulikfluids im geschlossenen hydraulischen Kreislauf ist erfindungsgemäß ein Nachsaugbehälter mit der Kolbenseite des
Differentialzylinders über ein Ventil verbunden.
Das erfindungsgemäße Aktuatorsystem wird als elektrohydrostatisches Aktuatorsystem bezeichnet, da es sowohl einen Elektromotor als auch eine Hydromaschine zur
Bereitstellung eines Volumenstroms eines Hydraulikfluid aufweist und der Zylinder über ein hydrostatisches Getriebe an die Hydromaschine gekoppelt ist.
Elektromotoren sind im Stand der Technik bekannt und dienen zum Antrieb der Hydromaschine.
Die Hydromaschine ist volumen- und/oder drehzahl-variabel und kann vorzugsweise im Betrieb zwei mögliche Flussrichtungen des Hydraulikfluids im geschlossenen
Hydraulikkreislauf bereitstellen. Die Hydromaschine kann ferner entweder einen drehzahl-variablen Elektromotor aufweisen und eine Konstantpumpe oder einen d rehzahl -konstanten Elektromotor und eine Verstellpumpe oder einen drehzahl- variablen Elektromotor und eine Verstellpumpe. Die Auswahl der Hydromaschine wird dabei von Faktoren wie - z.B. - System kosten, Zuverlässigkeit oder zugelassene Geräuschemission oder Wirkungsgrad bestimmt.
Der Aktuatorsystem weist weiterhin einen Differentialzyliner auf, welcher eine Ringseite und eine Kolbenseite, sowie einer Ringfläche und einer Kolbenfläche umfasst. Unter einem Differentialzylinder wird ein Hydraulikzylinder verstanden, bei dem sich die Zylinderflächen auf der Vorder- und Rückseite des Kolbens unterscheiden. Dabei wird die Seite mit der kleineren Zylinderfläche als Stangenseite bezeichnet, weil auf dieser Seite eine Kolbenstange angeordnet ist. Die Zylinderfläche auf der Stangenseite wird Ringfläche genannt. Die Seite mit der größeren Zylinderfläche eines
Differentialzylinders ist die sog. Kolbenseite. An der Kolbenseite ist entweder keine Kolbenstange angeordnet, oder eine Kolbenstange mit einem kleineren Durchmesser als auf der Stangenseite. Die Zylinderfläche auf der Kolbenseite wird Kolbenfläche genannt.
Erfindungsgemäß stellt der Differentialzylinder die Betriebsarten eines Kraftgangs und Eilgangs bereit.
Das Antriebssystem stellt eine Bewegung des Zylinders, d.h. des Differentialzylinders, in eine erste Richtung bereit, z. B. in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück. Das wird erreicht mittels eines Volumenstroms aus der Hydromaschine bzw. in oder aus dem Nachsaugbehälter. Die Vorspannquelle sorgt für eine Vorspannung des
hydrostatischen Getriebes und stellt der Hydromaschine Fluid zur Kompression der Hydraulikflüssigkeit bereit. Dabei kann eine Steuerung und zusätzliche Bauteile - z. B. Ventile - den Volumenstrom entsprechend den geforderten Bewegungsabläufen koordinieren.
Weiterhin stellt das Antriebssystem eine Bewegung des Zylinders in einer zweiten Richtung bereit, z.B. in Gegenrichtung zur ersten vorgenannten Richtung. Auch dies wird mittels eines Volumenstroms der Hydromaschine und eines Volumenstroms in bzw. aus dem Nachsaugbehälter erreicht.
Ein erfindungsgemäßes elektro-hydrostatisches System stellt mindestens die
Betriebsarten eines Kraftgangs und eines Eilgangs bereit. Diese Betriebsarten werden mittels des Differentialzylinders bereitgestellt. Der Differentialzylinder kann als ein Zylinder oder als eine Vielzahl von Zylindern, die parallel arbeiten, realisiert sein. Diese zusätzlichen Zylinder können ggf. einen anderen Bewegungsablauf als der
Differentialzylinder (Hauptzylinder) aufweisen; sie sind jedoch Teil des
erfindungsgemäßen elektro-hydrostatischen Systems und Teil des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs.
Im Kraftgang wirkt die große Kolbenfläche, d.h. hohe Kraft bei vergleichsweise niedriger niedrige Geschwindigkeit. Im Eilgang wirkt die Ringfläche, welche kleiner als die Kolbenfläche ist, d.h. geringe Kraft, bei hoher Geschwindigkeit.
Des weiterem weißt das erfindungsgemäße Aktuatorsystem eine Vorspannquelle auf. Diese kann zusätzlich einen Speicher zur Pufferung des Vorspanndrucks aufweisen, wobei dieser Speicher im Allgemeinen ein kleineres Volumen als der Nachsaugbehälter aufweist. Das aus der Vorspannquelle bereitgestellte Hydraulikfluid wird mit einem Druck zwischen 5 bar und 50 bar, insbesondere zwischen 10 bar und 40 bar, bevorzugt zwischen 15 bar und 35 bar, besonders bevorzugt zwischen 20 bar und 30 bar vorgespannt.
Insbesondere bei der Betriebsart Kraftgang ist ein erhöhter Druck des Hydraulikfluids notwendig; wobei die Beaufschlagung des Hydraulikfluids mittels der Hydromaschine erfolgt. Die Vorspannquelle stellt dabei, das erforderliche Fluid zur Kompression bereit.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Hydromaschine auf beiden Pumpenanschlüssen, also auf dem Anschluss in Richtung der Kolbenseite des Differentialzylinders und auf dem Anschluss in Richtung der Ringseite des
Differentialzylinders mit Druck beaufschlagbar.
In der folgenden Beschreibung wird mit dem Begriff„Druck im Druckspeicher",„Druck in der Kolbenseite/Ringseite" oder Abwandlungen davon, der Druck des Hydraulikfluids in den jeweiligen Vorrichtungen bezeichnet. Gleiches gilt für den Begriff„Volumen", so dass beispielsweise mit„niedrigem Volumen im Druckspeicher", ein niedriges Volumen an Hydraulikfluid im Druckspeicher" gemeint ist.
Die Vorspannquelle ist dabei gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über ein Ventil, mit der Hydromaschine und der Ringseite des Differentialzylinders hydraulisch verbunden.
Insbesondere kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform das Ventil ein Rückschlagventil sein, welches bei einem Schwellendruck, vorgespanntes Hydraulikfluid von der Vorspannquelle in das System speist.
Durch die geeignete Auswahl eines Rückschlagventils und insbesondere durch die Wahl der Feder des Rückschlagventils, ist es möglich festzulegen ab welchem
Druckunterschied, zwischen dem Ein- und Ausgang des Ventils, sich das Ventil öffnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektro- hydrostatischen Systems kann die Vorspannquelle insbesondere auch ein Druckspeicher und/oder eine zusätzliche Pumpe umfassen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Ventil, insbesondere ein Proportionalventil an der Verbindung zwischen der Vorspannquelle und der
Kolbenseite des Differentialzylinders oder zwischen der Kolbenseite des
Differentialzylinders und dem Nachsaugbehälter angeordnet.
Da der Zylinder bei dem erfindungsgemäßen Aktuatorsystem ein Differentialzylinder ist, haben die Kolbenseite und die Ringseite verschiedenen Volumen, bzw. Flächen. Wenn der Zylinder beispielsweise in Richtung des Werkzeugs gedrückt wird, fließt das Hydraulikfluid aus der Ringseite des Differentialzylinders über die Hydromaschine in die Kolbenseite des Differentialzylinders. Da die Ringseite ein kleineres Volumen als die Kolbenseite aufweist, ist zusätzliches Hydraulikfluid olumen notwendig um die
Kolbenseite zu füllen und einen Druckausgleich bereitzustellen. Die Vorspannquelle weist im Allgemeinen ein kleines Volumen an Hydraulikfluid auf; dieses ist
üblicherweise zu klein um die Volumendifferenz zwischen der Kolbenseite und der Ringseite auszugleichen, da die Vorspannquelle hauptsächlich für die Vermeidung von Kavitationen der Hydromaschine verwendet wird und nicht für den vollständigen Volumenausgleich.
Erfindungsgemäß wird ein Nachsaugbehälter in das System integriert. Insbesondere ist der Nachsaugbehälter direkt mit der Kolbenseite des Differentialzylinders und vorzugsweise mittels eines Rückschlagventils mit dieser hydraulisch verbunden. Das Rückschlagventil öffnet z.B. sobald an der Kolbenseite des Differentialzylinders ein Unterdrück gegenüber dem Nachsaugbehälter besteht. Somit wird eine Strömung von dem Nachsaugbehälter in die Kolbenseite bereitgestellt, welche die Volumendifferenz ausgleicht.
Der Nachsaugbehälter ist mit einem geringeren Druck vorgespannt, vorzugsweise und gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Druck kleiner 5 bar, insbesondere kleiner 4 bar, bevorzugt kleiner 3 bar, besonders bevorzugt kleiner 2 bar, und besonders bevorzugt kleiner 1 bar. Dies ermöglicht, dass das Rückschlagventil sich nur dann öffnet, wenn der Druck in der Kolbenseite tatsächlich zu niedrig ist und die Volumendifferenz ausgeglichen werden muss.
Darüber hinaus kann so der Nachsaugehälter von Falschluft getrennt bzw. mit einem Schutzgas beaufschlagt werden, wodurch u.a. eine Oxidation des Hydraulikfluids reduziert wird.
Im Wesentlichen weißt das Hydraulikfluid im Nachsaugbehälter gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform den Umgebungsdruck auf und/oder ist oberhalb der Kolbenseite des Differentialzylinders angeordnet. Alternativ und auch
erfmdungsgemäß kann der Nachsaugbehälter unterhalb der Kolbenseite des
Differentialzylinders angeordnet sein, wobei dann ein Volumenstrom vom
Nachsaugbehälter in die Kolbenseite des Differentialzylinders aktiv, wie beispielsweise durch Nachsaugen, bereitgestellt werden muss und nicht durch Gravitation automatisch gewährleistet ist. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Nachsaugbehälter ein Volumen auf, das gleich oder größer ist als die Volumendifferenz des geschlossenen Systems in einer Kraftendlage und oberen Endlage des
Differentialzylinders.
Der Nachsaugbchältcr ist über ein Ventil mit der Kolbenseite des Differentialzylinders hydraulisch verbunden. Dabei kann erfindungsgemäß das Ventil ein gesteuertes Rückschlagventil, und insbesondere ein entsperrbares Rückschlagventil sein.
Ferner, kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform das Ventil ein entsperrbares Rückschlagventil sein, welches mittels eines Steuerkreises und einem Wegeventil entsperrt werden kann.
Es ist auch im Sinne einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, dass das Ventil ein gesteuertes 2-Wegeventil mit einer Durchflussstellung und Rückschlagfunktion oder ein elektrisch gesteuerten 3-Wegeventil, mit einer Durchflussstellung, einer Sperrsteilung und Rückschlagfunktion, ist.
Die Verwendung von einem gesteuerten Rückschlagventil zwischen dem
Nachsaugbehälter und der Kolbenseite des Differentialzylinders ist besonders beim Eilgang vorteilhaft, um das Ventil aktiv offen zu halten, oder auch bei der
Dekompression.
Die Dekompression des Systems findet zwischen der Betriebsart Kraftgang und der Betriebsart Eilgang statt. Nach der Bearbeitung des Werkstücks mit erhöhten Druck, muss dieser erstmals entspannt werden, bevor der Zylinder im Eilgang bewegt werden kann; dies erfolgt durch Dekompression des Hydraulikfluids im System.
Ist das Rückschlagventil zwischen dem Nachsaugbehälter und der Kolbenseite des Zylinders steuerbar, bzw. ist das Rückschlagventil in einem 2-Wegeventil eingebettet der eine Durchflussstellung aufweist, kann dieser bei der Dekompression geöffnet werden, so dass sich der Druck im System entspannt und ein Volumenstrom von der Kolbenseite des Differentialzylinders zurück in dem Nachsaugbehälter erfolgen kann.
Das Druckniveau des Nachsaugbehälters ist unabhängig von der Vorspannung der Pumpe. Durch den Nachsaugbehälter wird das fehlende Ölvolumen im System ausgeglichen, welches bei schwankenden Temperaturen im System und/oder bei Kompression der kleineren Zylinderfläche und allgemein während dem Verfahren, benötigt wird. Weiterhin wird somit auch die Bildung von Kavitationen zumindest teilweise verhindert.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Systems ist in der Leitung zwischen der Ringseite des Differentialzylinders und einem Anschluss der
Hydromaschine ein weiteres Ventil angeordnet, welches eine Durchflussstellung und eine Sper r Stellung aufweist.
Dieses ist vorzugsweise als Sicherheitsventil zu verstehen. Falls ein Problem im System auftritt und es nötig ist den Zylinder zu stoppen ohne ein Abfallen des Zylinders zu bewirken, kann dieses Ventil auf Sperrstellung gesetzt werden. In allen anderen Situationen ist dieses Ventil auf Durchfluss gestellt.
Falls die Vorspannquelle als Pumpe ausgestaltet ist, ist gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, deren Pumpeneingang über eine Leitung mit dem Nachsaugbehälter verbunden, während der Pumpenausgang über eine weitere Leitung mit einem Ventil, bzw. Rückschlagventil in den Kreislauf integriert ist.
In dieser Ausführungsform ist der Nachsaugbehälter mit zwei Leitungen hydraulisch verbunden. Die eine Leitung verbindet den Nachsaugbehälter mit der Kolbenseite des Differentialzylinders, während die andere Leitung den Nachsaugbehälter mit einem Abschnitt zwischen der Hydromaschine und der Ringseite des Differentialzylinders hydraulisch verbindet.
In dieser zusätzlichen Leitung ist gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform eine weitere Pumpe angeordnet, welche gleichzeitig die Funktion der Vorspannquelle übernimmt, d.h. die Pumpe beaufschlagt das Hydraulikfluid mit ausreichenden Druck um die Vorspannung der Hydromaschine. Das Hydraulikfluid wird in dieser
Ausführungsform direkt von dem Nachsaugbehälter entnommen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das geschlossene System eine Vorrichtung zur Reinigung des Hydraulikfluids auf. Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des Systems die Vorrichtung vorzugsweise zwischen dem Nachsaugbehälter und einem Pumpeneingang der Pumpe oder zwischen einem Pumpenausgang der Pumpe und einem Rückschlagventil angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform der Nachsaugbehälter eine Vorrichtung zum Entlüften des
Hydraulikfluids und/oder eine Vorrichtung zum Kühlen des Hydraulikfluids aufweisen
Durch die zusätzliche Pumpe wird somit eine Volumenströmung von Hydraulikfluid von dem Nachsaugbehälter durch die zusätzliche Leitung und gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform durch eine Reinigungsvorrichtung bereitgestellt.
Die Anordnung von Zusatzaggregate in dem Behälter, wie beispielsweise
Filterungsvorrichtungen, Kühlvorrichtungen und Entlüftungsvorrichtungen zum Filtern, Kühlen bzw. Entlüften des im Behälter enthaltenem Hydraulikfluid ist weiter vorteilhaft.
Um Hydraulikfluid zu reinigen muss das Hydraulikfluid in Bewegung sein. Die Strömung kann beispielsweise im Nachsaugbehälter durch einen weiteren Kreislauf bereitgestellt werden. Vorteilhaft bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist dabei, dass durch eine weitere Leitung sowohl Reinigung, als auch Druckbeaufschlagung stattfindet, wodurch Energie-, Material- und Kostenersparnisse auftreten.
Das verunreinigte Hydraulikfluid wird dabei, beispielsweise während der Dekompression in den Nachsaugbehälter geleitet, von wo es, durch diese zusätzliche Leitung gereinigt und wieder in den Kreislauf eingespeist werden kann.
Des weiterem wird im Gegensatz zu den Systemen in denen die Reinigung oder die Entlüftung durch Leckagen und Spülöl stattfindet, in diesem Fall ein größeres
Volumenstrom behandelt.
Das Ventil, welches zwischen der Kolbenseite und dem Nachsaugbehälter angeordnet ist, kann gemäß weiterer erfindungsgemäßen Ausführungsformen geöffnet werden . Bei der Dekompression strömt somit beispielsweise Hydraulikflüssigkeit von der Kolbenseite des Differentialzylinders in dem Nachsaugbehälter. Diese Hydrauliklüssigkeit enthält Verschmutzungen und ist üblicherweise durch die Reibung sehr warm, weswegen eine Filtrierung und Kühlung dieses Fluid auch für die Instandhaltung des gesamten Systems von Vorteil ist.
Das erfindungsgemäße System ist nicht auf einen einzelnen Differentialzylinder beschränkt, und kann in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch mehrere Differentialzylinder aufweisen, welche miteinander oder unabhängig voneinander arbeiten, aber im gleichen System angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße System in einer seiner beliebigen Ausführungsformen kann insbesondere in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingebettet werden, in welchem beim Ausfahren des Aktuatorsystems im Eilgang, der Nachsaugbehälter zum Ausgleich eines Volumens des Hydraulikfluids im geschlossenen System, Hydraulikfluid in die Kolbenseite des Differentialzylinders fördert. Das gesamte erfindungsgemäße System, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Systems werden erfindungsgemäß für die Verwendung in einer
Hydraulikpresse, einer Tiefzieheinrichtung, einer Spritzgusseinrichtung oder
dergleichen, bereitgestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele Abwandlungen
beziehungsweise Ergänzungen, wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben, mit umfasst sind.
Dabei zeigen :
Fig. la : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 2a : eine schematische Darstellung der Konfiguration des erfindungsgemäßen
Systems aus Figur 1 beim Ausfahren im Eilgang;
Fig. 2b: eine schematische Darstellung der Konfiguration des erfindungsgemäßen
Systems aus Figur 1 beim Ausfahren im Kraftgang;
Fig. 2c: eine schematische Darstellung der Konfiguration des erfindungsgemäßen
Systems aus Figur 1 bei der Dekompression;
Fig. 2d : eine schematische Darstellung der Konfiguration eines weiteren
erfindungsgemäßen Systems bei einer alternativen Art von Dekompression;
Fig. 2e: eine schematische Darstellung der Konfiguration des erfindungsgemäßen
Systems aus Figur 1 beim Einfahren im Eilgang;
Fig. 3 : eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Systems;
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Systems, mit einer Reinigungsvorrichtung;
Fig. 5 : eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Systems.
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Aktuatorsystems 1. Das System umfasst dabei einen Differentialzylinder 20, welcher eine Kolbenseite 22a und eine Ringseite 22b aufweist. Die Kolbenseite 22a ist mittels einer Leitung 71 und einer Leitung 72 mit der Ringseite 22b des Differentialzylinders 20 hydraulisch verbunden. Zwischen den Leitungen 71 und 72 ist eine von einem Elektromotor 10 angetriebenen volumen- und/oder drehzahl- variablen Hydromaschine 11 angeordnet, wobei in dieser beispielhaften
erfindungsgemäßen Ausführungsform die Hydromaschine eine Pumpe 11 ist.
Die Leitung 71 verbindet somit den Kolbenraum 22a des Differentialzylinders 20 mit einem Anschluss der Pumpe 11 und die Leitung 72 verbindet die Ringseite 22b des Differentialzylinders mit dem anderen Anschluss der Pumpe 11. In der Leitung 72 ist weiterhin ein 2-Wegeventil 80 angeschlossen welches eine Durchflussstellung und eine Sperrsteilung aufweist. Dieses Ventil 80 dient als Sicherheitsventil und verhindern u.a. das Abfallen des Kolbens im Falle eines Defekts im Aktuatorsystem 1 oder im
Betriebsablauf. Außer in solchen Notfallsituationen ist das Ventil 80 auf Durchfluss geschaltet.
Die Pumpe 11 kann in beiden Drehrichtungen gemäß dem dargestellten Pfeil drehen und somit entweder einen Volumenstrom an Hydraulikfluid in Richtung der Kolbenseite 22a oder in Richtung der Ringseite 22b des Differentialzylinders 20 bereitstellen.
Ferner ist eine Vorspannquelle 60, welche ein Druckspeicher 30 und eine Quelle 65umfassen kann, über ein Rückschlagventil 70 an der Leitung 72 angeschlossen. Das Hydraulikfluid im Druckspeicher 30 weist einen Druck auf, der Vorzugsweise höher ist als der Umgebungsdruck. Im Falle eines Druckverlusts im System 1, wird der nötige Druck von dem Druckspeicher 30 bzw. von der Vorspannquelle 60 über das
Rückschlagventil 70 in das Aktuatorsystem 1 gespeist.
Die Quelle 65 stellt den tatsächlichen Druck im Druckspeicher 30 bereit, während der Druckspeicher im Allgemeinen die Funktion eines Speicher für den Ausgleich des Volumen aufweist..
Wesentlich bei dieser beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Anordnung des Nachsaugbehälter 50. Dieser ist oberhalb des Differentialzylinders 20 hydraulisch durch die Leitung 42 mit der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 verbunden. An der Leitung 42 ist ein gesteuertes Wegenventil 48 angeschlossen, welches eine Durchflussstellung aufweist und eine Stellung mit einem Rückschlagventil 40. Das Ventil ist dabei elektrisch steuerbar.
Die Stellung der Ventile in der Beschreibung von Figur 1 ist dabei nur beispielhaft zu verstehen, da diese Figur dazu dient die einzelnen Vorrichtungen und deren Verbindung zu beschreiben, und nicht um Betriebsarten bzw. die Stellung der Ventile in
unterschiedlichen Betriebssituation zu bestimmen; dies erfolgt in den folgenden Figuren 2.
Figur 2a zeigt die beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems aus Figur 1 im der Betriebszustand Eilgang„abwärts". Dabei sind die meisten verwendeten Elemente und die Bezugszeichen dieselben wie bei Fig. 1
Dieser Betriebszustand wird hervorgerufen, wenn der Kolben des Differentialzylinders schnell nach unten in Richtung des Werkzeuges gebracht werden soll. Die Pumpe 11 arbeitet so, dass eine Strömung von Hydraulikfluid von der Ringseite 22a des
Differentialzylinders 20 in Richtung der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders bereitgestellt wird.
Das Sicherheitsventil 80 ist wie in jedem Betriebszustand auf Durchfluss gestellt. Das Volumen der Ringseite 22a des Differentialzylinders 20 ist kleiner als das Volumen der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20.
Durch den Strom des Hydraulikfluids von der Ringseite 22b in die Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 ist somit weiteres Hydraulikfluid nötig, um die Kolbenseite 22a zu füllen und einen Druckausgleich zu erreichen. Die Differenz an Volumen wird durch den Nachsaugbehälter 50 ausgeglichen. Dafür ist das Wegeventil 48 so eingestellt, dass das Rückschlagventil 40 zwischen Nachsaugbehälter 50 und Kolbenseite 22a geöffnet wird und Hydraulikfluid von den Nachsaugbehälter in die Kolbenseite strömt.
Durch das vergrößerte Volumen in der Kolbenseite 22a, verringert sich der Druck soweit, dass der Druck des Hydraulikfluids im Nachsaugbehälter 50 höher ist und sich das Rückschlagventil 40 öffnet. Somit fließt Hydraulikfluid von dem Nachsaugbehälter 50 in dem Kolbenraum 22a des Differentialzylinders, wodurch die Volumendifferenz ausgeglichen wird.
Der Differentialzylinder 20 wird entsprechend der Richtung des gestrichelten Pfeiles bewegt.
Figur 2b zeigt die beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems aus Figur 1 im Betriebszustand Kraftgang„abwärts". Dabei sind die meisten verwendeten Elemente und die Bezugszeichen dieselben wie bei Fig. 1.
Für die Betriebsart Kraftgang abwärts wird üblicherweise weniger Geschwindigkeit benötigt dabei aber einen erhöhten Druck oder Kraft, um das Werkstück tatsächlich zu bearbeiten. Im Kraftgang (auch Pressgang bezeichnet) wird das Werkzeug gegen das zu verformende Werkstück gepresst, wodurch eine erhöhte Kraft erforderlich ist und somit ein erhöhter Druck des Hydraulikfluids bereitgestellt werden muss.
Wie aus der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus Figur 2b ersichtlich, wird der benötigte erhöhte Druck im Hydraulikfluid durch die
Hydromaschine bereitgestellt. Dabei arbeitet die Pumpe 11, wie bei der Figur 2a, in dem sic eine Hydraulikfluidströmung von der Ringseite 22b des Differentialzylinders 20 in die Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 bereitstellt. Der fehlende
Volumenstrom wird aus den Druckspeicher 30 oder Vorspannquelle 60 ergänzt.
Da der Druck des Hydraulikfluids im Aktuatorsystem 1 hoch ist, in diesem Beispiel bis zu 400 bar, bleibt das Rückschlagventil 48 geschlossen und es entsteht keine Strömung von oder in den Nachsaugbehälter 50.
Bei dieser Betriebsart bewegt sich der Kolben des Differentialzylinders 20, entsprechend des gestrichelten Pfeiles nach unten.
Ist der Pressvorgang beendet, herrscht im System 1 ein sehr großer Überdruck, welcher zum Pressen benötigt wurde, jedoch nach dem Pressen überflüssig ist. Um den Druck zu verringern muss dementsprechend eine Dekompression stattfinden, bei dem das System 1 entlastet wird, ohne jedoch eine Bewegung des Kolbens herbeizuführen.
Die Dekompression kann u.a. gemäß zwei verschiedenen beispielhaften
Ausführungsformen stattfinden.
Figur 2c zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems während der Dekompression. Das Wegeventil 48 wird von der Stellung des
Rückschlagventils auf die Durchflussstellung geschaltet; somit wird ein Volumenstrom in den Nachsaugbehälter 50, entsprechend der dargestellten Pfeile, ermöglicht.
Der Druck des Hydraulikfluids in der Ringseite 22b und der Kolbenkammer 22a entspannt sich, wodurch sich der Nachsaugbehälter füllt.
Eine alternative Art der Dekompression wird in Figur 2d dargestellt. Das System aus Figur 2b hat, anstatt eines einzelnen Rückschlagventil 70, ein gesteuertes 2-Wegeventil 75, welches zwischen dem Druckspeicher 30 und der Leitung 72 angeordnet ist.
In den vorher beschriebenen Betriebszuständen wird das 2-Wegeventil 75 als
Rückschlagventil geschaltet; bei der Dekompression wird es - wie in Figur 2d ersichtlich - auf Durchfluss geschaltet. Da der Druck des Hydraulikfluids in den Zylinderräumen und den Leitungen 71 und 72 höher ist als in dem Druckspeicher 30, finden beim Umschalten des Ventils 75 auf Durchfluss zwei Ereignisse statt.
Erstens entspannt sich der Druck in dem gesamten System 1, so dass eine
Dekompression stattfindet; zweitens erfolgt ein Volumenstrom von der Leitung 71, durch die Pumpe 11 in den Druckspeicher 30, wodurch das Volumen des Druckspeicher 30 wieder aufgefüllt wird, und der Druck des Hydraulikfluids im Druckspeicher 30 wieder erhöht wird.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da eine Energierückgewinnung in den
Druckspeicher erfolgt. Weiterhin wird mittels der Volumenströmung von der
Kolbenkammer 22a durch die Pumpe 11 in den Druckspeicher 30 eine Bewegung der Pumpe 11 hervorgerufen. Somit arbeitet die Antriebsmaschine 10 als Energiegenerator und verbessert weiterhin die Energierückgewinnung, bzw. verringert den
Energieverlust.
Die zurückgewonnene Energie kann entsprechend den Bedürfnisse des Systems 1 beispielsweise für die Hydromaschine wiederverwendet werden.
Wenn der Pressgang und die Dekompression beendet sind muss der Kolben des
Differentialzylinders wieder aufwärts verfahren werden. Die Stellung der Ventile und der Volumenstrom an Hydraulikfluid wird detaillierter in Figur 2e dargestellt. Dabei sind die meisten verwendeten Elemente und die Bezugszeichen dieselben wie bei den vorherigen Figuren.
Wie in der Figur 2e ersichtlich arbeitet die Pumpe 11 in umgekehrter Richtung als beim Eilgang abwärts, so dass ein Volumenstrom von der Kolbenseite 22a des
Differentialzylinders in die Ringseite 22b des Differentialzylinders 20 bereitgestellt wird.
Da das Volumen der Kolbenseite des Differentialzylinders größer ist als das Volumen der Ringseite, muss eine Möglichkeit bereitgestellt werden, um den überflüssigen Hydraulikfluid aus dem Kreislauf zu entfernen. Dafür wird das Wegeventil 48 auf Durchfluss geschaltet, wodurch die Volumendifferenz des Hydraulikfluids in Richtung des Pfeiles von der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 in den
Nachsaugbehälter 50 strömt. Der Kolben des Differentialzylinders wird durch den erhöhten Druck in der Ringseite 22b und den niedrigen Druck in der Kolbenseite 22a nach oben gedrückt. In Figur 3 wird eine weitere beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des System 1 dargestellt. Dabei sind die meisten verwendeten Elemente und die
Bezugszeichen dieselben wie bei Fig. 1.
Die Anordnung und Steuerung des Rückschlagventils 40 zwischen dem
Nachsaugbehälter 50 und der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 ist im Gegensatz zu der Figur 1 unterschiedlich.
Wie aus der Figur 3 ersichtlich, wird das Rückschlagventil 40 mittels eines
Steuerkreislaufs - umfassend ein 2-Wegeventil 45 - gesteuert. Eine Leitung 44 verbindet dabei die Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 über das 2-Wegeventil mit dem Rückschlagventil 40.
Das Wegeventil 45 hat dabei eine Durchflussstellung und eine Stellung in dem der Überdruck aus dem oberen Teil der Leitung 44 dekomprimiert wird und in einen Behälter ausweicht. Das Rückschlagventil 40 wird somit in Abhängigkeit des Druckes in der Kolbenseite 22a geöffnet. Ist also der Druck in der Kolbenseite 22a des
Differentialzylinder 20 hoch genug, und ist das Ventil 45 auf Durchfluss geschalten, so öffnet sich das Rückschlagventil 40 durch den Druck der Kolbenseite 22a. Da das Ventil 40 offen ist, kann das übrigbleibende Hydraulikfluid wieder zurück in den
Nachsaugbehälter strömen.
Figur 4 zeigt eine weitere beispielhafte nicht beschränkende erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems aus Figur 3. Wie in Figur 3 wird das Rückschlagventil 40 mittels des Steuerkreislaufs bzw. des 2-Wegeventils 45 gesteuert.
In der Vorspannquelle 60, wurde der Druckspeicher 30 aus den vorherigen Figuren in dieser beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform durch eine Pumpe 65 ersetzt. Die Pumpe 65 arbeitet nur in einer Richtung, und hat dementsprechend einen Pumpeneingang und einen Pumpenausgang. Der Pumpeneingang wird mittels einer Leitung 62 mit dem Nachsaugbehälter 50 verbunden, während der Pumpenausgang mittels einer Leitung 63 über dem Rückschlagventil 70 mit der Leitung 72 verbunden ist.
Auf der Seite der Leitung 63 arbeitet die Pumpe 65 wie der Druckspeicher 30 aus den vorherigen Figuren, in dem es ein Überdruck generiert, welcher zur Vorspannung des Systems genutzt wird.
Das Verwendete Hydraulikfluid der Pumpe 65 wird in dieser beispielhaften Ausführungsform aus dem Nachsaugbehälter über die Leitung 62 entnommen.
Wie in Figur 4 dargestellt ist in dieser beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Systems 1 eine Reinigungsvorrichtung 90 zum Reingingen des Hydraulikfluids, zwischen Nachsaugbehälter 50 und Pumpe 65 angeordnet. Somit wird das Hydraulikfluid der durch die Pumpe 60 angesaugt wird und entsprechend in die Leitung 72 eingespeist, zuvor gereinigt und vorzugsweise auch entlüftet.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da ein geschlossener Kreislauf bereitgestellt wird in dem der Nachsaugbehälter 50 als statische Einrichtung beispielswiese für die Kühlung des Hydraulikfluids verwendet wird und das Hydraulikfluid durch die
Reinigungsvorrichtung 90 gereinigt und wieder in das System eingespeist werden kann, anstatt einen weiteren Kreislauf bereitzustellen, welcher das Fluid im Nachsaugbehälter fördert und reinigt, jedoch nicht sofort wiederverwendet werden kann.
Die Figur 5, zeigt ein zu dem oben beschriebenen System entsprechendes System 1, aber mit einer unterschiedlichen Anordnung.
Wie aus der Figur 5 ersichtlich, ist die Verbindung zwischen dem Nachsaugbehälter 50 und der Kolbenseite 22a des Differentialzylinders 20 mittels eines durch ein
Steuerungsventil 45 gesteuerten Rückschlagventils 40 gewährleistet.
Weiterhin verbindet eine Leitung 72, über ein Rückschlagventil 73 den
Nachsaugbehälter 50 mit dem Knotenpunkt 100, durch welcher das Hydraulikfluid sowohl in die Ringseite 22b des Differentialzylinders 20, als auch durch die Pumpe 11 in die Leitung 71 geleitet werden kann. Weiterhin wird mittels der Leitung 72 und der Leitung 62 der Nachsaugbehälter 50 mit der Vorspannquelle 60 und insbesondere mit dem Eingang der Pumpe 65 hydraulisch verbunden.
Die Pumpe 11 ist sowohl mit der Leitung 71 als auch mit der Leitung 72 verbunden.
Die Vorspannung des Hydraulikfluids erfolgt mittels der Vorspannquelle 60, wobei die Pumpe 65 die Vorspannung des Hydraulikfluids bereitstellt, ähnlich wie in der
Ausführungsform der Figur 4. Dies ist eine Pumpe welche nur einseitig arbeiten kann.
In der vorliegenden erfindungsgemäßen beispielhaften Ausführungsform ist ein zuzügliches gesteuertes Proportionalventil, insbesondere ein gesteuertes
Proportionaldruckbegrenzungsventil 85 an der Leitung 71, zwischen der Vorspannquelle 60 bzw. der Pumpe 65 und der Kolbenseite 22a angeordnet. Das Proportionalventil 85 dient vorzugsweise der Dekompression des Systems 1, wie sie in vorherigen Ausführungsformen erläutert wurde.
Des weiterem ist ein Vorspannventil 68 mit der Leitung 71 hydraulisch verbunden und über die Leitung 75 und ein Rückschlagventil 69 mit der Leitung 63 sowie auch mit einem Anschluss der Hydromaschine 11, hydraulisch verbunden.
I Elektrohydrostatisches 60 Vorspannquelle
Aktuatorsystem
62 Leitung
10 Elektromotor
63 Leitung
II Hydromaschine
65 Pumpe
20 Differentialzylinder
66 Rückschlagventil
22a Kolbenseite
68 Vorspannventil
22b Ringseite
69 Rückschlagventil
30 Druckspeicher
70 Rückschlagventil
40 Rückschlagventil
72 Leitung
41, 42 Leitung
75 Leitung
45 2-Wegeventil
80 Ventil
48 gesteuertes 2-Wegeventil
85 Proportionalventil
50 Nachsaugbehälter
90 Reinigungsvorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) umfassend :
eine von einem Elektromotor (10) angetriebenen volumen- und/oder drehzahl- variablen Hydromaschine (11), zur Bereitstellung eines Volumenstroms eines Hydraulikfluids;
ein Differentialzylinder (20) mit einer Kolbenseite (22a) und einer Ringseite (22b); wenigstens eine Vorspannquelle (60);
wobei das Aktuatorsystem (1) einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf aufweist und mittels der Hydromaschine (11) und/oder der Vorspannquelle (60) im Betrieb das Hydraulikfluid im hydraulischen Kreislauf mit Druck beaufschlagt wird; und wobei der Differentialzylinder (20) die Betriebsarten eines Kraftgangs und Eilgangs bereitstellt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Nachsaugbehälter (50) mit der Kolbenseite (22a) des Differentialzylinders (20) über ein Ventil (40) zum Ausgleich eines Volumens des Hydraulikfluids im geschlossenen hydraulischen Kreislauf (1) verbunden ist.
2. El ektrohyd rostati sches Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei das
Hydraulikfluid im Nachsaugbehälter (50) mit einem Druck kleiner 5 bar, bevorzugt kleiner 4 bar, bevorzugt kleiner 3 bar, besonders bevorzugt kleiner 2 bar, und besonders bevorzugt kleiner 1 bar, vorgespannt ist.
3. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 1, wobei das
Hydraulikfluid im Nachsaugbehälter (50) im Wesentlichen einen Umgebungsdruck aufweist und/oder oberhalb der Kolbenseite (22a) des Differentialzylinders (20) angeordnet ist.
4. El ektrohyd rostati sches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei der Nachsaugbehälter (50) ein Volumen aufweist, das gleich oder größer ist als die Volumendifferenz des geschlossenen Systems (1) in einer Kraftendlage und oberen Endlage des Differentialzylinders (20).
5. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei das Ventil (40) ein gesteuertes Rückschlagventil (40), insbesondere ein entsperrbares Rückschlagventil ist.
6. El ektrohyd rostati sches Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 5, wobei das gesteuertes Rückschlagventil (40) mittels eines, 2-Wegeventil (45), entsperrt werden kann.
7. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen
Ansprüchen, wobei das Ventil (40) ein gesteuertes 2-Wegeventil (48) mit einer Durchflussstellung oder ein elektrisch gesteuerten 3-Wegeventil, mit einer
Durchflussstellung, einer Sperrstellung und einer Rückschlagfunktion ist.
8. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei das Hydraulikfluid der Vorspannquelle (60) einen Druck zwischen 5 bar und 50 bar, bevorzugt zwischen 10 bar und 40 bar, besonders bevorzugt zwischen 15 bar und 35 bar, besonders bevorzugt zwischen 20 bar und 30 bar, aufweist.
9. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei die Vorspannquelle (60) über ein Ventil (70) mit der Leitung (72) zwischen dem Anschluss der Hydromaschine (11) zur Ringseite (22b) und der Ringseite (22b) des Differentialzylinders (20) hydraulisch verbunden ist.
10. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen
Ansprüchen, wobei das Ventil (70) ein Rückschlagventil ist.
11. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei die Vorspannquelle (60) ein Druckspeicher (30) und/oder eine zusätzliche Pumpe (65) umfasst.
12. El ektrohyd rostati sches Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 11, wobei die
Vorspannquelle (60) eine Pumpe (65) umfasst, deren Pumpeneingang über eine Leitung (62) mit dem Nachsaugbehälter (50) und ein Pumpenausgang der Pumpe (65) über eine Leitung (63) mit einem Ventil (70) verbunden ist.
13. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen wobei mindestens ein Ventil (80) mit einer Durchflussstellung und einer
Sperrstellung, welches in einer Leitung (72) zwischen der Ringseite (22b) des Differentialzylinders (20) und einem Anschluss der Hydromaschine (11) angeordnet ist;
14. El ektrohyd rostati sches Aktuatorsystems (1) nach einem der vorherigen
Ansprüchen, wobei die Hydromaschine (11) auf beide Pumpenanschlüssen mit Druck beaufschlagbar ist.
15. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei ein Ventil (85), insbesondere ein Proportionalventil die Kolbenseite (22a) mit der Vorspannquelle (60) oder mit dem Nachsaugbehälter (50) verbindet.
16. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei das geschlossene System (1) eine Vorrichtung zur Reinigung (90) des Hydraulikfluids aufweist, und die Vorrichtung vorzugsweise zwischen dem
Nachsaugbehälter (50) und einem Pumpeneingang der Pumpe (65) oder zwischen einem Pumpenausgang der Pumpe (65) und dem Ventil (70) angeordnet ist.
17. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei der Nachsaugbehälter (50) eine Vorrichtung zum Entlüften des
Hydraulikfluids und/oder eine Vorrichtung zum Kühlen des Hydraulikfluids aufweist.
18. Elektrohydrostatisches Aktuatorsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei das System (1) mehrere Differentialzylinder aufweist.
19. Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Aktuatorsystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausfahren des
Aktuatorsystems im Eilgang, der Nachsaugbehälter (50) zum Ausgleich eines Volumens des Hydraulikfluids im geschlossenen System (1), Hydraulikfluid in die Kolbenseite (22a) des Differentialzylinders (20) fördert.
20. Verwendung des hydrostatischen Aktuatorsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, in einer Hydraulikpresse, einer Tiefzieheinrichtung, einer
Spritzgusseinrichtung oder dergleichen.
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