JP2016070500A - 流体回路および流体回路を有する機械 - Google Patents

Abstract

【課題】流体式被駆動機械を極めて高い動的特性および高精度で装置技術的に簡単に制御できるようにすると共に従来技術の欠点を解消する流体回路を提供すること。【解決手段】排出制御部（１０）および弁制御部（１４）が流体的に並列接続されている、流体式被駆動機械（２，４）を制御するための流体回路において、前記排出制御部（１０）は、２つのポート（Ａ１，Ａ２）を備えた流体機械（１８）を有しており、前記２つのポート（Ａ１，Ａ２）は、閉じた流体回路を構成するため、それぞれ流路（３０，３２）を介して前記機械（２）に接続可能であり、前記弁制御部（１４）は、開いた流体回路において前記機械（２）と接続可能である、ことを特徴とする流体回路を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、流体式被駆動機械を制御するための、または流体消費装置を制御するための流体回路を出発点とする。本発明はさらに、流体回路によって制御可能な少なくとも１つの流体消費装置を有する機械に関する。

後に公開される独国特許出願第１０２０１２０１９６６５号明細書にはプレスを制御するための流体回路が開示されている。このプレスは、例えば、被加工物に押圧力を加えるために上部ツールと下部ツールを有しかつ被加工物を加工するための深絞り機械、打ち抜き機械またはプレス装置である。上記の流体回路は、排出制御部および弁制御部を有する。

さらに従来技術からは、ダイクッション応用または打ち抜き／ニブリング応用に対し、極めて高い動的特性を有するシリンダシステムまたはアクチュエータ（ダブルロッドまたは差動シリンダ）が公知であり、これらによって少なくとも１つのシリンダのポジション制御および力制御が行われる。このために極めて高い動的特性を有する複数のサーボ弁が制御に使用され、これらのサーボ弁は、大きな体積流量および大きな圧力に対して設計されており、また複数の制御プレート内に設けられている。これらの制御プレートは、不利なことにも極めて大きな所要スペースが必要であり、また数トンもの大きな重量を有する。制御プレートは、制御対象のシリンダに直接配置することができる。圧力媒体供給のため、大きな複数のアキュムレータが設けられており、これらのアキュムレータは一般的に、制御プレートを有する、シリンダの制御ブロックに直接配置される。アキュムレータに充填するため、圧力切換器および充填弁を備えた定量ポンプまたは圧力制御ポンプを有する供給ユニットを設けることができる。この供給ユニットは、上記シリンダおよび制御ブロックから流体的および空間的に離隔されている。この供給ユニットは、構成が簡単で、大きな設置スペースを有し、かつ大出力（例えばダイクッション応用において１５０ないし２５０ｋＷの出力）のモータ・ポンプ駆動器である。この供給ユニットに対し、大きな設置スペースを有する（例えばダイクッション応用において３００ないし５００ｋＷの出力を有する）冷却器・フィルタ循環路が使用され、また（例えばダイクッション応用において６０００ないし１２０００リットルの容量を有する）複数のタンクが使用される。この場合に１つまたは複数のシリンダの供給および制御は、複数のサーボ弁によって行われる。したがってこれらのサーボ弁により、上ですでに説明したように、大きな体積流量（Ｑｍａｘ）が制御され、またこれらのサーボ弁は、大きな圧力差（デルタｐ−ｍａｘ）に対して設計される。制御時には不利なことにも大きな出力損失が発生し、この出力損失は、圧力媒体ないしはオイルの温度を上昇させ、さらにオイルを急速に劣化させてしまうのである。

独国特許出願第１０２０１２０１９６６５号明細書 独国特許出願第１０２０１３２２１４１０号明細書

本発明の課題は、流体回路を提供し、この流体回路により、装置技術的に簡単に、流体式被駆動機械を極めて高い動的特性かつ高精度で制御可能にし、しかも上で挙げた欠点が解決されるようにすることである。さらに本発明の課題は、このような流体回路を有する流体式被駆動機械を提供することである。

流体回路についての上記の課題は、請求項１に記載した特徴的構成により、また流体式被駆動機械についての上記の課題は、請求項１５に記載した特徴的構成によって解決される。

本発明のその他の有利な発展形態は、別の従属請求項に記載されている。

本発明では、流体式被駆動機械を、特にプレスを、特に機械的なプレスにおけるダイクッション軸を、特にニブリング機械における打ち抜き軸を制御するための流体回路が設けられる。この回路は、流体的に互いに並列に配置されている排出制御部および弁制御部を有する。この排出制御部は、ディスプレーサを、特に（有利には４象限動作に使用可能な）流体機械を有しており、この流体機械は有利にはそれぞれ圧力媒体を供給および排出可能な２つのポートを有している。この流体機械のそれぞれのポートは、１つずつの流路を介して上記流体式被駆動機械に接続されており、これによって閉じた流体回路を形成することができる。これに対し、上記弁制御部は、開いた流体回路において上記機械に接続可能である。これにより、この弁制御部は、開いた回路として動作される。

この解決手段により、高い動的特性でエネルギ最適に流体式被駆動機械を制御することができる。上記機械が、例えばシリンダを有する場合、排出制御部により、このシリンダを高速に伸縮させることができる。この場合には並列な弁制御部により、上記開回路を介してシリンダのアクティブかつ正確な制御を行うことができる（容積／圧力の供給および排出調量）。弁制御部は一般的に排出制御よりも格段に小型に構成されるため、この弁制御部は、装置技術的に簡単に、流体的に見てより近接して、例えば流体式被駆動機械のシリンダに配置することができるため、流体流路が短縮され、また弁制御部と流体式被駆動機械との間で流体的な剛性が高まり、これによって制御良度も高まる。したがって上記流体制御によって「流体ばね」が短縮されることにより、最適な制御特性が得られる。

したがって本発明による回路により、例えばダイクッション応用または打ち抜き／ニブリング応用のような高い動的特性を有するシリンダシステムを駆動することができ、冒頭に説明した従来技術に比べて、極めて小さい弁制御部を使用することができ、これによって出力損失が格段に低減される。上記応用の速度は、例えば５００と１５００ｍｍ／ｓとの間にあり、および／または、応用の最大速度には、例えば５ないし１０ｍｍのような最短変位で到達することができ、および／または、応用の最大速度には、例えば５ないし１０ｍｓのような最短時間で到達することができ、および／または、応用の最大の力には、例えば５ないし１０ｍｓのような最短時間で到達することができ、この際にこの最大の力は、例えば２０，５０，１００，１５０または２００トンになり得る。

本発明による回路によれば、すでに上で引き合いに出したように、例えばダイクッション応用または打ち抜き／ニブリング応用のような高い動的特性を有するシリンダシステムに、比較的設置スペースの小さな弁制御部を使用することができる。従来技術では上記のような応用に対して一般的に呼び寸法２５，３２，５０または６３の複数の弁が使用される。本発明によれば、これらの弁は上記の排出制御部によって置き換えられ、これらの排出制御部は、有利には大きく、慣性が小さく、極めて高い動的特性を有する。流体モータとして、例えば、有利に１，２または５リットル／回転を搬送するHagglunds社のモータを使用することができる。有利には排出制御部を設計して、この排出制御部が、低い回転数で大きな行程容積を有し、例えば、約５００回転／分により、約２５００リットル／分が得られる。このような比較的低い回転数は、すなわち例えば約５００回／分は、これまで一般的であった約３０００回／分の回転数に比べてより迅速に到達可能である。

本発明による解決手段はさらに、冒頭で説明した２０ないしは１００リットルの容量を有する高圧用に設計した大型のアキュムレータないしは供給アキュムレータを置き換えることができるという利点を有する。代替品として、例えば約２リットルと４リットルとの間の小型のアキュムレータ（高圧アキュムレータ）を使用することができる。（例えば呼び寸法６または１０の制御／サーボ弁を有する）弁制御部に圧力媒体をアクティブに供給するため、小型のアキュムレータで十分である。

排出制御部に対し、特に低圧側において基本的な供給を形成するため、例えば４ないし１０リットルを有するアキュムレータ（予圧力アキュムレータ）を設けることができる。付加的には上記アキュムレータ充填に対して小型の圧力制御ポンプまたは定量ポンプを設けることができる。これにより、従来技術とは異なり、（排出制御用の１つおよび弁制御部用の１つの）２つの比較的小型のアキュムレータだけが使用される。このアキュムレータを制御するため、従来技術とは異なり、小型のポンプだけしか必要なく、ひいてはこれらのポンプを駆動する、比較的出力の小さい電動モータだけしか必要ないのである。

さらに本発明による解決手段において有利であるのは、従来技術に比べて、弁制御部が比較的小型に構成できることにより、最大体積流（Ｑ_max）および最大圧力差（デルタｐ−ｍａｘ）において、格段に少ないエネルギしか無駄にならないのである。これにより、例えば水の供給を伴う冷却体・フィルタ循環路を格段に小型に形成することができる。

さらに本発明による解決手段において有利であるのは、小型のタンクだけしか必要ないことである。

本発明の別の実施形態において、排出制御部の流体駆動出力を形成中、上記弁制御部によって同時に、あらかじめ設定した圧力制御曲線、および／または、変位制御曲線、および／または、速度制御曲線の偏差を調整可能である。これによってこの排出制御部により、例えば、流体式被駆動機械を制御するため、高い調整速度が可能になり、ひいては大きな体積流が可能になる。この場合には同時に、高い動的特性を有する弁制御部によって特に、短い切換および制御時間により、制御上の課題を最適に果たすことができる。

排出制御部は有利には、これが流体式被駆動機械用の駆動出力の主要部分を形成するように設計される。

弁制御部は有利には、これが流体式被駆動機械用の駆動出力の上記主要部分を形成できないように設計される。

本発明の別の実施形態では、弁制御部は、上記機械および／または排出制御部の開始フェーズおよび／または運動フェーズおよび／または制動フェーズ中に圧力媒体を供給または排出する。

上記の流体機械は有利には、これが、比較的小さい慣性を有し、ひいては高い動的特性および比較的大きな行程容積を有するように構成されている。この大きな行程容積により、流体機械は有利にも、比較的少ない回転数で駆動可能である。本発明の別の実施形態において、流体機械は電動モータによって駆動することができる。この電動モータは有利には、これが比較的小さな慣性を有し、ひいては高い動的特性を有し、比較的低い回転数で使用できるように構成されている。慣性が少なくかつ容積が大きい流体機械の組み合わせにより、極めて高速に、高い動的特性（クロック数）で、また高い速度で、流体式被駆動機械を制御できる排出制御部が得られる。これにより、例えば上記機械のシリンダを高い動的特性および速度で伸縮することができる。流体機械の回転方向の変更をここでは極めて高速行うことも可能である。電動モータは、例えば高い動的特性を有するトルクモータまたはサーボモータである。電動モータと組み合わされたこのような流体機械は、例えば、後に公開される刊行物である独国特許出願第１０２０１３２２１４１０号明細書から公知である。これにより、弁制御部との組み合わせにおいて、流体式被駆動機械を高い動的特性で制御することができる。電動モータに対し、「インテリジェントな」リカバリ可能な駆動部を設けることができる（ＨＣＳ）。

上記電動モータは有利には、制御に使用されるが、必要に応じて流体式被駆動機械の制御にも使用される。この場合に弁制御は、（制御／サーボ）弁を有することができ、この弁は付加的に上記機械を極めて高い動的特性でアクティブに制御することができ、またこの弁は、排出制御部が物理的および技術的に作用を及ぼし得ないものを弁制御部が調整するように設計される。上記弁の呼び寸法は、例えば６または１０である。

「アクティブ制御」とは有利には、最大圧力までアクティブに、圧力媒体を上記機械に供給しまたこの機械から排出することを意味する。

弁制御部は有利には制御弁を有する。この制御弁は、この場合、開回路を制御するために使用することができる。この制御弁は有利には、これが、制御すべき圧力媒体量について高い動的特性を有しかつ高い精度を有するように設計される。これにより、有利にも流体式被駆動機械を高い精度で制御するため、弁制御部が使用される。さらにこの制御弁は容易に、流体式被駆動機械に流体的に極めて近接させて配置することができる。なぜならばこの制御弁は、流体機械および電動モータに比べて、または冒頭に述べた弁に比べて所要設置スペースが小さいからである。例えば制御弁は、サーボ制御弁である。

この制御弁は有利には、流体式被駆動機械に可能なかぎりに近接して配置される。弁制御部は極めてコンパクトなサイズを有しており、これによって小さい制御プレートないしは小さい制御ブロックを有するため、この弁制御部は、従来技術に比べ、流体的かつ空間的に流体式被駆動機械に一層近接して配置することができる。これにより、弁装置と上記機械との間の「流体式ばね」は極めて短くなる。

上記制御弁は別の実施形態において有利には、２つの作業ポートと、１つの圧力ポートと、１つのタンクポートとを有する。作業ポートは、流体式被駆動機械に、例えば、１つのシリンダの作業チャンバにそれぞれ接続することができる。制御弁の弁スライダを介し、第１スイッチ位置において第１作業ポートをタンクポートに、また第２作業ポートを圧力ポートに接続することができ、また第２スイッチ位置において第２作業ポートをタンクポートに、また第１作業ポートを圧力ポートに接続することができる。制御弁の弁スライダを介し、第１スイッチ位置において第１作業ポートをタンクポートに、また第２作業ポートを圧力ポートに接続することができ、また第２スイッチ位置において第２作業ポートをタンクポートに、また第１作業ポートを圧力ポートに接続することができる。制御弁が、有利には第１および第２スイッチ位置の間に設けられている第３スイッチ位置を有することも考えられる。この第３スイッチ位置では、弁スライダは、例えばすべてのポートを絞って互いに接続し、これによって流体式被駆動機械ないしはシリンダを安全対策として圧力調整することができる。制御弁の弁スライダは有利には連続的に調整可能である。

本発明の別の実施形態では、有利には切換弁として構成されている遮断弁が設けられている。この遮断弁によれば、制御弁を流体機械からデカップリングすることができる。有利にはこの遮断弁は、流体的に制御弁と上記機械との間に配置されている。

上記遮断弁は、２つの入力ポートを有することができ、各入力ポートは、制御弁の各作業ポートに接続されている。さらに遮断弁は、上記機械に接続可能な２つの作業ポートを有する。

有利には制御弁の圧力ポートにアキュムレータが接続されている。このアキュムレータは、流体式被駆動機械に必要な作動圧が得られるように設計することができる。アキュムレータは有利には高圧アキュムレータである。このアキュムレータは、例えば、放出弁を介して、および／または、圧力制限弁を介してタンクに接続可能である。さらに高圧アキュムレータ用の圧力測定器を設けることができる。

アキュムレータとは択一的にまたはこれに付加的に、制御弁の圧力ポートに流体ポンプを接続することができる。この流体ポンプは有利には、圧力・搬送流制御の流体ポンプである。有利にはこの流体ポンプと制御弁の圧力ポートとの間に逆止弁を配置する。この逆止弁は、圧力媒体流れ方向に制御弁に向かって開く。

本発明の別の実施形態では、予圧力装置が設けられており、この予圧力装置により、上記の２つの流路のうちの１つまたは２つの流路に、あらかじめ設定した圧力を流体にあらかじめ加えることができるかまたはこの圧力が加えられている。この予圧力装置は、逆止弁を介して２つの流路のうちの１つ接続することができるか、またはそれぞれ逆止弁を介して各流路に接続することができる。この逆止弁は、圧力媒体流れ方向に、流路に向かって開く。予圧力装置は有利には、１つまたは２つの流路に接続されているアキュムレータを有している。この接続は、１つまたは複数の逆止弁を介して行われる。このアキュムレータは、放出弁を介して、および／または、圧力制御弁を介してタンクに接続可能である。有利には付加的に圧力測定器が設けられる。このアキュムレータは、本発明の別の実施形態において、必要な予圧力が得られ、これによってこのアキュムレータが有利には低圧アキュムレータとなるように設計される。アキュムレータとは択一的にまたはこれに付加的に、予圧力のための弁を、特に圧力低減弁を設けることができる。予圧力を加えるため、この圧力低減弁は流体ポンプに、特に定量ポンプに接続される。

上記流体回路を洗浄するため、洗浄装置が設けられており、この洗浄装置は、少なくとも１つの流路に接続されており、かつ、少なくとも１つの流路からの圧力媒体を介して解放することができる。この洗浄装置は、上記機械の圧力制御および／または変位制御および／または速度制御の際の影響を比較的少なくするかまたはこれを回避するように構成することができる。この洗浄装置の駆動制御は、すなわち洗浄過程は、例えば、上記機械の動作時における被加工物交換時またはシリンダがポジション制御において「静止しているべき」である場合に行われ、これによって実際の加工処理時には洗浄装置が非アクティブ化され、制御にマイナスの影響が及ばないようにする。この洗浄装置は、調整可能なスロットルを介して上記流路に接続されている。洗浄装置が２つの流路に接続される場合、この洗浄装置は、調整可能なスロットルを介して流路にそれぞれ接続される。さらにこの洗浄装置は、洗浄弁を有しており、この洗浄弁により、１つまたは２つの流路とタンクとの間の圧力媒体ポートを開制御および閉制御することができる。上記スロットルは有利には２つの流路と、洗浄弁との間に配置されている。この洗浄弁は、例えば、手動または電磁的または流体式に操作可能である。この洗浄弁を圧力を逃がすための安全弁として使用することも考えられる。

有利には上記排出制御部および弁制御部をそれぞれ２重に保護して監視する。排出制御部および弁制御部の上記機械に通じる１つまたは２つの上記流路において、１つ（または２つ）の安全弁を配置することができる。この安全弁の閉状態において、対応する流路を遮断し、安全弁の開状態において、対応する流路を開くことが可能である。各流路に１つの安全弁が設けられる場合、遮断された流路において、この安全弁によってハイドリック式被駆動機械を流体的に遮断することができる。１つの遮断弁または各遮断弁は、リミットスイッチ弁を介して開制御および閉制御することができる。ここで実際に一般的に意図しているのは、要求される性能レベルまたは安全カテゴリに応じて、２つの流路（６８，７０）において安全弁（１１２，１１４）を相前後して２重に設置することもできること、また設置しなければならないことである。

この場合に遮断弁および／または制御弁の第３スイッチ位置との組み合わせた上記安全弁は、上記弁制御部に対して２重ないしは３重の保護することができる。

安全弁と、排出制御部用の電気保護回路と組み合わせることによっても同様に２重に保護が行われる。この保護回路は、流体機械の駆動部に設けることができる。この保護回路により、例えば、流体機械の駆動部の一層安全な駆動イネーブルが行われる。さらに、例えば、この保護回路により、流体機械を駆動可能な電動モータにおける停止ブレーキを制御することができる。

有利には論理弁として構成することが可能な、各安全弁の弁要素には、第１圧力チャンバ（シリンダチャンバ）によって閉方向に圧力媒体を供給することができ、さらに第２圧力チャンバ（リングチャンバ）によって開方向に圧力媒体を供給することができる。各リミッタスイッチ弁を介して、各論理弁の第１圧力チャンバおよび第２圧力チャンバを交互にタンクまたは圧力媒体源に接続することができる。

さらに出力ポートおよび２つの入力ポートを有する方向制御弁を設けることができ、この方向制御弁により、圧力が最も高い入力ポートと出力ポートとが接続される。この出力ポートには、それぞれリミットスイッチ弁を接続し、これによってこの出力ポートと、各論理弁の複数の圧力チャンバのうちの１つを接続することができる。この場合、方向制御弁の第１入力ポートには予圧システムを、また第２入力ポートには２つの流路のうちの１つの接続することができる。

上記２つの流路は有利には、少なくとも１つの圧力制限弁を介して互いに接続可能である。この圧力制限弁は、例えば、逃がしを有する予制御された圧力制限弁である。この逃がしは有利にはリリーフ弁によって行われる。圧力制限弁の弁要素には、弁制御部のアキュムレータの圧力媒体を閉方向に加えることができる。本発明の別の実施形態において、上記２つの流路は、上で説明した様相に対応して構成されている２つの圧力制限弁を介して接続可能である。ここで１つの圧力制限弁は、第１流路における圧力媒体によって操作可能であり、別の１つの圧力制限弁は、第２流路の圧力媒体によって操作可能である。

有利には別の圧力制限弁が設けられており、この圧力制限弁を介してタンクに至る１つの流路または２つの流路の圧力を逃がすことができる。この圧力制限弁は、上で説明した圧力制限弁の１つまたは複数の対応する様相に対応して構成することができる。圧力制限弁は、逆止弁を介して各流路に接続されており、この逆止弁はそれぞれ、圧力媒体流れ方向に見て流路に向かって閉じる。

本発明では、流体式被駆動機械は、上記の複数の様相のうちの１つによる回路によって制御される流体シリンダを有する。ここでは上記の複数の様相のうちの１つによる回路によって制御される第２流体シリンダを設けることが可能である。

上記シリンダは、例えば差動シリンダまたはダブルロッドシリンダであり、ダブルロッドシリンダでは有利にも圧力媒体容積調整を行う必要がない。

上記機械は有利には機械式プレスであり、シリンダはダイクッション軸を構成する。

択一的には上記機械は、ニブリング機械である。

本発明による流体回路および本発明による流体式被駆動機械の複数の実施例は、図面に示されている。ここではこれらの図面の図に基づき、本発明を詳しく説明する。

本発明の第１実施例による流体回路の回路図である。 第２実施例による流体回路の回路図である。 第３実施例による流体回路の一部分を示す回路図である。 第３実施例による流体回路の一部分を示す別の回路図である。 第３実施例による流体回路の一部分を示すさらに別の回路図である。 流体回路の動作を示す、時間についてプロットされた行程曲線、速度曲線および力曲線を示すグラフである。 流体回路の動作を示す、時間についてプロットされた行程曲線、速度曲線および力曲線を示す別のグラフである。 別の実施例による本発明の流体回路の回路図である。

図１によれば、流体式被駆動機械１は、第１シリンダ２および第２シリンダ４を有する。機械１は、例えば、機械式プレスであり、シリンダ４はダイクッション軸を構成し得る。第１シリンダ２は、第１流体回路６を介し、また第２シリンダ４は、実質的には同じ第２流体回路８を介して制御される。流体回路６および８はそれぞれ、排出制御部１０ないしは１２および弁制御部１４ないしは１６を有する。各回路６，８の排出制御部１０，１２および弁制御部１４，１６はここでは、流体的に互いに並列に配置されている。

以下ではシリンダ２の回路６に基づき、回路６，８の構成を詳しく説明する。排出制御部１０は、４象限動作に使用可能な流体機械１８を有する。この流体機械は、これが大きな行程容積および小さな慣性を有するように設計されている。さらに流体機械１８は２つのポートＡ１，Ａ２を有する。流体機械は、制御された電動モータ２０によって低回転数で駆動可能である。この電動モータは、慣性の小さいトルクモータである。さらにこの電動モータは、これが低回転数で使用できるように設計されている。慣性が小さいことと回転数が低いことにより、このトルクモータは大きな動的特性を有する。上記のように設計されている電動モータ２０と流体機械１８との組み合わせにより、極めて時間内に大きな体積流を移動させることができる排出制御が得られ、これにより、シリンダ２のピストン２２は、高い速度で伸縮可能である。さらにピストンを急速に方向転換することができる。

図１によれば、ピストン２２は片側がピストンロッド２４に接続されている。ピストン２２は、シリンダ２において第１シリンダチャンバ２６と、第２シリンダチャンバ２８とを分離している。第１シリンダチャンバ２６は、流路３０を介して流体機械１８のポートＡ１に、また第２流路３２を介して流体機械１８のポートＡ２に接続されている。したがって排出制御部１０は、シリンダ２と共に閉流体回路を構成しているのである。

流路３０，３２には、流体的に排出制御部１０に並列に配置されている弁制御部１４も接続されている。弁制御部１４は、連続して調整可能な制御弁３４（サーボ制御弁）を有する。制御弁３４は作業ポートＡを介して流路３０に接続されており、また作業ポートＢを介して流路３２に接続されている。さらに制御弁３４は、圧力ポートＰを介して圧力媒体源に接続されており、タンクポートＴを介してタンクに接続されている。ばねによってセンタリングされている基本位置０（第３切換位置）において、制御弁３４の弁スライダにより、ポートＡ，Ｂ，ＰおよびＴが互いに接続される。基本位置０から出発して、第１スイッチ位置ａの方向に制御弁３４の弁スライダをスライドさせることができる。ここでは圧力ポートＰが作業ポートＢに接続され、作業ポートＡがタンクポートＴに接続される。弁スライダが基本位置０を出発して、逆に第２スイッチ位置ｂの方向にスライドされる場合、圧力ポートＰは作業ポートＡに接続され、作業ポートＢがタンクポートＴに接続される。制御弁３４は、これが極めて短い切換および制御時間を有するように構成されている。流体機械１８は、大きな行程容積を有し、したがってシリンダ２の駆動出力の主要部分を利用できるため、制御弁３４は比較的小さく構成することができる。したがって制御弁は、極めて高い動的特性に操作可能であり、切換および制御時間が短い。制御弁３４の所要スペースが小さいことにより、装置技術的にこれをシリンダ２にフレキシブルに配置することができ、これによって流体的にみても、極めてシリンダ２の近傍に設けることができる。このことにより、流体的な堅牢さが得られ、ひいてはシリンダ２の制御良度が高くなる。制御弁３４は、例えば流体に操作可能である。

シリンダ２のピストン２２は、例えば上部ピストンとし、またシリンダ４のピストン３６は、下部ピストンとすることができ、これらは被加工物を加工するために協調動作する。

図２によれば、機械３８は、ダブルロッドシリンダないしは上部ピストンダブルロッドシリンダとして構成されているシリンダ４０を有する。さらにこの機械は、同様にダブルロッドシリンダないしは下部ピストンダブルロッドシリンダとして構成されているシリンダ４２を有する。シリンダ４０，４２はそれぞれ弁制御部を介して制御され、これらの弁制御部はそれぞれ制御ブロック４６ないしは４８に配置されている。流体的に弁制御部に対して並列に、シリンダ４０，４２毎に、排出制御部５０ないしは５２が設けられている。制御ブロック４６の弁制御部および排出制御部５０は、パワーエレクトロニクス装置５４によって給電される。同じことは、制御ブロック４８および排出制御部５２にも当てはまり、これらはパワーエレクトロニクス装置５６によって給電される。制御ブロック４６，４８における弁制御部の流体な供給のため、流体供給ユニット５８が設けられている。制御ブロック４６および４８の弁制御部および流体供給ユニット５８を駆動制御するため、論理およびコントロールユニットを有する制御キャビネット６０が設けられている。各シリンダ４０，４２を介して１つずつの質量体６２ないしは６４を移動させることができる。

図３ａには上部ピストンの流体回路６５が示されている。この上部ピストンないしはシリンダ６６は、ダブルロッドシリンダとして構成されている。この上部ピストンは、第１流路６８を介し、流体機械１８のポートＡ１に接続されており、また第２流路７０を介して流体機械１８のポートＡ２に接続されている。ここで流体機械１８は、電動モータ２０によって駆動される。流体的に並列に、制御弁３４を有する弁制御部が設けられている。圧力ポートＰには、圧力媒体流れ方向に制御弁３４に向かって開く逆止弁を介して、調整可能な流体ポンプ７４（図３ｃを参照されたい）が接続されている。逆止弁７２と制御弁３４との間にはアキュムレータ７６が接続されており、このアキュムレータは、高圧アキュムレータである。このアキュムレータは、圧力制限弁７８を介してタンク８０（図３ｃを参照されたい）から保護されている。さらにアキュムレータ７６には、圧力媒体をタンク８０に放出するための放出弁８２が対応付けられている。

制御弁３４の作業ポートＡ，Ｂは、切換弁として構成されている遮断弁８４を介して第１ないしは第２流路６８，７０に接続されている。この遮断弁８４は、制御弁３４の作業ポートＡに接続されているポートＸと、制御弁３４の作業ポートＢに接続されているポートＹとを有する。遮断弁８４は、作業ポートＡを介して第２流路７０に接続されており、また作業ポートＢを介して第１流路６８に接続されている。遮断弁８４の第１切換位置において、ポートＡ，Ｂ，ＸおよびＹは互いに切り離されている。第２切換位置において、作業ポートＡは、ポートＸに、また作業ポートＢはポートＹに接続される。したがってこの切換位置において制御弁３４は、その作業ポートＡ，Ｂにより、流路７０ないしは６８に接続されるのである。

さらに流体回路６５は、流体予圧力装置８６を有する。この予圧力装置は、圧力ポートＰと、タンクポートＴと、作業ポートＡとを備えた圧力低減弁８８を有する。圧力ポートＰには定量ポンプ９０（図３ｃを参照されたい）が接続されている。タンクポートＴは、図３ｃのタンク８０に接続されている。圧力ポートと定量ポンプ９０との間には、圧力低減弁８８に向かって開く逆止弁９２が配置されている。圧力低減弁８８は、作業ポートＡを介して第１および第２流路６８，７０に接続可能である。ここで第１流路６８は、逆止弁９４を介して作業ポートＡに接続可能であり、第２流路７０は、逆止弁９６を介して作業ポートＡに接続可能である。逆止弁９４，９６はそれぞれ、圧力媒体流れ方向に圧力低減弁８８から遠ざかる方向に開く。これにより、定量ポンプ９０および圧力低減弁８８を介し、シリンダ６６を有する流体回路６５には、低圧によって予圧力が加えられる。付加的には、作業ポートＡは、低圧アキュムレータの形態のアキュムレータ９８に接続されている。この低圧アキュムレータは、圧力制限弁１００および放出弁１０２を介して図３ｃのタンク８０に接続可能である。

図３ａによれば、流体回路６５は、付加的に洗浄装置１０４を有する。この洗浄装置は洗浄弁１０６を有しており、この洗浄弁を介して２つの流路６８，７０を図３ｃのタンク８０に接続可能である。切換弁として構成された洗浄弁１０６は、２つの作業ポートＡ，Ｂを有しており、これらのポートは、１つずつの流路７０ないしは６８に接続されている。さらに洗浄装置１０４は、タンク８０に接続されている２つのタンクポートＴを有する。洗浄弁１０６の弁スライダのばねプリロードされた第１切換位置において、すべてのポートは互いに切り離されている。手動または電磁的に操作可能な第２切換位置において、この弁スライダは、作業ポートＡを第１タンクポートＴに接続し、また作業ポートＢを第２タンクポートＴに接続する。作業ポートＡはさらに、調整可能なスロットル１０８を介して流路７０に接続されている。同じことは作業ポートＢにも当てはまり、この作業ポートは、調整可能なスロットル１１０を介して第１流路６８に接続されている。

流体回路６５ないしはシリンダ６６を保護するため、第１安全弁１１２ないしは第２安全弁１１４が設けられている。これらはそれぞれ論理弁である。安全弁１１２により、第１流路６８を開閉制御可能である。安全弁１１４により、第２流路７０を開閉制御可能である。流路６８，７０が閉制御された状態において、制御弁３４、流体機械１８、予圧力装置８６および洗浄装置１０４は、シリンダ６６から切り離される。安全弁１１２，１１４の構成は同じであるため、以下ではわかりやすくするため、図３ａの上側の安全弁１１２だけを詳しく説明する。論理弁として構成された安全弁１１２は、通常のように構成されている。弁体１１６は、シリンダチャンバ１１８を制限しており、この弁体には、このシリンダチャンバを介してばねのばね力によって閉方向に、またリミットスイッチ弁１２０を介して圧力媒体を加えることができる。さらに弁体１１６は、リングチャンバ１２２を制限しており、この弁体には、このリングチャンバを介して開方向に、またばねのばね力に抗して、リミットスイッチ弁１２０を介して圧力媒体を加えることができる。リミットスイッチ弁１２０は２つの作業ポートＡ，Ｂと、タンクポートＴと、圧力ポートＰとを有する。作業ポートＡは、シリンダチャンバ１１８に接続されており、作業ポートＢは、リングチャンバ１２２に接続されている。タンクポートＴは、図３ｃのタンク８０に接続されている。リミットスイッチ弁１２０は、圧力ポートＰを介してシャトル弁１２４の出力ポートＡＷに接続されている。シャトル弁１２４はさらに、第１入力ポートＥ１および第２入力ポートＥ２を有する。入力ポートＥ２は、予圧力装置８６およびアキュムレータ９８に流体に接続されており、この接続は、入力ポートＥ２が、逆止弁９４と９６との間でこれらに流体的に接続されることによって行われる。択一的には入力ポートＥ２とアキュムレータ７６とを接続することが考えられる。これに対し、他の入力ポートＥ１は、第２流路７０に接続されている。これにより、入力ポートＥ１は有利には、操作すべき機械の負荷圧力ないしは重量圧が作用している一方の流路に接続されているのである。この場合、高い方の圧力を有するポートＥ１またはＥ２が出力ポートＡＷに接続され、リミットスイッチ弁１２０の圧力ポートＰに接続される。リミットスイッチ弁１２０は、弁スライダを有しており、この弁スライダは、弁スプリングを介して第１スイッチ位置ａにばねによってプリロードされる。ここでは安全弁１１２のリングチャンバ１２２は、タンク８０に接続され、またシリンダチャンバ１１８は、圧力媒体源に、すなわち流路７０または予圧力装置８６に接続される。したがって第１スイッチ位置ａにおいて安全弁１１２は閉じられる。リミットスイッチ弁１２０の弁スライダは手動または電磁的に第２スイッチ位置ｂにスライドさせることができる。第２スイッチ位置ｂではシリンダチャンバ１１８はタンクに接続され、またリングチャンバ１２２は圧力媒体源に接続される。すなわち流路７０または予圧力装置８６に接続され、これに伴って安全弁１２０が開かれる。

図３ａによれば、流路６８および７０は、第１圧力制限弁１２４および第２圧力制限弁１２６を介して互いに接続されている。第１圧力制限弁１２４は、流路７０における圧力媒体により、または第２圧力制限弁１２６は、流路６８における圧力媒体によって操作可能である。圧力制限弁１２４，１２６は、方向制御弁１２８の形態のリリーフ部を有しかつパイロット制御される圧力制限弁である。各圧力制限弁１２４，１２６の弁体には、制御管路を介して、アキュムレータ７６からの圧力媒体を加えることができ、ないしは、流体ポンプ７４からの圧力媒体を閉方向に加えることができる（図３ｃを参照されたい）。各方向制御弁１２８を介して圧力媒体をタンクに逃がすことできる。リリーフ部を有する別のパイロット制御された圧力制限弁１３２は、第１逆止弁１３４および第２逆止弁１３６を介して第１流路６８ないしは第２流路７０に接続される。逆止弁１３４，１３６はそれぞれ、圧力媒体流れ方向において圧力制限弁１３２に向かって開く。この圧力制御弁は、タンク８０への圧力媒体接続を開くことができる。この圧力制限弁には、同様に閉方向に、制御管路１３０を介してアキュムレータ７６ないしは流体ポンプ７４からの圧力媒体を供給することができ（図３ｃを参照されたい）、また方向制御弁１２８を介して逃がすことも可能である。

図３ａのダブルロッドシリンダ６６は、変位測定システム１３８を有する。さらにシリンダ６６の各シリンダチャンバには圧力測定器１４０が接続されている。

図３ｂには下側ピストンないしはシリンダ１４２が示されている。このシリンダは、流体回路６５に対応して構成されている流体回路により、図３ａのシリンダ６６に相応して制御される。シリンダ６６および１４２は協調動作し、またダイクッション軸を有する機械的なプレスの一部とすることができる。

図３ｃには、図３ａおよび３ｂに示したシリンダ６６および１４２の流体回路に圧力媒体を供給するためのユニット１４４が示されている。圧力搬送流制御器を介して調整可能な流体ポンプ７４は出力側が、ポンプ管路１４６を介し、また図３ａの逆止弁７２を介して制御弁３４の圧力ポートＰに接続されている。流体ポンプ７４は、電動モータ１４８によって駆動可能である。さらに電動モータ１４８は、定量ポンプ９０に接続されており、この定量ポンプは、ポンプ管路１５０を介し、また図３ａの逆止弁９２を介して圧力低減弁８８に接続されている。ポンプ管路１４６もポンプ管路１５０も共に、圧力制限弁１５２を介してタンク８０に圧力を逃がすことができる。さらに２つのタンク管路１５４，１５６および漏れ管路１５８は、図３ａおよび３ｂのシリンダ６６，１４２の回路６５を介して接続されている。タンク管路１５４には、冷却およびフィルタ装置１６０が設けられている。タンク管路１５４は有利には洗浄装置１０４と接続されている。

以下では図４および５において、本発明による流体回路を備えた複数の応用を例示的に説明する。すでに説明したように、上記流体回路は有利には、２０，３０，４５，６７，１００，１５０，２２５トン等々の力を有する打ち抜きニブリング機械またはダイクッションシステムに使用されることを想定している。ここでは例えば、１つの型式を扱うことができる。この流体回路は当然のことながら、従来極めて大きな弁および大きなアキュムレータスタンドによって運転／運動させられており、また多くのエネルギが消失／廃棄され、最適には利用されていない別の流体シリンダ軸に使用することも可能である。

図４の上側の線図によれば、１つの行程ｓが時間ｔについて示されている。下側の特性曲線１６２は、上側ピストンの経過を示しており、上側の特性曲線１６４は、下側ピストンの経過を示している。上側ピストンの行程ｓは、おおよそ正弦波状の経過を有する。この経過の行程ｈは約１００ｍｍである。この場合に揚力は、例えば約２０トンである。ピストンの直径は約１６０ｍｍまたシリンダロッドの直径は約１１０ｍｍを有し得る。この線図に示した時間区間ｚは、例えば約１．５秒である。特性曲線１６４に示した下側ピストンの行程ｋは、約１００ｍｍであり、これは引き行程である。下側ピストンの直径は、約１２５ｍｍであり、そのピストンロッドの直径は約９０ｍｍである。

図４の中央の線図は、速度ｖの経過を時間ｔについて示している。下側の特性曲線１６６は上側ピストンの経過を示しており、また上側の特性曲線１６８は下側ピストンの経過を示している。時間間隔ｚはここでも１．５秒である。上側ピストンの最大移動速度は、例えば約６００ｍｍ／ｓ（下側ピストン１０トン）。上側ピストンに対する排出制御部は、例えば約４００〜４５０回転／分で駆動し、また１００リットル／分を搬送することができる。下側ピストンの最大速度も約６００ｍｍ／ｓになり得る。下側ピストンの排出制御部により、例えば約２２０リットル／分が搬送され、約２００〜２５０回転／分で駆動される。

図４の下側の線図には力Ｆが時間についてプロットされている。下側の特性曲線１７０は上側ピストンの経過を示しており、また上側の特性曲線１７２は下側ピストンの経過を示している。時間間隔ｚは１．５秒である。引き行程１７４は、下側ピストンにおいても上側ピストンにおいても共に、各排出制御部のポート間の約２００バーの圧力差によって行われる。この場合に上側ピストンは約２０トンの力を有し、下側ピストンは約１０トンの力を有する。下側ピストンにおける曲線部分１７６は、約１トンおよび約２５バーの圧力差で行われる吐き出しを示している。ここの持続時間は約２００〜３００ｍｓである。特性曲線１７０における上側ピストンの経過の部分１７８は、ピストンの自重を表している。

図４の線図は、「ドロークッション応用」テストを示している。ここでは、約６００ｍｍ／ｓの移動速度および約１５．０００ｃｍ³の搬送容積で約２０行程／分が形成される。

図５によれば、「パンチ応用」テストが示されている。ここでは約２０トンの力を及ぼし得る上側ピストンが設けられている。このテストは、約９００行程／分および６００ｍｍ／ｓの移動速度ならびに１００ｃｍ³までの搬送容積で行われる。図５の上側の線図は、行程ｓの経過を時間ｔについて示している。特性曲線１８０は、２倍の行程時間１８２を示しており、これは、４ｍｍの場合には約３０ｍｓであり、６ｍｍの場合には約３５ｍｓであり、また１０ｍｍの場合には約５０ｍｓである。サイクル時間１８４は、この場合に約６０ｍｓ，約７０ｍｓないしは約１１０ｍｓとなり得る。

速度ｖが時間ｔについてプロットされている図５の中央の線図によれば、最大速度１８６は、約４５０ｍｍ／ｓ，約６００ｍｍ／ｓないしは約６５０ｍｍ／ｓになり得る。ここでこのシリンダは、直径約１６０ｍｍのピストンおよび直径約１１０ｍｍのピストンロッドを有し得る。体積流は、約２９０リットル／分、約３８０リットル／分ないしは約４２０リットル／分となり、また回転数は約３００回転／分、約４００回転／分ないしは４５０回転／分となり得る。

図５の下側の線図では、力Ｆが時間ｔについてプロットされている。最大の力は、２０トンになり、また約５〜１０ｍｓの時間間隔１８８において生じ得る。時間間隔１９０は、約６０ｍｓ，約７０ｍｓないしは約１００ｍｓとなり得る。排出制御部における圧力差は約２００ｂａｒとなり得る。

図６には、安全弁の配置についての択一的な実施形態が示されている。残りの流体配置構成は、わかりやすくするため、図６には示されていない。図６ではダブルロッドシリンダ６６が流路６８および７０の部分と共に示されている。図３ａに対応して、これらの流路間には圧力制限弁１２４および１２６が配置されている。

図３ａにおける実施形態とは異なり、流路７０には２つの安全弁１９１および１９２が配置されている。さらに流路６８にも２つの安全弁１９４，１９６が設けられている。各流路７０ないし６８の安全弁１９１，１９２ないしは１９４，１９６は、流体的に直列配置されている。すなわち、流路６８は、２つの安全弁１９４および１９６が開いてはじめて、開くのである。これらの安全弁１９４，１９６が閉じている場合、流路６８も遮断される。同じことは流路７０にも当てはまり、この流路７０は、２つの安全弁１９１，１９２が開いている場合にだけ開く。安全弁１９１，１９２のうちの１つが閉じている場合、流路７０も遮断される。安全弁１９１ないし１９６は、図３ａの安全弁１１２および１１４に対応して構成されており、相応に流体的に接続することができる。各流路７０ないしは６８に２つの安全弁１９１，１９２ないしは１９４，１９６を配置することにより、流体回路６５の安全性がさらに改善される。

ここに開示されているのは、排出制御部および弁制御部が並列接続されている流体回路である。排出制御部は、閉回路の場合のように２つのポートによって１つの消費装置に接続されている。並列の弁制御部は、開回路として駆動される。ここでは、排出制御部によって流体の駆動出力の主要部分が得られ、ひいては流体量が得られるのに対し、あらかじめ設定した圧力、変位制御曲線または速度制御曲線が弁制御部によって同時に調整されるようにする。

１ 機械、 ２，４ シリンダ、 ６，８ 流体回路、 １０，１２ 排出制御部、 １４，１６ 弁制御部、 １８ 流体機械、 ２０ 電動モータ、 ２２ ピストン、 ２４ ピストンロッド、 ２６，２８ シリンダチャンバ、 ３０，３２ 流路、 ３４ 制御弁、 ３６ ピストン、 ３８ 機械、 ４０，４２ シリンダ、 ４４ フレーム、 ４６，４８ 制御ブロック、 ５０，５２ 排出制御部、 ５４，５６ パワーエレクトロニクス装置、 ５８ 供給ユニット、 ６０ 制御キャビネット、 ６２，６４ 質量体、 ６５ 流体回路、 ６６ ダブルロッドシリンダ、 ６８，７０ 流路、 ７２ 逆止弁、 ７４ 流体ポンプ、 ７６ アキュムレータ、 ７８ 圧力制限弁、 ８０ タンク、 ８２ 放出弁、 ８４ 遮断弁、 ８６ 予圧力装置、 ８８ 圧力低減弁、 ９０ 定量ポンプ、 ９２，９４，９６ 逆止弁、 ９８ アキュムレータ、 １００ 圧力制限弁、 １０２ 放出弁、 １０４ 洗浄装置、 １０６ 洗浄弁、 １０８，１１０ スロットル、 １１２，１１４ 安全弁、 １１６ 弁体、 １１８ シリンダチャンバ、 １２０ リミットスイッチ弁、 １２２ リングチャンバ、 １２４，１２６ 圧力制限弁、 １２８ 方向制御弁、 １３０ 制御管路、 １３２ 圧力制限弁、 １３４，１３６ 逆止弁、 １３８ 変位測定システム、 １４０ 圧力測定器、 １４２ シリンダ、 １４４ ユニット、 １４６ ポンプ管路、 １４８ 電動モータ、 １５０ ポンプ管路、 １５２ 圧力制限弁、 １５４，１５６ タンク管路、 １５８ 漏れ管路、 １６０ 冷却およびフィルタ装置、 １６２，１６４，１６６，１６８，１７０，１７２ 特性曲線、 １７４ 引き行程、 １７６，１７８ 部分、 １８０ 特性曲線、 １８２ ２倍の行程時間、 １８４ サイクル時間、 １８６ 最大速度、 １８８，１９０ 時間間隔、 １９１，１９２，１９４，１９６ 安全弁 、Ａ１，Ａ２，Ｘ，Ｙ ポート、 Ａ，Ｂ 作業ポート、 Ｐ 圧力ポート、 Ｔ タンクポート、 ０ 基本位置、 ａ 第１スイッチ位置、 ｂ 第２スイッチ位置、 ＡＷ 出力ポート、 Ｅ１，Ｅ２ 入力ポート

Claims (15)

1. 排出制御部（１０）および弁制御部（１４）が流体的に並列接続されている、流体式被駆動機械（２，４）を制御するための流体回路において、
   前記排出制御部（１０）は、２つのポート（Ａ１，Ａ２）を備えた流体機械（１８）を有しており、
   前記２つのポート（Ａ１，Ａ２）は、閉じた流体回路を構成するため、それぞれ流路（３０，３２）を介して前記機械（２）に接続可能であり、
   前記弁制御部（１４）は、開いた流体回路において前記機械（２）と接続可能である、
   ことを特徴とする流体回路。
2. 前記排出制御部（１０）の流体駆動出力を形成する際、前記弁制御部（１４）によって同時に、あらかじめ設定した圧力制御曲線、および／または、変位制御曲線、および／または、速度制御曲線の偏差を調整可能である、
   請求項１に記載の回路。
3. 前記弁制御部（１４）は、前記機械（２，４）および／または前記排出制御部（１０）の開始フェーズおよび／または運動フェーズおよび／または制動フェーズ中に圧力媒体を供給または排出する、
   請求項１または２に記載の回路。
4. 前記流体機械（１８）が比較的小さい慣性および比較的大きな行程容積を有するように当該流体機械（１８）が構成されている、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の回路。
5. 前記流体機械（１８）は、比較的小さい慣性および比較的に低い回転数を有するように構成された電動モータ（２０）によって駆動される、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の回路。
6. 前記弁制御部（１４）は、高い動的特性および高い精度を有するように設計された制御弁（３４）を有する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の回路。
7. 前記遮断弁（８４）が設けられており、これによって制御弁（３４）が前記流路（６８，７０）から分離できる、
   請求項６に記載の回路。
8. 前記制御弁（３４）には、前記機械（２）用の必要な作動圧が供給できるように設計されているアキュムレータ（７６）が接続されている、
   請求項６または７に記載の回路。
9. 前記制御弁（３４）に流体ポンプ（７４）が接続されている、
   請求項６から８までのいずれ１項に記載の回路。
10. １つまたは２つの流路（６８，７０）に、あらかじめ設定した流体圧力をあらかじめ加えるための予圧力装置（８６）が設けられている、
    請求項１から９までのいずれ１項に記載の回路。
11. 少なくとも１つの流路（６８，７０）に接続されており、かつ、前記圧力媒体を介して解放可能な洗浄装置（１０４）が設けられており、
    前記洗浄装置（１０４）は、前記機械（２）の圧力制御および／または変位制御および／または速度制御の際の影響が比較的小さいかまたは回避されるように駆動制御される、
    請求項１から１０までのいずれ１項に記載の回路。
12. 前記排出制御部（１０）および前記弁制御部（１４）は、２重に保護および監視されている、
    請求項１から１１までのいずれ１項に記載の回路。
13. 前記排出制御部（１０）および／または前記弁制御部（１４）の前記機械（２）に通じる１つまたは２つの流路（６８，７０）において、１つの安全弁（１１２，１１４）またはそれぞれ複数の安全弁が配置されており、
    前記１つの安全弁（１１２，１１４）または前記複数の安全弁の閉状態において、対応する前記流路（６８，７０）が遮断され、前記１つの安全弁（１１２，１１４）または前記複数の安全弁の開状態において、対応する前記流路が開かれる、
    請求項１から１２までのいずれ１項に記載の回路。
14. 前記排出制御部（１０）は、電気的な保護回路によって保護されている、
    請求項１から１３までのいずれ１項に記載の回路。
15. 請求項１から１４までのいずれ１項に記載の回路（１）によって制御される流体シリンダ（２）を有する流体式被駆動機械。

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