JP4885223B2 - ピストン・シリンダ機構用の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン・シリンダ機構が、シリンダと、少なくとも部分的にシリンダ内に収容されてシリンダ内部空間をシリンダ軸線に沿って２つの部分空間（第１部分空間と第２部分空間）に区分するピストンとを備えており、前記第１部分空間に弁機構が連結（接続）されており、流体の圧力が該弁機構の調整（設定）された圧力設定値よりも低いとき、該弁機構は第１部分空間内に収容されている流体がこの第1部分空間から流出するのを止める閉鎖位置を占め、一方、流体の圧力が設定された圧力設定値よりも高いとき、該弁機構はこの第１部分空間内に収容されている流体が流出するのを可能とする開放位置を占める、ピストン・シリンダ機構用の制御装置であって、前記ピストンとシリンダとの間の相対運動を実行するべくこのようなピストン・シリンダ機構を制御するための制御装置と、その制御方法、および、液圧プレスのピストン・シリンダ機構へ本制御装置を使用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストン・シリンダ機構用のこの種の制御装置は、例えばプレスの分野において知られている。ここで、「プレス」という用語は、液圧力を加えることによって多種多様な種類の製品を特に成形または製造することのできる、さまざまに作動する液圧プレスの総称として使用する。このような「プレス」の例としては、液圧打抜きプレス、ギロチンシャ、耐火物・タイル産業用プレス、塩製品、灰砂煉瓦、タイル等の製品を製造するためのプレス、等がある。プレスの主軸に沿って少なくとも一方が運動可能な２つのプレス金型が互いに相対的に動かされ、こうして成形過程がもたらされて、製品の成形がおこなわれる。耐火物産業分野のプレスでは、例えば、圧縮過程によって製造される成形体の形状を少なくとも部分的に決定するダイ内でのパンチの相対運動によってばら（ばらばらの形態）の成形材料が圧縮される。実行される打抜きステップまたは剪断過程によってプレス作業サイクルの終了が与えられている打抜き過程またはギロチン断裁過程とは異なり、耐火物産業の前記プレスの成形過程は、パンチが特定路程を進み、主シリンダ内に特定圧力が達成（形成）されるか、またはこれら両方の判定基準が特定の公差（許容）範囲内にあるかのいずれかのときに終了する。
【０００３】
冒頭に指摘した種類の制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構は、主シリンダまたは主パンチ用だけでなく、副機能用としても利用され、この副機能は制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構によってやはり実行される。このような副機能とは、例えば、耐火物産業分野において前記プレスのダイのダイ壁体が圧縮過程終了後に移動することである。これはダイからの成形体のいわゆる抜出し（型抜き）をおこなうものであり、成形体は固定パンチまたは主シリンダで支えられ、ダイ壁体は、制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構が引き起こす運動によって主作業軸に対して相対的に移動し、こうしてダイが成形体から遠ざけられる。
【０００４】
プレスを基準に制御装置によって制御される副シリンダの配置に応じて、抜出し過程は、作用方向によって副シリンダのピストンロッドの伸長方向または収縮方向で行うことができる。ダイ壁体を固定保持して、制御装置によって制御される主シリンダの運動によって成形体を抜き出すことも当然に可能である。
【０００５】
ダイからの成形体の前記抜出しを考慮してピストン・シリンダ機構用の制御装置を検討すると、シリンダの第１部分空間に連結された弁機構は、例えばこのようなピストン・シリンダ機構のピストンに連結されたダイの自重を補償するという周知の機能を有する。このため、前記弁機構において所定の圧力設定値が設定され、この圧力設定値は、第１部分空間内に収容されている流体内にダイの自重によって引き起こされる圧力と少なくとも同じ大きさの値である。これにより他の付加的な圧力なしに閉鎖条件が満たされ、前記第１部分空間内の流体は該第１部分空間から流出することが可能となり、従って、ダイは、自身の自重が流体圧力によって補償されるので、設定された位置で保持される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、冒頭に指摘した種類の制御装置は、通常の技術的設計のとき、制御装置の耐久性と、制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構の耐久性とに関して、あまり満足できるものとはならないことが判った。というのも、比較的短い作動時間後に、位置測定システムまたは管路システム等の制御装置自体の部材に損傷が生じ、またはピストン・シリンダ機構、例えば溶接部に破損およびその他のさまざまな機械的損傷が生じるからである。制御装置の部材およびこの制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構の寿命が前記検討したようにあまり満足できるものでない結果、相応する部品は補強して設計されなければならなくなる。というのも、さもないと部品は費用をかけて修理または交換しなければならず、場合によっては修理作業期間中プレスを作動させることができず、こうして生産にロスが発生するからである。
【０００７】
例えば、流体圧式ショックアブソーバ等の緩衝器を制御装置の管路システム中に組込むことによって、前記問題を解決することが試みられた。しかしながら、このような措置は期待した成果をあげることはできなかった。
【０００８】
本発明の課題は、先行技術において生じる前記問題に鑑みておこなわれたもので、一方で、プレス内で利用時にそれ自体高まった耐久性を有し、しかもそれによって制御されるピストン・シリンダ機構の耐久性をも高め、こうしてこれらプレス部品の寿命を延長することを可能とする冒頭に指摘した種類のピストン・シリンダ機構用の制御装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、弁機構と第１部分空間とに連結された予圧機構が、第１部分空間の方向でピストンに作用する荷重に起因したピストン運動によって流体内に引き起こされる圧力負荷の減衰（低減ともいう）に備えるように機能し、前記ピストンに作用する荷重にかかわりなくこの予圧機構によって流体内で所定の予圧値へ昇圧させることを可能せしめることによって、意外なほど簡単に解決される。
【００１０】
制御装置およびピストン・シリンダ機構の液圧システム全体における動的圧力状態の詳細かつ正確な分析が、本発明の根底にある。この分析の結果として、従来の制御装置によるあまり満足できない耐久性を低減させている主因が機械的負荷であり、この機械的負荷自体は液圧システム全体の機械的振動の発生に起因していることが確認された。ピストン・シリンダ機構の部分空間の一方に収容されている流体がシリンダ軸線に沿ったピストン運動によって昇圧に曝された後にこれらの機械的振動が発生し、流体の流出は流れ抵抗に抗して起きる。これにより液圧システム内に圧力ピークが発生し、この昇圧を引き起こすピストン運動に対抗して働く。そのことから、ピストン・シリンダ機構全体にとって相応に高い機械的負荷を有する振動が発生する。
【００１１】
それに対して、本発明に係るピストン・シリンダ機構用の制御装置によれば、前記予圧機構によって流体内に生じる昇圧が流体内に予圧をもたらす。この予圧の結果、制御装置によって制御されたピストン・シリンダ機構に相応する液圧軸の固有振動数が高まり、これにより、本来減衰されることなく現れる圧力ピークが大きく減衰され、こうしてもはや損傷を生じることがなくなる。
【００１２】
本発明に係るピストン・シリンダ機構用の制御装置の作用形態をさらに明確にするために、耐火物産業分野における前述した例のプレスを再び取り上げ、この例に基づいて、前述した技術的な分析を説明する。この例では、制御装置によって制御されるピストン・シリンダ機構は、ダイの移動によってダイから成形体を抜き出すための副機能用にも利用されている。
【００１３】
まず、このようなプレスの利用時に、成形領域で働く諸力が、４０００ｋＮ〜３６０００ｋＮのオーダ内にあることに注意しなければならない。ばらばらの形態の成形材料がダイ内でこのような諸力によって圧縮されて所定の形態に成形される場合、ダイの側壁に対して強い圧力が主作業軸を横切る方向にも生じる。なぜならば、成形材料は、強い諸力で主作業軸を横切ってダイの側壁に押付けられるからである。成形体とダイ壁体との間に、成形過程終了後でも、相応に高い静摩擦力が生じる。この静摩擦力は、成形体の抜出し時にピストン・シリンダ機構によって克服されなければならない。それゆえに、少なくともダイ運動を誘起するのに強い力が必要となる。
【００１４】
しかしながら、静摩擦力を克服するのに必要な力の正確な値は正確に計算することができない。というのも、それは極く多様なパラメータ、例えば圧縮された材料、ダイ内のキャビティ数、加圧力、成形体のダイ壁体に接触する表面の寸法等に依存しているからである。
【００１５】
前記抜出しに必要なこの未知の力に相応して、成形体を抜き出すための通常の方法も行われる。このため、シリンダの（第２）部分空間内に、例えばピストン側で比較的ゆっくりと昇圧されて、臨界値に達したときに、この圧力は、静摩擦力を克服するのに必要な力をピストン・シリンダ機構を介してダイ壁体に作用させるのに、十分である。静摩擦力の克服とともに、静摩擦力から滑り摩擦（動摩擦）力への変化が急激に起きて、ピストンが動き、成形体の前記抜出し過程が開始される。
【００１６】
しかしながら、開始されたピストン運動によって、別の（第１）部分空間内で、より正確にはそこに収容されている流体内で、急激な昇圧が引き起こされる。この急激な昇圧の原因は、昇圧中にピストン側で、つまりピストン側に収容されている流体内で、シリンダ空間の圧力を受ける容積にピストン側で特定の圧縮容積が形成されていることにある。極く短い時間（２０ｍｓ）内に起きる前記圧縮容積の除圧は、第１部分空間の方向へのピストン運動をもたらし、そこで急激な昇圧を引き起こす。急激な昇圧の結果、軸、すなわち第１部分空間内の流体は、運動方向に極く強く加速される。その際、１０Ｇを超える加速値が計算で得られることさえある。この加速に伴う流体容積流は、ふつう、閉じた弁機構に、調整（設定）された圧力設定値で、導かれる。この圧力設定値は、ダイの自重のみによって流体内に引き起こされるであろう圧力よりも高い。結局、設定された圧力設定値に相応して軸は第１部分空間内での未制御な増圧を介して減速され、高く設定された圧力設定値は低く設定された圧力設定値よりも大きな減速値をもたらす。この制御時に、弁機構は加速によって発生する圧力衝撃によってはじめて開放されるので、この措置は十分「迅速」に起きるのでなく、第１部分空間内での未制御な増圧によって発生する圧力ピークは、本来の荷重圧力の６倍の値にまで上昇することがある。
【００１７】
ピストン・シリンダ機構用の従来の制御装置では軸の固有振動数が小さく、圧力ピークの減衰がそれに相応して弱く、機械に対する前記好ましくない作用を及ぼす振動が発生することがある。
【００１８】
これに対して、本発明による制御装置では、第１部分空間内で流体に予圧が予定され、従って液圧軸の大きな固有振動数が予定される。振動の励起はもはや発生することがなく、または強く減衰され、機械にとって好ましくない作用は強く低減される。
【００１９】
本発明に係る制御装置の他の利点は、まさに流体の圧力が圧力設定値の極力近傍またはそれ以上となるように昇圧を生成することによって達成することができる。圧力が圧力設定値以下に留まる限り、弁機構はなお閉鎖位置に留まるが、しかし弁機構の開放のためにはそれに相応する僅かな更なる他の昇圧が必要であるだけの状態であり、つまり、この状態において、弁機構は「準予備開放」している。圧力が既に圧力設定値以上であるとき、この弁機構は予備開放している。その場合、当然に、次に（僅かではあるが）生じる流体流出によって予圧が過度に強く増圧されるより前にピストン運動は生じるべきである。両方の事例、特に第２の事例では、弁機構の応答時間が予圧なしの事例に比べて著しく減少することが付加的に達成される。こうして、第１部分空間からの流体流出は一層迅速に開始することができ、そのことで有害な圧力ピークの値が低下する。
【００２０】
本発明に係る制御装置の他の利点は、予圧と弁機構の（準）予備開放を準備的に実現することができ、つまりセンサまたは別のメカニズムによって第１部分空間内での昇圧が記録されてはじめて実現されるのではない点にある。こうして与えられた極く単純で故障し難いメカニズムは振動励起を防止し、または少なくとも振動励起の有害な作用を強力に低減させる。
【００２１】
有利な構成としては、予圧値が圧力設定値に等しく、または圧力設定値よりも極く僅かだけ高く、例えば０．１％以上高く、好ましくは０．５％以上高く、特に１％以上高いことである。こうして、弁機構の予備開放は十分に達成することができる。また、このような予圧値でもって軸の十分な減速が達成される。望ましくは、予圧値と圧力設定値との差が圧力設定値の２０％以下、好ましくは１０％以下、特に５％以下であることである。かかる場合、流体の流出量は十分に僅かなままであり、予圧が過度に早く低下することはない。
【００２２】
好ましい１実施形態において、弁機構が少なくとも２ステージで構成され、弁機構の２ステージがメインステージを有し、メインステージの解放／遮断位置は弁機構の開放／閉鎖位置に一致し、圧力設定値が設定された予備ステージの開放時にのみ前記メインステージはその解放位置を占めることができ、予備ステージの開放後に解放位置を占めるのに必要な圧力は圧力設定値と比較して小さな圧力にすぎない。前記２ステージ式の弁機構を利用することで、予備ステージ（パイロット弁）の予備開放によってメインステージに対して荷重が模擬される。予備ステージの開放時にメインステージを開放するのに費やされねばならない力はもはや設定された圧力設定値に一致したものでなく、メインステージがその開放直後に直ちに大容積の流体の流出を可能とすることが達成される。圧力設定値と比較して小さいこの圧力はメインステージの閉鎖メカニズム内で予定されている非液圧閉鎖力に一致する。
【００２３】
望ましくは、本発明により設けられる予備ステージとメインステージが第１部分空間と液圧的に連結されており、流体の圧力は、一方でその圧力付加がメインステージの遮断に対抗して働くメインステージの荷重側に加わり、他方でその圧力付加がメインステージの解放に対抗して働くメインステージの制御側と予備ステージとに加わり、第１部分空間と制御側との間の、少なくとも一部に迂回管路を有する連結の長さは主に第１部分空間と荷重側との間の連結の長さよりも長いことである。迂回管路とは、この場合、メインステージの荷重側の迂回を意味する。連結の長さとは、この場合、必ずしも空間的長さではなく、連結に沿った圧力伝搬用に必要な時間の尺度のことである。こうして、例えばオリフィスシステムが連結の「延長」をもたらす。
【００２４】
従って、予備ステージの閉鎖時、そして流れによる力が現れない限り、すなわち軸が静止位置にある限り、予備ステージの予備開放時にも、メインステージは液圧的に圧力補償されており、しかし、非液圧的に作用する閉鎖機構、例えばばねによって遮断される。ばねは、望ましくは、圧力に換算して０．５〜２０バール、主に１〜１０バール、特に３〜５バールのばね力を加えることができるようなばねであることである。ピストン運動によって流体内で引き起こされる昇圧は、予備ステージの前に、メインステージの制御側の前でも、時間をずらしてメインステージの荷重側に達し、メインステージが制御側で荷重側よりも僅かな圧力の作用を受けて開放され、メインステージを介して流体の流出を行うことができるようになる。こうして有利なことに（要するに）、予備ステージの開放による最小の時間的ずれと、引き続きメインステージの完全開放が生じるのみである。流体の圧力が流体の流出によって圧力設定値以下に低下すると、メインステージは閉鎖機構によって閉じる。
【００２５】
本発明により予定される、荷重にかかわりなく生成される流体の昇圧は、望ましくは、管路システムを介して第１部分空間と弁機構に連結された蓄積器システムから引き起こされる。予圧の形成はサイクルに左右されることなく特別簡単に実現することができる。このような制御装置内に蓄積器システムが既に設けられている場合、この蓄積器システムは前記した他の機能用に利用することができる。サイクルに左右されることなく形成される予圧の他の利点は、振動励起が弁機構の減衰回路に伝達されるのでなく、こうしてメインステージが安定的過渡応答を示すことにある。ピストン運動の確実な減速はこうして保証することができる。
【００２６】
相応する管路システムを介した蓄積器システムの弁機構への連結は、望ましくは、メインステージの制御側と予備ステージとの間のパイロット管路に直接行われることである。こうして、第１部分空間内での昇圧が蓄積器自体に及ぼす望ましくない反作用を著しく減らすことができる。
【００２７】
さらに、蓄積器システムをパイロット管路と連結する管路システム中に、該パイロット管路中に、および／またはメインステージの荷重側と制御側との間の迂回管路区域内に、単数又は複数のオリフィスシステムを設けておくことができる。こうして流体の静状態のとき圧力比は不変なままである。しかしながら、動的作動時に容積流の減少と連結長さの「延長」（前記参照）を達成することができ、そのことから希望するような確実な流体の流出は実質的に完全にメインステージを介して行うことができる。
【００２８】
制御装置の特別簡単な１構成において、流体内での昇圧は、制御位置においてだけでなく、永続的に引き起こすことができる。
【００２９】
好ましくは、弁機構で設定される圧力設定値は調整可能とすることができ、つまり特に最大予圧値は調整可能とすることができる。そのことは、一方で設計上単純な１構成において手動設定によって可能としておくことができる。他方でそのことが制御全体の集束化にとって有利となるのは、圧力設定値が比例制御可能であり、特に制御器によって設定された制御応力によって調整され、制御応力が磁気的に圧力設定値に変換される場合である。比例制御可能とは、設定された圧力設定値が制御器によって設定された制御応力に比例しているようにすることが可能なことである。
【００３０】
本発明の特別望ましい１実施形態では、予圧後の弁機構の応答時間が僅かに５０ｍｓ未満、好ましくは２０ｍｓ未満、特に５ｍｓ未満にすぎないようにすることである。こうして、前記で既に述べたように、発生する圧力ピークの値は付加的に減らすことができる。
【００３１】
これまで紹介した本発明に係る制御装置の特徴は、ピストン・シリンダ機構のピストンとシリンダとの間で相対運動が始まるときに生じる問題、特に、ダイからの成形体の抜出し過程のときの例えば静摩擦トルク等の、運動に対抗して働く保持力を急激に克服して運動を行うときに生じる問題に、関係している。本発明の他の観点は、こうして開始された抜出し過程の継続に関係している。
【００３２】
このため有利には、第１部分空間の方向に液圧で引き起こされるピストンの相対運動のために必要とされる第２部分空間への作動流体の供給が、第１動作モードのとき、ポンプシステムから発する第１作動流体容積流によって少なくとも一部で第１管路システムを介して行うことができ、また第２動作モードのとき、蓄積器システムから発する第２作動流体容積流によって少なくとも一部で第２管路システムを介して行うことができ、第１動作モードから第２動作モードに切換えるための切換手段が設けられているように構成することである。こうして、ポンプシステムは相対運動のために第１動作モードの作動中に利用可能でなければならないだけとすることができる。
【００３３】
前記切換手段が、第１管路システム内の圧力の上昇を生成するための手段と、第１制御時に第１管路システム内の圧力が設定された圧力閾値を上まわるとき、蓄積器システムと第２部分空間との間の連結を自動的に解放するための手段と、第２制御時にこの連結を維持するための手段とを有すると、特別有利な構成となる。こうして、他の所要のセンサまたは制御命令なしに蓄積器システムと第２部分空間との間の連結を自動的に解放することによって、作動流体を供給する圧力源の切換時に不連続性が引き起こされることがなく、両方の動作モードの間で満足のゆく移行が開始される。
【００３４】
好ましくは、昇圧は第１作動流体容積流を絞り弁で絞ることによって引き起こされるようにすることである。こうして、動的特性値を損なうことなく圧送制御から順に絞り制御への移行を行うことができる。望ましくは、絞り弁が比例制御可能に設計されており、そのことから簡単な中央制御が可能となるように構成することである。また、絞り弁はなお他の機能を果たすことができ、例えば相対運動方向の全般的切換を引き起こすことができる。しかし、第１作動流体容積流の絞りは、相対運動の減速も引き起こし、従って、第１制御は、制動制御と特徴付けることができる。それに対して、第２制御は、切換のため選択される（第２動作モード中に維持することのできる）位置決め制御と特徴付けることができる。
【００３５】
ポンプシステムからの圧送制御中、ポンプシステムによって生成されかつ第１管路システム内を支配する圧力は蓄積器システム内の圧力よりも基本的に低い。蓄積器システムへの解放が自動的に行われることになる圧力閾値は、有利には蓄積器システム内の圧力によって実質上決定されているが、しかしそれより僅かに上であることである。こうして、機構内に既に存在する圧力は、主要な閾値基準として利用することができ、そのことから自動解放を構造上特別簡単に実現することが可能となる。
【００３６】
重要な利点が得られるのは、過剰割合分の第１作動流体容積流が蓄積器システム内に誘導されることを制御装置が可能とするように構成された場合であり、この過剰割合分は作動流体容積流をそのまま維持して第１作動流体容積流の絞りを行うときに生ずる。つまり、ポンプシステムは、特に絞り弁によって引き起こされる絞り状態が起きるよりもゆっくりと反応する。そのことから生じる過剰割合分の第１作動流体容積流を蓄積器システム内へ導くことができない場合には、第１管路システム内にやはり有害な圧力ピークが生成されることになる。こうして、蓄積器システムが、付加的に再補給される。
【００３７】
蓄積器システムに至る連結を解放するための手段の好ましい１実施形態としては、閉路弁機構が設けられており、この閉路弁機構が第１管路システムに連結された第１接続口と第２管路システムに連結された第２接続口とを備えた蓄積器閉路弁を有し、接続口への各圧力付加が蓄積器閉路弁の閉鎖に対抗して働き、第１接続口と第２接続口との間の連結が蓄積器閉路弁の開放によって開路されることを介して、前記解放は行われるようにすることである。こうして、前記解放は特別簡単に、つまり蓄積器閉路弁の（自動）開放のみによって発生させることができる。
【００３８】
さらに、前記蓄積器閉路弁が、第３接続口を有し、この接続口の圧力付加が蓄積器閉路弁の開放に対抗して働き、かつ第３接続口に連結された弁群によって決定されており、また弁群が第１弁を有し、この第１弁が第１制御時に開放しており、かつ第３接続口から第２管路システムに至る連結を解放するように構成することである。蓄積器閉路弁を閉鎖するのに必要な圧力は、このような弁群を介して簡単な構造の形態で加えることができる。
【００３９】
特別望ましい１実施形態として、前記蓄積器閉路弁において第１接続口の有効面積と第２接続口の有効面積との合計が第３接続口の有効面積に実質上等しく、閉鎖要素が特にばねの形態で設けられており、補償された圧力比のとき、この閉鎖要素が力で蓄積器閉路弁の閉鎖を引き起こし、この力を補償するには第１接続口の有効面積に相応して換算された補償圧力が必要であり、前記設定される圧力閾値が蓄積器システム内の圧力と補償圧力との合計によって決定されるように構成することである。このような蓄積器閉路弁は２ポート２位置切換弁によって簡単に実現することができる。補償された圧力比とは、液圧に起因した力平衡が支配的であることを意味する。つまり、第１有効面積とそこに加わる圧力との積と、第２有効面積とそこに加わる圧力との積との合計は、第３有効面積とそこに加わる圧力との積に等しい。この力が平衡している場合、閉鎖要素が蓄積器閉路弁の位置を決定する。
【００４０】
弁群が第２弁を有し、この弁が、第２制御時に開放した位置のとき第３接続口を除圧し、かつ蓄積器システムと第２部分空間との間の結合の維持を、特に蓄積器閉路弁に設けられたセンサによってこの連結の解放を記録した後に可能とすることによって、一旦閉路されたなら、蓄積器システムに至る連結を特別簡単に維持することができる構成となる。この完全除圧は、蓄積器閉路弁の開放に対する液圧抵抗を迅速に低下させる。こうして、第１制御（制動制御）から第２制御（位置決め制御）への切換は大きな時間損失なしに行うことができる。
【００４１】
制御装置の好ましい１実施形態として、さらに、第３制御時に蓄積器システムに至る結合の解放を阻止するための手段が設けられているように構成することである。このことが有利な構成となるのは、例えばピストン運動に対抗して働く保持力を克服するのに必要な圧力を加えるために、蓄積器システム内の圧力よりも高い圧力が第１管路システム内に増圧されねばならない場合である。その場合にも、蓄積器と第２部分空間との間の連結が閉鎖されると、このような昇圧は不可能となる。従って、第３制御は、増圧制御と特徴付けることもできる。
【００４２】
この目的のため、特別有利な実施形態としては、弁群が第３弁を有し、この第３弁が、第３制御時に開放した位置のとき第３接続口と第１、第２管路システムから選択された高圧の支配する管路システムとの連結によって蓄積器閉路弁を閉鎖位置で遮断しており、管路システムのこの選択が、特に自動的に、両方の管路システムに連結された第４弁によって行われるような構成である。望ましくは、第４弁は単純なシャトル弁で構成しておくことができる。
【００４３】
第２制御（位置決め制御）時に蓄積器システムと第２部分空間との連結が確実に維持されるや、ポンプシステムは基本的に遮断することができる。しかしながら、好ましい１実施形態においては、ポンプシステムは連結解除弁によってこの連結から引き離されるだけであり、他の機能用、例えば他のピストン・シリンダ機構の制御用に利用可能なことである。
【００４４】
本発明は、ピストン・シリンダ機構用の制御装置だけでなく、ピストン・シリンダ機構を作動させるための方法にも関連しており、このような制御方法は特に前記種類の制御装置によって実施することができる。
【００４５】
ピストン・シリンダ機構のピストンとシリンダとの間の相対運動を制御するための本発明に係る方法では、第１方法ステップのとき、圧送制御時の作動流体供給としてポンプシステムによって生成される第１作動流体容積流によってピストン・シリンダ機構のピストンとシリンダとの間に相対運動が引き起こされ、第２方法ステップのとき、ポンプシステムによってさらに生成される第１作動流体容積流を絞ることによって圧送制御から絞り制御への移行が開始され、従って相対運動の減速が開始され、移行によって形成された過剰割合分の第１作動流体容積流がポンプシステムと蓄積器システムとの間の連結の自動解放によって蓄積器システム内に誘導され、第３方法ステップのときこの連結の維持が引き起こされ、減速された相対運動用に蓄積器システムから連結を介して第２作動流体容積流によって作動流体供給が行われる。
【００４６】
この方法は、一方で例えば圧送制御時に液圧圧力エネルギーを熱に僅かに変換するだけで、ピストン・シリンダ機構内でピストンの加速および急速移動を実行できる利点と、他方で蓄積器システムからピストンの制動運動を行う利点とを結びつけ、これにより、ポンプシステムは別の課題のために自由となる。さらに、ポンプシステムから蓄積器システムへの作動流体供給の移行が自動的に開始され、不連続性なしに行われると有利な構成となる。
【００４７】
絞り過程は、望ましくは、制御器によって算出された制動時点で始まる。こうして、両方の動作モードは特別効率的な時間経過を維持して互いに移行することができる。
【００４８】
主に、自動解放は蓄積器閉路弁を介して行われ、この蓄積器閉路弁は弁群によって制御され、第１接続口に連結された第１管路システムを介してポンプシステムに連結され、また第２接続口に連結された第２管路システムを介して蓄積器システムに連結されており、第１制御時に弁群の第１弁は、特に或る／前記制御器の非制御によって開放しており、第１管路システム内の圧力が、絞りに起因した上昇によって、設定された圧力閾値を上まわると、開放して前記自動解放を生じさせる。こうして、制御方法において作動流体供給の間の切換は、弁群の制御を制御器によって制御できるようにするだけで、特別簡単に実行することができる。
【００４９】
蓄積器システムと第２部分空間との間の連結の維持は、望ましくは以下の如くに行われることである。すなわち、第３方法ステップのとき弁群の第２弁が第２制御時に特に制御器の制御によって開放され、この開放によって蓄積器閉路弁の第３接続口が除圧され、従って前記維持が引き起こされ、特に蓄積器閉路弁に設けられるセンサによって前記解放が記録されかつ相応する信号が制御器に転送される一方、第１弁が特に制御器の制御によって閉鎖されることによって、制御器の制御が引き起こされ、第１作動流体容積流が第２部分空間との連結から切り離されるようにする。つまり、第２弁の開放によって蓄積器閉路弁の第３接続口は除圧され、これにより蓄積器閉路弁は永続的に開放されたままとなる。それゆえに、第１作動流体容積流は別の目的に切換えることができる。解放直後にセンサがそのことを記録して相応する信号を制御器に直接転送する場合、第１、第２弁の切換は有利なことに時間損失なしに行うことができる。
【００５０】
第３方法ステップ後、ピストンの相対運動は蓄積器システムから供給される絞り制御によって制御される。望ましくはいまや、第４方法ステップのとき、ある第２制御時／前記第２制御時に、蓄積器システムから引き起こされる第２作動流出容積流の絞りによってピストンとシリンダとの間の相対運動が停止されて所望の相対運動端位置を占める。こうして、ピストンとシリンダとの間の位置決めは０．０１ｍｍまで正確に達成することができる。
【００５１】
第１方法ステップのなお前に実行される準備的方法ステップのとき、弁群の第３弁が第３制御時に、特に制御器の制御によって開放され、第１弁が特に制御器の制御によって閉鎖され、第２弁が特に制御器の非制御によって閉鎖され、第３接続口と第１、第２管路システムから選択された高圧の支配する管路システムとの連結によって蓄積器閉路弁が閉鎖位置で遮断されることによって、前記解放が防止され、この管路システムの選択が特に自動的に、両方の管路システムに連結された第４弁によって行われると、場合によっては望ましい実施形態となる。
【００５２】
このことが特別有意義であるのは、本来の運動を開始できる前に、ピストン運動とは逆向きの保持力が克服されねばならず、このため第２部分空間内に、従って第１管路システム内でも、蓄積器システム内の圧力を超える増圧が引き起こされるときである。こうして、第３制御は増圧制御と特徴付けることができる。
【００５３】
第１部分空間内に受容された流体内に予圧を実現する点に関して、本発明が予定する制御方法では、第１部分空間の方向でピストンに作用する荷重にかかわりなく流体内に所定の予圧値への昇圧が生成される。上述したように、運動の誘起後に振動励起によって有害な作用が発生し得ないことはこうして確保される。特にこの方法は、望ましくは、上記した実施形態の制御装置によって実施することができる。
【００５４】
引き続き、ポンプシステムによって生成される作動流体容積流によって、第２部分空間内に受容された作動流体の圧力、従って荷重を高めることができ、第１部分空間の方向でピストン運動が誘起されるに至る。特に、ダイからの成形体の抜出し過程の場合のようにその値が最初から既知ではない荷重がピストン運動に対抗して働くとき、静摩擦力に達してはじめて運動は開始される。そのような場合、第２部分空間内での昇圧はゆっくり行うことができる。こうしてなかんずく、もはや利用できないポンプ出力をポンプシステムが引き続き加えるような事態は防止することができる。
【００５５】
ピストンの移動と位置決めとに必要な他の前記方法ステップをいまや実施することができ、ピストン運動を誘起する前に特に準備的方法ステップが実行され、位置測定システムが運動誘起を記録して相応する信号を制御器に転送したなら、特に制御器によって第１作動流体容積流による圧送制御に切換えられる。
【００５６】
この発明で紹介した制御方法と紹介した制御装置は、特に保持力の克服後にはじめてピストンとシリンダとの間で相対運動が可能となるとき、多種多様な利用形態のピストン・シリンダ機構用に有意義に利用することができる。しかし特に、耐火物・タイル産業分野における液圧プレス用に前記した制御装置を利用することが想定される。制御器によって制御されるピストン・シリンダ機構は特に、既に例示的に述べたダイからの成形体の抜出し過程用に利用される。
【００５７】
本発明のその他の詳細および諸利点は、図示した実施例についての以下の説明から読み取ることができる。
【００５８】
まず、制御装置のコンポーネント、それらの配置および機能様式が以下で説明される。引き続き、液圧プレスにおいてダイからの成形体の抜出し過程の例に基づいてピストン・シリンダ機構用の制御方法が説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
図１は液圧プレス１００の概略構造を示す縦断面図である。本液圧プレス１００は、上桁部材１０１と下桁部材１０２とを有し、この上桁部材１０１は支柱１０７で支えられており且つ前記下桁部材１０２の上方に配置されている。前記下桁部材１０２に固着された固定下金型１０４が真上に突出している。前記上桁部材１０１に配置された可動可能な上金型１０３が前記下金型１０４と一緒に液圧プレス１００の主作業軸を形成し、この上金型１０３の下金型１０４に向かう運動によって、該下金型１０４と上金型１０３との間にある、ばらばらの成形材料を、所定の形態の煉瓦（成形体）１１０へと圧縮し成形することができる。横方向において成形体の形状はダイ１０５によって決定される。前記ダイ１０５に固定結合されたダイ壁体１０６は前記支柱１０７に沿って移動可能に支承されている。前記ダイ壁体１０６を移動させるのに役立つピストン・シリンダ機構１０９は、抜出し過程時に、そのピストン９が下向きへの突き出し運動によって、ピストン力Ｆ_Kで前記ダイ１０５を、前記成形体１１０から遠ざける。しかしながら、このような移動運動を誘起できるようにするために、ピストン力Ｆ_Kは前記成形体１１０と前記ダイ１０５の側壁との間の静摩擦力Ｆ_Hを克服しなければならない。
【００６０】
図２ａは、制御装置のコンポーネントを示す図である。この図に示す実施例では、４つのピストン・シリンダ機構１０９が設けられており、これらのピストン・シリンダ機構１０９のピストン９は前記ダイ１０５と固定的（一体的）に連結されている。各ピストン９は付属するピストン・シリンダ機構１０９のシリンダの内部空間を２つの部分空間に分割し、つまり、ここではピストン９自体を挿通したシリンダの環状空間８（第１部分空間）とシリンダのピストン方空間１６（第２部分空間）とに、分割する。前記シリンダの環状空間８内にある流体１７は、有効面積としてのシリンダの環状面（ドーナツ状の面をいう）３１を介して圧力を受けて、前記シリンダからの前記ピストン９の伸長運動に対抗して働く。前記流体１７は、この場合、好適な作動流体となる。同様に、前記シリンダのピストン方空間１６内に配置される作動流体は、有効面積としての前記シリンダのピストン頂面２１を介して圧力を受けて、前記ピストン９の収縮運動に対抗して働き、場合によってはこのピストン９の伸長運動を引き起こすことができる。
【００６１】
ところで、これら４つのピストン・シリンダ機構１０９を制御する制御装置は、ポンプシステム１５と蓄積器システム６とを有する。これらのポンプシステム１５と蓄積器システム６は、多数の弁および管路システムを介して前記ピストン・シリンダ機構１０９に連結されており、多数の弁の切換に対応して前記シリンダの環状空間８および／または前記シリンダのピストン方空間１６内の圧力比を変更することができ、当然に前記ピストン９の伸長運動または収縮運動を引き起こすことができる。その際、以下で詳しく述べる、前記弁および弁機構の制御も、前記ポンプシステム１５の制御も、制御器２３によって電子的に行われる。
【００６２】
まず、前記ポンプシステム１５の作用モードとその連結の構成について述べる。かかるポンプシステム１５は、該ポンプシステム１５から発生する第１作動流体容積流がこのポンプシステム１５に還流するのを防止する逆止弁１９'''を介して、切換弁として設計された連結解除弁１４に連結されている。この連結解除弁１４を切換えることによって、前記第１作動流体容積流は他の逆止弁１９''''を介して蓄積器システム６へ誘導されてこの蓄積器システム６内に移送可能となっている。それに対応する図として図２ａに、前記連結解除弁１４を切り替えた状態のものが示されている。この連結解除弁１４において交差する矢印で表した他の切換位置のとき、第１作動流体容積流は、他の制御２２のために、例えば図１に示す液圧プレス１００の主軸（上金型）用に使用することができる。この連結解除弁１４の図２ｃに示す他の切換時には、前記第１作動流体容積流は、他の切換弁、絞り弁１２、蓄積器閉路弁２９の接続口底面（第１接続口）Ａ、そして切換弁５（第４弁）に供給されるが、そのことは後で説明する。前記絞り弁１２の切換に対応して、第１作動流体容積流は、一方で絞りによって通過量をゼロにして遮断することができ、または、前記ピストン・シリンダ機構１０９への連結を可能とすることができる。これは一方で他の逆止弁１９’および配管システム１８を介して、前記シリンダの環状空間８へと、または、前記絞り弁１２の図２ｃに示す切換がおこなわれると、前記シリンダのピストン方空間１６へと、第１作動流体容積流を供給することができる。前記絞り量に関して、この切換弁１２は比例制御をおこなうことが可能である。
【００６３】
図２ｃにおいて矢印ａ〜ｆで示すように、第１作動流体容積流が前記ポンプシステム１５から前記シリンダのピストン方空間１６の方へ供給されている場合、このシリンダのピストン方空間１６内で昇圧を引き起こすことができる。
【００６４】
前記シリンダのピストン方空間１６内での前記昇圧がピストン９の伸長運動をも生じさせるか否かは、なかんずく、前記配管システム１８を介して前記シリンダの環状空間８と連結された荷重補償弁１（弁機構）が、開放または閉鎖のいずれであるのかによって定まる。前記荷重補償弁１もしくはそのメインステージ２が開放されていると、前記シリンダの環状空間８にある流体１７は、前記配管システム１８、前記開放されたメインステージ２および絞り弁１２を介して、タンク内に流出することができる。このような流れの経路が、図２ｃにおいて矢印ｇ〜ｎで示してある。
【００６５】
しかしながら、前記ピストン９に連結された前記ダイ１０５の自重は、既に、それ自体でこのピストン９の伸長運動を引き起こすような荷重として作用する。しかしながら、前記伸長運動は望ましくないため、前記荷重補償弁１によって以下の如くに防止される。つまり、この荷重補償弁１で圧力設定値が設定されて、前記荷重補償弁１の開放、従って前記シリンダの環状空間８からの流体１７の流出は、設定された圧力設定値をこの流体１７の圧力が上まわってはじめて行うことができる。荷重補償に必要な圧力設定値Ｐは以下の如く計算される：Ｐ＝Ｆ／Ａ₃₁ 。 ここで、Ｆはダイ１０５の自重に起因した力、Ａ₃₁は全シリンダの環状面３１の合計である。
【００６６】
前記荷重補償弁１は、メインステージ２と、該メインステージ２をパイロット制御するためのパイロット弁として働く予備ステージ（以下、パイロット弁ともいう）４とからなる。設定された圧力設定値はこのパイロット弁４に加わり、該パイロット弁４に隣接するパイロット管路４２内の圧力が設定された圧力設定値を上まわると該パイロット弁４が開く。このパイロット管路４２は、やはり、絞り作用を有する板１３を介して前記配管システム１８と、つまり、前記シリンダの環状空間８と連結されている。すなわち、静状態のとき流体１７の圧力は前記パイロット管路４２を介して前記パイロット弁４にも加わる。他方で、前記圧力は前記メインステージ２の閉鎖に対抗して働くこのメインステージ２の荷重側に加わるだけでなく、このメインステージ２の開放に対抗して働くこのメインステージ２の制御側にも加わる。前記メインステージ２内に組込まれたばね１１も、このメインステージ２の開放に対抗して働くので、前記パイロット弁４の開放によってこのメインステージ２の制御側が除圧されるのでない限り、このメインステージ２は閉じたままであり、前記ばね１１のこの実施例において換算された４バール（bar:１bar＝100kPa）のばね力がなお克服されねばならないだけである場合、このメインステージ２は開く。前記メインステージ２の閉鎖と開放は、前記板１３も含む前記ピストン１０によって直接引き起こされる。前記パイロット弁４自体は直接に比例制御される公知の圧力安全弁であり、閉鎖メカニズムは磁気的であり、前記制御器２３によって設定された制御応力に比例して制御される。
【００６７】
本発明に係る予圧機構は、この実施例において前記蓄積器システム６と、区域（セクション）６２およびオリフィス板３を備えた第２管路システム７とを有する。前記蓄積器システム６からの圧力の連結は、前記パイロット管路４２への区域６２の連結を介して行われる。前記シリンダの環状空間８および前記配管システム１８内に収容されている流体１７の予圧は、前記蓄積器システム６から、図２ｂに示す矢印ａ〜ｌに示す順路を経て伝わる。
【００６８】
既に述べたように、第１管路システム２８は前記蓄積器閉路弁２９との連結も前記シャトル弁５との連結もあり得る。前記蓄積器システム６も、図２ａ〜図２ｃ、特に図３ａ〜図３ｄに認めることができるように、前記第２管路システム７を介して前記蓄積器閉路弁２９の環状面への接続口Ｂに連結されている。この蓄積器閉路弁２９自体は組込式の２ポート２位置切換弁で構成されており、底面への接続口（第１接続口）Ａの有効面積はいわゆる１００％有効面積に一致し、環状面への接続口（第２接続口）Ｂの有効面積はいわゆる５０％有効面積に一致し、制御面へのさらに含まれる接続口（第３接続口）Ｃの有効面積はいわゆる１５０％有効面積に一致する。前記接続口Ａの有効面積、前記接続口Ｂの有効面積に対する圧力は前記蓄積器閉路弁２９の閉鎖に対抗して作用し、前記接続口Ｃの有効面積に対する圧力は閉鎖するばねの換算された圧力と一緒に蓄積器閉路弁２９の開放に対抗して作用し、換算されたこの圧力は本実施例において約４バールである。当然、有効面積は実際に１００％、５０％、１５０％の相互比にある必要はないが、しかし１５０％有効面積は両方の有効面積１００％、５０％の合計に等しくなければならない。すなわち、すべての接続口Ａ、Ｂ、Ｃの有効面積で圧力が一致するとき、前記蓄積器閉路弁２９は、閉鎖するばねの作用によって閉鎖される。
【００６９】
いかなる圧力が１５０％有効面積（接続口Ｃ）に加わるのかは、開閉弁２５（第１弁）と、閉開弁２４（第２弁）、開閉弁２６（第３弁）、シャトル弁５とからなる弁群の切換によって決定される。前記開閉弁２５は、基本回路のとき、つまり制御されないとき該開閉弁２５は開放されており、前記制御器２３による制御時に前記開閉弁２５が閉鎖されていることを意味し、中間位置は設けられていない。同様に、前記閉開弁２４、２６は前記制御器２３の制御によって開放され、基本の位置（ポジション）では閉鎖されている。これら開閉弁２４、２５、２６のそれぞれは、前記蓄積器閉路弁２９の制御面への接続口Ｃに至る連結を開放する。前記連結は、前記開閉弁２５の開放時に前記第２管路システム７に連結され、従って圧力の点で前記蓄積器システム６と連結され該蓄積器システム６内の圧力となる。前記開閉弁２４の開放によって実現される連結は、タンクへの連結であり、つまり前記蓄積器閉路弁２９の制御面への接続口Ｃを完全に除圧する。前記開閉弁２６の開放によって実現される連結は、前記シャトル弁５と連結されることである。前記シャトル弁５は、前記第１管路システム２８内の圧力が前記第２管路システム７内の圧力よりも高いとき前記蓄積器閉路弁２９の制御面への接続口Ｃを前記第１管路システム２８に連結し、その逆に前記第２管路システム７内の圧力が前記第１管路システム２８内の圧力よりも高いとき制御面への接続口Ｃを前記第２管路システム７に連結するように設計されている。
【００７０】
つまり、前記開閉弁２４、２５、２６のうちの１つのみがその都度開放される一方、残りの両方（２つ）の弁は閉鎖されている。制動制御（第１制御）のとき前記開閉弁２５が開放されている一方、前記開閉弁２４、２６は閉鎖されている。このように制御されているとき前記３つの開閉弁２４、２５、２６の基本的な状態の回路に一致する。というのも、いずれの開閉弁２４、２５、２６も前記制御器２３によって制御されていない状態であるからである。位置決め制御（第２制御）のとき前記開閉弁２４が制御され開放される一方、前記開閉弁２５は制御され閉鎖されており、前記開閉弁２６は制御も閉鎖もされていない。増圧制御（第３制御）のとき前記開閉弁２６が制御され開放される一方、前記開閉弁２４は制御も閉鎖もなされておらず、前記開閉弁２５は制御され閉鎖されている。この増圧制御のとき、前記蓄積器閉路弁２９は常に閉鎖されている。
【００７１】
最後に、制御装置の実際の状態について一定の情報を制御器２３に信号通知するシステムがさらに設けられている。前記蓄積器閉路弁２９に設けられているセンサ３０は、この蓄積器閉路弁２９が開放または閉鎖のいずれであるかを前記制御器２３に伝達する。特に、前記制動制御（第１制御）時に前記蓄積器閉路弁２９が開くと、前記センサ３０は、前記制御器２３に、直接その信号を通知する。
【００７２】
位置測定システム２７も設けられており、この位置測定システム２７はピストン・シリンダ機構１０９に対する前記ダイ１０５の位置を、従って前記ピストン９の位置も、前記制御器２３へ信号によって通知する。特に、前記抜出し過程のとき成形体と前記ダイ１０５との間で生じる静摩擦力を克服した後に、かかるダイ１０５もしくは前記ピストン９の運動が急激に始まるとき、前記位置測定システム２７は、前記制御器２３に直接信号を通知する。
【００７３】
最後に、この実施例では配管システム１８に連結された圧力安全弁がさらに設けられており、この圧力安全弁は例えば緊急時に流体１７の除圧をもたらすことができる。そして、逆止弁１９を介して、シリンダのピストン方空間１６に至る供給管路に連結されたタンクが設けられており、前記ピストン９の伸長運動のとき前記シリンダのピストン方空間１６内に真空が形成されることのないように、このタンクから前記シリンダのピストン方空間１６へ、場合によっては吸引によって、作動流体を供給することができる。
【００７４】
前記ピストン・シリンダ機構１０９を作動させるための方法を以下に詳しく説明するが、この方法は、本実施例において前記ダイ１０５からの成形体の抜出し過程に至る全体の工程を可能とする。本方法の最初の状態が図１に示す状態であり、この状態のときばらばらの成形材料は既に液圧プレス１００によって煉瓦（成形体）１１０へと圧縮されており、前記ダイ１０５は静摩擦力Ｆ_Hの抵抗に抗して前記ピストン・シリンダ機構１０９によって下方に移動させられる。
【００７５】
まず、前記蓄積器システム６からの昇圧によってシリンダの前記環状空間８および前記配管システム１８内の流体１７に予圧が生成される。この予圧の生成がおこなわれる流体１７の流れは図２ｂに矢印ａ〜ｌで示されている。前記流体１７の圧力が所定の予圧値にされ、この予圧値は前記パイロット弁４で設定された圧力設定値と同じ高さに調整されており、従って、予圧の生成時に前記パイロット弁４は開放されるが、前記荷重補償弁１のメインステージはなお閉鎖したままであるが、但し「準予備開放」されている。というのも、前記荷重補償弁１のメインステージの開放は、いまや前記流体１７内でのなお比較的小さな付加的昇圧（換算された４バールのばね力に相当）によって引き起こすことができるからである。同時に、前記２ポート２位置切換弁１２は前記シリンダのピストン方空間１６の方向で第１作動流体容積流の完全制御という図２ｃに示す切換位置に既に切換えることができる。弁群が前記増圧制御（第３制御）に切換えられ、そのことはやはり図２ｃに図示されている。既に述べたように、この増圧制御（第３制御）のとき前記蓄積器閉路弁２９は確実に閉鎖されている。この制御の状態は図３ａに示してあり、前記第１管路システム２８内の圧力が前記蓄積器システム６内の圧力よりも高くなければならず、前記シャトル弁５は図３ａに示す矢印ａ、ｂ’〜ｆに沿って前記第１管路システム２８を前記蓄積器閉路弁２９の制御面への接続口Ｃと連結する。前記接続口Ａと前記接続口Ｂとの結合は、他の制御におけると同様に、図３ａに示す矢印ａ、ｂもしくはｇ〜ｉによっても行われる。
【００７６】
よって、前記シリンダのピストン方空間１６内で増圧が始まる。このため、第１作動流体容積流は、前記ポンプシステム１５から、前記２ポート２位置切換弁１４が図２ｃに示す切換位置に切換わることによって、前記シリンダのピストン方空間１６へと流れる。既に触れたように、静摩擦力Ｆ_Hを克服するのに必要な力もしくはこの力に達するのに必要な圧力が前記シリンダのピストン方空間１６内で何時達成されるかは正確には既知でないので、静摩擦力Ｆ_Kの急激な克服でもって前記ダイ１０５および前記ピストン９の運動が始まるまで、圧力は単純にゆっくりと高められる。
【００７７】
静摩擦力Ｆ_Hが急激に克服される結果、前記シリンダのピストン方空間１６内に蓄積され且ついまや急激に解放される圧縮容積によって軸は下方に加速される。しかしながら、前記流体１７内の予圧の作用と荷重補償弁１の「準予備開放」とによって、圧力負荷が現れるにもかかわらず、前記制御装置および前記ピストン・シリンダ機構１０９に、破損が生じることはない。前記ダイ１０５の確実な捕捉が保証されている。
【００７８】
前記ダイ１０５もしくは前記ピストン９の運動開始を前記位置測定システム２７で記録し、この情報を前記制御器２３に信号によって通知することで、次のプロセス段階が開始される。前記ダイ１０５は取出し位置に移動しなければならない。これはまず、圧送制御において、前記ポンプシステム１５から発する第１作動流体容積流によって行われる。前記ポンプシステム１５のポンプ出力が前記制御器２３によって切換えられる出力値は、相応する第１作動流体容積流を介して、この制御器２３によって計算される速度値に従って前記ダイ１０５の移動運動を行わせることができる。前記第１管路システム（２８）内の圧力は、前記蓄積器システム６内の圧力よりも低い。いまや、移動運動は、第１作動流体容積流の減少によって、前記ポンプシステム１５側で最後まで案内することができる。しかし、本発明によれば運動のさまざまな継続した案内が予定されている。
【００７９】
前記弁群が制動制御（第１制御）により制御されて、図３ｂに示す圧力状況が前記蓄積器閉路弁２９に生じる。いずれにせよ、前記蓄積器閉路弁２９の接続口Ａが前記第１管路システム２８と連結され、前記接続口Ｂが前記第２管路システム７と連結されており、この状況は矢印ａ、ｂもしくはｃ〜ｅで示してある。前記接続口Ｃがやはり前記第２管路システム７と連結されており、そのことは図３ｂに矢印ｃ、ｄ、ｅ’、ｆ〜ｈで示されている。この状況のとき前記蓄積器閉路弁２９は閉鎖されているが、しかしながら、前記第１管路システム２８内の圧力が、前記蓄積器システム６内の圧力に、ばね力を克服するための本実施例において４バールを加えた圧力にまで上昇すると、開放することができる。
【００８０】
前記制御器２３によって計算された時点でこの制御器２３が前記２ポート２位置切換弁１２を制御し、第１作動流体容積流が絞られる。そのため、圧送制御から絞り制御への移行が起き、前記ダイ１０５の運動は相応に減速される。前記ポンプシステム１５から発する第１作動流体容積流は同じ値に設定されたままである。従って、一定したポンプ出力において絞ることによって前記第１管路システム２８内で圧力が高まる。この第１管路システム２８内の圧力が前記圧力閾値に達したなら、前記蓄積器閉路弁２９が開き、図３ｃに示す状態が生じる。
【００８１】
前記ポンプシステム１５から発して残存する過剰割合分の第１作動流体容積流は、開いた前記蓄積器閉路弁２９を通して、前記蓄積器システム６内に誘導される。これは図３ｃに示す矢印ａ〜ｆに従って行われる。この誘導が重要であるのは、前記ポンプシステム１５が絞りによって引き起こされる（５０ｍｓ）よりもゆっくりと（２５０ｍｓ）反応するからであり、さもないと反応時間差（２００ｍｓ）の間に前記第１管路システム２８内に圧力ピークが形成される。前記蓄積器閉路弁２９の周りでの圧力比はいまや高い動特性を有する。つまり、図３ｃに示した矢印ｇ〜ｊで示唆した前記接続口Ｃと前記蓄積器システム６との連結だけでなく、矢印ａ〜ｄ、ｉ、ｊで示唆した前記第１管路システム２８と前記接続口Ｃとの連結も成立する。このため、前記蓄積器閉路弁２９は開放直後に不安定な平衡状態となっている。
【００８２】
次に、他のプロセス段階において、前記蓄積器閉路弁２９のこの不安定な平衡状態が終了し、前記蓄積器システム６から移動運動用の作動流体が供給される。つまり、前記センサ３０は前記蓄積器閉路弁２９の実行による開放を直接記録し、この情報を前記制御器２３に信号通知する。それを受けて前記制御器２３は位置決め制御（第２制御）で弁群を制御する。そのことから生じる状況が図３ｄに示してある。前記開閉弁２５の閉鎖によって前記接続口Ｃと前記蓄積器システム６および前記第１管路システム２８との結合が遮断される。同時に、図３ｄに矢印ａ〜ｅで示唆したように前記開閉弁２４の開放によって前記接続口Ｃが前記タンクにかけて除圧される。かかる接続口Ｃの除圧は当然に前記蓄積器閉路弁２９の確実な開放を引き起こし、従って前記蓄積器システム６と前記シリンダのピストン方空間１６との連結を実現する。この連結よって、いまや、前記ダイ１０５の移動運動の実行に必要な作動流体（第２作動流体容積流）の供給は、図３ｄに示す矢印ｆ〜ｋに沿って行われる。
【００８３】
前記２ポート２位置切換弁１２の絞りによって、移動運動の減速は、実際、既に開始されている。いまや、最終プロセス段階でなお問題となるのは、所望の最終位置への前記ダイ１０５の正確な位置決めである。このため、いまや前記蓄積器システム６から行われる作動流体の供給は前記制御器２３が前記２ポート２位置切換弁１２を制御することによってさらに絞られ、こうして、絞り制御で前記ダイ１０５の所望する待機位置は、０．０１ｍｍの精度で正確に達成される。このように待機位置に達することで、抜出し過程は終了する。
【００８４】
次に、他の作業サイクル用の充填高さに前記ダイ１０５が再び上昇する移動運動は、抜出し過程の相応する移動段階と同様に行うことができ、当然に前記２ポート２位置切換弁１２は、上昇運動のために直線的切換位置に切換えられる。前記ポンプシステム１５から供給される圧送制御において前記ダイ１０５の加速と急速移動が再び行われ、圧送制御から絞り制御への移行と、それに続いて、位置決めのために、再び前記蓄積器システム６から行われる作動流体（第２作動流体容積流）の供給が生じる如き切換が行われる。
【００８５】
（プロセス）経過全体を制御する前記制御器２３は、同じ移送速度および移動経路を経て機能的な経過が同じ時間的経過をもって絶えず引き起こすことができるだけでなく、むしろ例えば移動速度と移動経路または制動時点もサイクルごとに異なるように切換えることのできる機能的な経過の時間的経過を変更できるように設計された電子制御装置である。これらの移動速度、移動経路および制動時点は一方で前記電子制御装置（制御器）２３によって計算することができ、他方でこれらを手動で入力できる可能性も想定されている。
【００８６】
本発明は、前記実施例にのみ限定されるのでない。むしろ、明細書および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、個々に任意に組合せて、さまざまな実施形態において本発明を実現するうえで本質的であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る制御装置また本発明に係る制御方法によって制御し作動させることができるプレスのピストン・シリンダ機構を示す液圧プレスの略縦断面図である。
【図２ａ】ピストン・シリンダ機構とそこへ作動流体を供給するシステムの構成と作動流体の流れを制御する制御装置及び該制御装置の構成要素を示す概略図である。
【図２ｂ】ピストン・シリンダ機構とそこへ作動流体を供給するシステムの構成と作動流体の流れを制御する制御装置とを示す概略図で、どのような経路でピストン・シリンダ機構内に予圧が引き起こされるのかを示す図である。
【図２ｃ】ピストン・シリンダ機構とそこへ作動流体を供給するシステムの構成と作動流体の流れを制御する制御装置とを示す概略図で、該ピストン・シリンダ機構のピストンとシリンダとの間で相対運動が始まる時点の制御装置内の圧力状況を示す図である。
【図３ａ】図２の制御装置と閉路弁機構を示す部分拡大図で、第３制御（増圧制御）時の弁群の回路と圧力状況を示す図である。
【図３ｂ】図２の制御装置と閉路弁機構を示す部分拡大図で、蓄積器閉路弁が開く前の第１制御（制動制御）時の弁群を示す図である。
【図３ｃ】図２の制御装置と閉路弁機構を示す部分拡大図で、蓄積器閉路弁が過剰割合の第１作動流体容積流を蓄積器システムに誘導する第１制御時の弁群を示す図である。
【図３ｄ】図２の制御装置と閉路弁機構を示す部分拡大図で、第２制御（位置決め制御）時の弁群を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 弁機構（荷重補償弁）
２ メインステージ
３ オリフィスシステム（オリフィス板）
４ 予備ステージ（パイロット弁）
５ 第４弁（シャトル弁）
６ 蓄積器システム
７ （第２）管路システム（蓄積器システムに至る接続口付き管路システム）
８ 第１部分空間（シリンダの環状空間）
９ ピストン
１０ ピストン（メインステージ２のピストン）
１１ 閉鎖機構（ばね）
１２ 絞り弁（比例切換弁あるいは切換弁ともいう）
１３ オリフィスシステム（板）
１４ 連結解除弁（切換弁）
１５ ポンプシステム
１６ 第２部分空間（シリンダのピストン方空間）
１７ 流体
１８ （環状空間に至る）配管システム
１９、１９’、１９''、１９'''、１９'''' 逆止弁
２０ ダイ
２１ シリンダのピストン頂面
２２ 他の制御部（例えば上金型）
２３ 制御器（電子制御装置）
２４ 第２弁（閉開弁）
２５ 第１弁（開閉弁）
２６ 第３弁（閉開弁）
２７ 位置測定システム
２８ 第１管路システム（ポンプシステムに至る接続口付き第１管路システム）
２９ 蓄積器閉路弁
３０ センサ
３１ シリンダの環状面
４２ パイロット管路
６２ （第２）管路システム７の区域
１００ 液圧プレス
１０１ 上桁部材
１０２ 下桁部材
１０３ 上金型
１０４ 下金型
１０５ ダイ
１０６ ダイ壁体
１０７ 支柱
１０９ ピストン・シリンダ機構
１１０ 押型煉瓦（成形体）
Ａ 第１接続口（底面：図において単に面Ａと表示）
Ｂ 第２接続口（環状面：図において単に面Ｂと表示）
Ｃ 第３接続口（制御面：図において単に面Ｃと表示）
Ｆ_H 保持力（静摩擦力）
Ｆ_K 荷重（ピストン力）

Claims (30)

1. ピストン・シリンダ機構が、シリンダと、少なくとも部分的に前記シリンダ内に収容され前記シリンダの内部空間をシリンダ軸線に沿って２つの部分空間（８、１６）に区分するピストン（９）とを備えており、
   前記２つの部分空間（８、１６）のうちの第１部分空間（８）に弁機構（１）が連結されており、
   前記第１部分空間（８）内の流体（１７）の圧力が前記弁機構（１）で設定された圧力設定値よりも低いとき、前記弁機構（１）は、前記第１部分空間（８）内に収容された前記流体（１７）が前記第１部分空間（８）から流出するのを止める閉鎖位置となり、
   前記流体（１７）の圧力が前記弁機構（１）で設定された圧力設定値よりも高いとき、前記弁機構（１）は、前記第１部分空間（８）からの前記流体（１７）の流出を可能とする開放位置となる、
   ピストン・シリンダ機構用の制御装置において、
   前記弁機構（１）と前記第１部分空間（８）とに連結された予圧機構が、
   前記２つの部分空間（８、１６）のうちの第２部分空間（１６）内に形成される圧縮容積が圧力を解放しようとすることによって発生し前記第１部分空間（８）の方向へ向けて前記ピストン（９）に作用する負荷が、かかるピストン（９）を動すことによってもたらされる、前記流体（１７）内の、急激な昇圧の形態をした圧力負荷を、低減せしめる準備をおこない、
   前記第１部分空間（８）の方向へ向けて前記ピストン（９）に作用する前記負荷にかかわりなく、前記予圧機構によって、前記第１部分空間（８）に収容されている前記流体（１７）を所定の予圧値へ昇圧することが可能であることを特徴とする制御装置。
2. 前記予圧値が、前記圧力設定値に等しいか又は前記圧力設定値よりも０．１％以上高い、請求項１記載の制御装置。
3. 前記予圧値と前記圧力設定値との差が、前記圧力設定値の２０％以下である、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記弁機構（１）が少なくとも２ステージで構成され、前記２ステージのうちの一つがメインステージ（２）であり、前記メインステージ（２）の解放／遮断位置が前記弁機構（１）の開放／閉鎖位置に一致し、前記２ステージのうちの他の１つであって前記圧力設定値に設定されている予備ステージ（４）の開放時にのみ、前記メインステージ（２）はその解放位置を占めることができ、前記予備ステージ（４）の開放後に、前記メインステージ（２）が解放位置を占めるためには、前記圧力設定値と比較して小さな圧力のみが必要であるにすぎない、請求項１〜３のいずれか１の項に記載の制御装置。
5. 前記予備ステージ（４）と前記メインステージ（２）が前記第１部分空間（８）と液圧的に連結されており、
   前記第１部分空間（８）内の流体（１７）の圧力は、一方でその圧力付加が前記メインステージ（２）の遮断に対抗して働く前記メインステージ（２）の荷重側に加わり、他方でその圧力付加が前記メインステージ（２）の解放に対抗して働く前記メインステージ（２）の制御側に加わり、加えてその圧力付加が前記予備ステージ（４）に加わり、
   前記第１部分空間（８）と前記制御側との間の、少なくとも一部に迂回管路を有する連結長さが、前記第１部分空間（８）と前記荷重側との間の連結長さよりも長くなっている、請求項４記載の制御装置。
6. 前記予圧機構が蓄積器システム（６）を有し、前記蓄積器システム（６）によって、管路システム（７）を介して、昇圧が引き起こされる、請求項１〜５のいずれか１の項に記載の制御装置。
7. 前記管路システム（７）が、前記予備ステージ（４）と前記メインステージ（２）の制御側とを連結するパイロット管路（４２）に連結された区域（６２）を有する、請求項５又は６記載の制御装置。
8. 前記迂回管路、前記パイロット管路（４２）、前記区域（６２）うちの少なくとも１つが、オリフィスシステム（１３、３）を有する、請求項５〜７のいずれか１の項に記載の制御装置。
9. 前記流体（１７）が静状態のとき、前記予圧機構によって生成される昇圧が継続するように構成された、請求項１〜８のいずれか１の項に記載の制御装置。
10. 前記圧力設定値が調整可能である、請求項１〜９のいずれか１の項に記載の制御装置。
11. 前記圧力設定値が比例制御可能である、請求項１〜１０のいずれか１の項に記載の制御装置。
12. 前記弁機構（１）の応答時間が１ｍｓ〜５０ｍｓの範囲内である、請求項１〜１１のいずれか１の項に記載の制御装置。
13. ピストン・シリンダ機構用の制御装置であって、前記ピストン・シリンダ機構が、シリンダと、少なくとも部分的に前記シリンダ内に収容されて前記シリンダの内部空間をシリンダ軸線に沿って２つの部分空間（８、１６）に区分するピストン（９）とを備え、
    前記２つの部分空間（８、１６）のうちの第１部分空間（８）の方向へ流体の圧力で引き起こされる前記ピストン（９）の相対運動のために必要な前記２つの部分空間（８、１６）のうちの残りの第２部分空間（１６）への作動流体の供給が、
    第１動作モードのとき、ポンプシステム（１５）から生ずる第１作動流体容積流によって少なくとも一部で第１管路システム（２８）を介して行うことができ、
    また第２動作モードのとき、蓄積器システム（６）から生ずる第２作動流体容積流によって少なくとも一部で第２管路システム（７）を介して行うことができ、
    さらに、前記第１動作モードから前記第２動作モードに切換えるための複数の切換手段が設けられているピストン・シリンダ機構用の制御装置において、
    前記複数の切換手段は、
    前記第１管路システム（２８）内に昇圧を生じさせるために前記第１作動流体容積流を絞る絞り弁（１２）を備えて、前記第１管路システム（２８）内の圧力の上昇を生成するための手段と、
    第１制御時に前記第１管路システム（２８）内の圧力が設定された圧力閾値を上まわるときに、前記蓄積器システム（６）と前記第２部分空間（１６）との間の連結を自動的に解放するための手段と、
    第２制御時に前記蓄積器システム（６）と前記第２部分空間（１６）との間の連結を維持するための手段と、
    前記第１作動流体容積流をそのまま維持して前記第１作動流体容積流を絞ることによって生成される過剰割合分の前記第１作動流体容積流を、前記圧力閾値超過時に前記蓄積器システム（６）内に導くようになっている、複数の切換のための手段と、
    を有する、制御装置。
14. 前記圧力閾値が、前記蓄積器システム（６）内の圧力によって決定されている、請求項１３記載の制御装置。
15. 前記蓄積器システム（６）と前記第２部分空間（１６）との間の連結の解放が閉路弁機構を介して引き起こされ、
    前記閉路弁機構が、前記第１管路システム（２８）に連結された第１接続口（Ａ）と前記第２管路システム（７）に連結された第２接続口（Ｂ）とを備えた蓄積器閉路弁（２９）を有し、
    前記第１接続口（Ａ）と前記第２接続口（Ｂ）への各圧力付加が前記蓄積器閉路弁（２９）の閉鎖に対抗して働き、
    前記第１接続口（Ａ）と前記第２接続口（Ｂ）との間の連結が、前記蓄積器閉路弁（２９）の開放によって開路されることを介して、前記解放が行われる、請求項１３又は１４に記載の制御装置。
16. 前記蓄積器閉路弁（２９）が第３接続口（Ｃ）を有し、
    前記第３接続口（Ｃ）の圧力付加が、前記蓄積器閉路弁（２９）の開放に対抗して働き、かつ前記第３接続口（Ｃ）に連結された弁群によって決定されており、
    また前記弁群が第１弁（２５）を有し、
    前記第１弁（２５）が、第１制御時に開放されており、かつ前記第３接続口（Ｃ）から前記第２管路システム（７）への連結を解放する、請求項１５記載の制御装置。
17. 前記蓄積器閉路弁（２９）において、
    前記第１接続口（Ａ）の有効面積と前記第２接続口（Ｂ）の有効面積との合計が前記第３接続口（Ｃ）の有効面積に等しく、閉鎖要素が設けられており、補償された圧力比のとき前記閉鎖要素が力で前記蓄積器閉路弁（２９）の閉鎖を引き起こし、前記力を補償するためには前記第１接続口（Ａ）の有効面積に相応に換算された補償圧力が必要であり、前記設定された圧力閾値が前記蓄積器システム（６）内の圧力と補償圧力との合計によって決定される、請求項１６記載の制御装置。
18. 前記弁群が第２弁（２４）を有し、この第２弁（２４）は、第２制御時において開放した位置のとき、前記第３接続口（Ｃ）を除圧し、かつ前記蓄積器システム（６）と前記第２部分空間（１６）との間の連結の維持を可能とする、請求項１６又は１７記載の制御装置。
19. さらに、第３制御時に前記蓄積器システム（６）と前記第２部分空間（１６）との間の連結の解放を阻止するための手段が設けられている、請求項１３〜１８のいずれか１の項に記載の制御装置。
20. 前記弁群が第３弁（２６）を有し、前記第３弁（２６）は、前記第３制御時において開放した位置のとき、前記第３接続口（Ｃ）と、前記第１、第２管路システム（２８、７）のうちから選択された高圧になった管路システムとの連結によって、前記蓄積器閉路弁（２９）を閉鎖位置で遮断している、請求項１６〜１８のいずれか１の項に記載の制御装置。
21. 前記第２制御時に、前記ポンプシステム（１５）が、連結解除弁（１４）によって前記第１管路システム（２８）から連結解除可能である、請求項１３〜２０のいずれか１の項に記載の制御装置。
22. ピストン・シリンダ機構を制御するための方法であって、
    第１方法ステップのとき、圧送制御時の作動流体供給としてポンプシステム（１５）で生成される第１作動流体容積流によって、前記ピストン・シリンダ機構のピストン（９）とシリンダとの間に相対運動が引き起こされ、
    第２方法ステップのとき、前記ポンプシステム（１５）でさらに生成される第１作動流体容積流を絞ることによって圧送制御から絞り制御への移行が開始されるものにおいて、
    前記移行にともなって、前記相対運動の減速が開始され、前記減速が開始されることによって形成された過剰割合分の前記第１作動流体容積流が、前記ポンプシステム（１５）と蓄積器システム（６）との間の連結の自動解放によって前記蓄積器システム（６）内に誘導され、
    第３方法ステップのとき前記連結が維持され、前記減速された相対運動のための前記作動流体の供給が、前記連結を介して、前記蓄積器システム（６）からの第２作動流体容積流によって、行われる方法。
23. 前記絞ることが、制御器（２３）によって算出された制動時点で始まる、請求項２２記載の方法。
24. 前記自動解放が蓄積器閉路弁（２９）を介して行われ、前記蓄積器閉路弁（２９）は、弁群によって制御されるとともに、第１接続口（Ａ）に連結される第１管路システム（２８）を介して前記ポンプシステム（１５）に連結され、また第２接続口（Ｂ）に連結された第２管路システム（７）を介して前記蓄積器システム（６）に連結されており、第１制御時に前記弁群の第１弁（２５）は、前記第１管路システム（２８）内の圧力が絞りに起因した上昇によって設定された圧力閾値を上まわると、開放して前記自動解放を引き起こす、請求項２２又は２３記載の方法。
25. 前記第３方法ステップのとき前記弁群の第２弁（２４）が第２制御時に開放され、この開放によって前記蓄積器閉路弁（２９）の第３接続口（Ｃ）が除圧され、従って前記維持が引き起こされ、前記第１弁（２５）が閉鎖されることによって、前記第１作動流体容積流が前記第２部分空間（１６）から遮断される、請求項２４記載の方法。
26. 第４方法ステップのとき、前記第２制御時に前記蓄積器システム（６）から生ずる前記第２作動流体容積流が絞られることによって、前記ピストン（９）と前記シリンダとの間の前記相対運動が停止されて所望の相対運動の端位置を占める、請求項２５に記載の方法。
27. 前記第１方法ステップの前に実行される準備的方法ステップのとき、
    前記弁群の第３弁（２６）は第３制御時に開放され、
    前記第１弁（２５）と前記第２弁（２４）は閉鎖され、
    前記第３接続口（Ｃ）と、前記第１、第２管路システム（２８、７）のうちから選択された高圧になった管路システムとの連結によって、前記開放が妨げられ、
    前記蓄積器閉路弁（２９）が閉鎖位置で固定され、
    前記選択は、前記第１，第２管路システム（２８、７）の両者に連結された第４弁（５）によって自動的に行われる、請求項２５又は２６記載の方法。
28. ピストン・シリンダ機構を制御するための方法であって、
    前記ピストン・シリンダ機構が、シリンダと、少なくとも部分的に前記シリンダ内に収容されて前記シリンダの内部空間をシリンダ軸線に沿って２つの部分空間（８、１６）に区分するピストン（９）とを備えており、前記２つの部分空間（８、１６）のうちの第１部分空間（８）が弁機構（１）と連結されており、
    前記第１部分空間（８）内の流体（１７）の圧力が前記弁機構（１）で設定された圧力設定値よりも低いとき、前記弁機構（１）は、前記第１部分空間（８）内に収容された流体（１７）が前記第１部分空間（８）から流出するのを止める閉鎖位置を占め、
    前記第１部分空間（８）内の流体（１７）の圧力が前記圧力設定値よりも高いとき、前記弁機構（１）は、前記第１部分空間（８）内に収容された流体（１７）が前記第１部分空間（８）から流出するのを可能とする開放位置を占める、方法において、
    前記第１部分空間（８）の方向へ向けて前記ピストン（９）に作用する負荷にかかわりなく、
    前記第２部分空間（１６）内に形成される圧縮容積が圧力を解放しようとすることによって発生し、前記第１部分空間（８）の方向へ向けて前記ピストン（９）に作用する負荷が、前記ピストン（９）を動すことによってもたらされる、前記流体（１７）内の、急激な昇圧の形態をした圧力負荷を、低減せしめる準備をおこなうべく、
    前記第１部分空間の前記流体（１７）を所定の予圧値へ昇圧させる、ピストン・シリンダ機構を制御するための方法。
29. さらに、ポンプシステム（１５）によって生成される作動流体容積流によって、前記２つの部分空間（８、１６）のうちの前記第２部分空間（１６）内に収容された作動流体の圧力が高められ、それに伴って、前記負荷に対抗して働く保持力に打勝って前記ピストン（９）の前記第１部分空間（８）の方向への運動が開始されるまで、前記負荷が高められる、請求項２８記載の方法。
30. 請求項１〜２１のいずれか１の項に記載の制御装置が、液圧プレスのピストン・シリンダ機構のために使用される制御装置であって、
    前記ピストン・シリンダ機構が、前記液圧プレスによって圧縮される成形材料からなる成形体を、前記成形体の形状を決定づけるダイから、抜き出すプロセスにおける、副作業軸に用いる、ピストン・シリンダ機構であることを特徴とする制御装置。

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