WO2005052382A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

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WO2005052382A1
WO2005052382A1 PCT/DE2004/002485 DE2004002485W WO2005052382A1 WO 2005052382 A1 WO2005052382 A1 WO 2005052382A1 DE 2004002485 W DE2004002485 W DE 2004002485W WO 2005052382 A1 WO2005052382 A1 WO 2005052382A1
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WO
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drive device
pressure
primary
piston
secondary piston
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Application number
PCT/DE2004/002485
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Inventor
Jörg Dantlgraber
Original Assignee
Bosch Rexroth Ag
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Publication date
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Priority to CN2004800314906A priority patent/CN1871440B/zh
Priority to DE502004006966T priority patent/DE502004006966D1/de
Priority to US10/573,501 priority patent/US7555901B2/en
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    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member

Definitions

  • the invention relates to a drive device according to the preamble of patent claim 1.
  • Electromechanical-hydraulic drive devices of this type are used in work machines in which fast adjustment movements and high forces are to be realized.
  • Preferred machines are punching machines, nibbling machines, presses and plastic injection molding machines.
  • a drive device for plastic injection molding machines is disclosed in DE 101 35 516 AI by the applicant.
  • the drive device has a hydraulic power converter, which is connected to a hydraulic actuating device via pressure lines
  • Molded clamping plate is connected.
  • the power converter has a primary and a secondary piston-cylinder unit with a small primary piston and a large secondary piston.
  • the two piston-cylinder units are arranged nested one inside the other, whereby the primary piston can be moved via an electrical spindle drive and thus the clamping plate can be moved.
  • To set a zero position of the drive device, for example as a result of leakage the mold clamping plate is moved into a fully open position against a mechanical stop.
  • a pressure medium connection between the actuating device and the force booster is then opened via a valve and the secondary piston is moved into a position corresponding to the open position of the clamping plate. After adjusting the zero position the valve is returned to its locked position and a new work cycle can begin.
  • a disadvantage of this known solution is that the setting of the zero position is very time-consuming.
  • a further disadvantage is that the known force intensifier does not allow the drive device to be highly dynamic, as is required in punching or nibbling machines.
  • the object of the present invention is to provide a drive device which eliminates the aforementioned disadvantages. This object is achieved by a drive device with the features according to claim 1.
  • the drive device has a power converter and a spindle drive.
  • Power converter has one primary unit and one
  • Units are arranged so that the large effective areas of the pistons jointly delimit a cylinder space and the small effective areas of the pistons each delimit an annular space, the annular spaces being hydraulically connected to one another.
  • the primary piston can be driven via the spindle drive.
  • the secondary piston acts directly or indirectly on a workpiece.
  • a pre-tensioning device is provided for applying a pre-tensioning pressure to the cylinder space.
  • the drive device has a high dynamic range, since the prestressing increases the pressure differences effective in the direction of force build-up.
  • the biasing device is closed and a biasing valve. switched off. It can be a pump and / or a hydraulic accumulator.
  • a filling pump can be used to feed the hydraulic accumulator, which is driven, for example, by the secondary unit, so that pressure medium can be supplied from a tank and the hydraulic accumulator can be charged.
  • the filling pump is advantageously designed as a plunger pump with a plunger, a pressure on the secondary piston being applied to the plunger via a spring, so that the filling pump no longer charges the hydraulic accumulator from a certain limit pressure. Water can be used as pressure medium.
  • the annulus of the primary piston unit and the annulus of the secondary piston unit are in a hydraulic connection via a pressure line. According to one exemplary embodiment, an adjusting valve is provided in the pressure line for opening and closing this hydraulic connection
  • the zero position adjustment of the drive device is brought into the blocking position and the secondary piston is thus fixed hydraulically, whereas otherwise it is in the through position and the secondary piston can thus be moved.
  • a displacement and / or a pressure measuring system is provided which detects the distance between the two differential pistons and / or the pressure, primarily in the cylinder space.
  • connection can also be opened and closed via a valve, hereinafter referred to as a displacement valve.
  • a valve hereinafter referred to as a displacement valve.
  • pressure medium from the one room in the other space is displaced and the primary piston is moved to a zero position, for example when the secondary piston is stationary.
  • a spindle drive can be assigned to a primary unit, or a spindle drive drives several spindles via a gear. Basically, it is advantageous on several independent primary pistons that the individual engagement positions of the spindles / spindle nuts connected to the primary pistons can be changed and thus the life of the spindles can be extended.
  • the cylinder housing of the primary unit can be encompassed by the cylinder housing of the secondary unit. This design can be made even more compact if the primary unit dips at least one end section into the secondary piston.
  • Other advantageous embodiments are the subject of further subclaims.
  • FIG. 1 shows a drive device according to the invention with a hydraulic accumulator for pretensioning
  • FIG. 2 shows a force converter with a primary unit accommodated in a secondary unit.
  • Figure 1 shows a preferred invention
  • the force booster 4 has a primary unit 10 and a secondary unit 12. Both units 10, 12 each have a primary or secondary piston 14, 16, which is accommodated in a cylinder housing 18, 20 and designed as a differential piston.
  • the pistons 14, 16 each have a piston rod 22, 24 which pass through the cylinder housings 18, 20 on the end face.
  • a spindle 26 engages on the piston rod 22 of the primary unit 10 and is in operative engagement with a spindle nut 68 of the spindle drive 6 for driving the force intensifier 4.
  • the piston rod 24 of the secondary unit 12 can, for example, be brought into direct or indirect contact with a workpiece to be machined (not shown), so that a high force can be applied to the workpiece.
  • a distance and / or a pressure measuring system (not shown) is provided to determine a distance between the two pistons 14, 16 from one another and / or to measure a pressure in the cylinder space 32. With the help of the measured
  • Pressure in the cylinder chamber 32 are determined so that a possible drifting apart of the pistons 14, 16 can be detected.
  • a drifting apart of the pistons 14, 16 occurs, for example, as a result of a leakage inwards, in which pressure medium flows from the annular spaces 38, 40 which are subjected to a higher pressure via the pistons 14, 16 into the cylinder space 32.
  • the relative distance detected by the position measuring system Simply carry out a zero position adjustment of the drive device 2 for both pistons 14, 16. A more detailed description of the adjustment of the zero position is given in the general functional description of the illustrated embodiment of the drive device 2 according to the invention.
  • only one primary unit 10 is provided, however, several primary units 10 can also act on a secondary piston 16. If several primary units 10 are provided, each of the primary units 10 can be assigned its own spindle drive 6. Another alternative provides a spindle drive 6 for all primary units 10, the z. B is operatively connected to the individual primary pistons 14 via a transmission. On a plurality of primary pistons 14 acting on a secondary piston 16, it is advantageous that the engagement position of the individual spindles 26 with the spindle nuts 68 of the spindle drives 6 can be changed.
  • the pistons 14, 16 each have a large and a small effective area 28, 30, 34, 36.
  • the large effective areas 28, 30 delimit a cylinder space 32 and the small effective areas 34, 36 each delimit an annular space 38, 40.
  • the small effective areas 34, 36 extend the piston rods 22, 24, so that the small active surfaces 34, 36 are reduced by the cross-sectional area of the respective piston rod 22, 24 compared to the large active surfaces.
  • the annular spaces 38, 40 are in hydraulic connection with one another via a pressure line 42
  • an adjusting valve 44 with a passage and a blocking position in the
  • Pressure line 42 is arranged.
  • the cylinder space 32 is in hydraulic connection with the annular space 38 of the primary unit 10 via a cylinder line 46.
  • a biasing valve 48 with a passage position and a blocking position is also provided in this cylinder line 46 for closing and opening this connection.
  • the pretensioning device 8 of the force intensifier 4 is a hydraulic accumulator 50 in the exemplary embodiment shown. This is hydraulically connected to the cylinder chamber 32 via a storage line 52, a pretensioning valve 54 with a for producing or interrupting this hydraulic connection
  • a filling pump 56 is provided, the pressure medium from a tank T in via a tank line 62, which opens into the storage line 52 promotes the hydraulic system and thus loads the hydraulic accumulator 50.
  • the fill pump 56 is preferably as
  • Plunger pump formed with a plunger 58, wherein it is mechanically or hydraulically in operative connection with the secondary piston 16 and is driven as a function of its stroke and conveys pressure medium into the hydraulic system.
  • the movement of the secondary piston 16 is transmitted to the plunger 58 via a spring 60.
  • Their spring rate is designed so that only a force can be transmitted to the plunger 58, which corresponds to the maximum boost pressure of the hydraulic accumulator 50. When this force is exceeded, the spring 60 is compressed so that no pressure increase occurs at the hydraulic accumulator 50.
  • a check valve 64, 66 is arranged in the tank line 62 and immediately before the tank T.
  • the operation of the drive device 2 according to the invention is described below.
  • the mode of operation or a working cycle is essentially subdivided into pretensioning, advancing the secondary piston 16 from a basic position, punching and returning the secondary piston 16 to the basic position.
  • a zero position adjustment must be carried out after a large number of working cycles to set the basic position.
  • the pistons 14, 16 are set at a defined distance from one another.
  • the drive device 2 is adjusted in its neutral position.
  • the drive device 2 is biased according to the invention in this basic position.
  • the adjustment valve 44 and the preload valve 54 are open and the displacement valve 48 is closed.
  • the two annular spaces 38, 40 are in communication with each other, so that there is pressure compensation between these spaces 38, 40.
  • the cylinder space 32 is subjected to a prestressing pressure, which is applied to the large effective areas 28, 30 of the primary piston 14 and the secondary piston 16 abuts.
  • the primary piston 14 is fixed in its position via the active engagement of the spindle 26 with the spindle nut 68 of the spindle drive 6 and thus the volume of the annular space 38 cannot be increased, the secondary piston 16 cannot be moved from its current position.
  • the secondary piston 16 When infeed after prestressing, the secondary piston 16 is brought into direct or indirect contact with a workpiece to be machined.
  • the displacer valve 48 and the biasing valve 54 are closed and the adjusting valve 44 is open.
  • the spindle drive 6 is activated and the spindle 26 rotates so that the primary piston 14 retracts.
  • the secondary piston 16 extends in accordance with the primary piston 14 and pressure medium is displaced from the annular space 40 of the secondary unit 12 into the annular space 38 of the primary unit 10 via the pressure line 42.
  • the volume ratios of the annular spaces 38, 40 are selected so that the volume increase in the annular space 38 of the primary unit 10 corresponds to the volume reduction in the annular space 40 of the secondary unit 12 - the secondary piston 16 lowers in the direction of the workpiece.
  • the displacement valve 48 and the biasing valve 54 remain closed and the adjusting valve 44 remains open.
  • the spindle drive 6 is activated and the spindle 26 executes a rotary movement which further retracts the primary piston 14.
  • the secondary piston 16 is prevented from immediately extending.
  • the pressure medium located in the cylinder space 32 is compressed insofar as its compressibility permits.
  • the cylinder space 32 shrinks accordingly and the annular space 38 of the primary unit is enlarged, so that the pressure in the cylinder space 32 rises above the prestressing pressure and the pressure in the annular spaces 38, 40 drops.
  • the pressure difference effective in the direction of the punching force to be applied thus increases.
  • the secondary piston 16 can develop the force required for punching. This punching force is built up very quickly by the pretension, so that the punching process takes place with high dynamics. After punching and extending the secondary piston 16, the preload pressure is restored in the cylinder chamber 32.
  • Working cycle are the displacement valve 48 and the biasing valve 54 in the blocking position and the adjusting valve 44 is open.
  • the spindle drive 6 is controlled so that the spindle 26 performs an opposite rotary movement, the primary piston 34 being extended.
  • the annular space 38 of the primary unit 10 is reduced in size and the pressure medium is displaced into the annular space 40 of the secondary unit 12 via the adjusting valve 44.
  • the annular space 40 increases accordingly and moves the secondary piston 16 in a retracting direction.
  • the secondary piston 16 is brought into its initial position due to the rapidly retracting primary piston 14, so that a new working cycle can begin quickly.
  • the zero position of the drive device 2 must be adjusted after a few working cycles.
  • the pistons 14, 16 are brought back into their defined relative position to one another.
  • the change in the relative position of the two pistons 14, 16 to one another and / or the pressure in the cylinder space 32 occurs primarily due to leakages. Leakage can occur due to internal and external leakage. In the event of an internal leak, pressure medium penetrates from the annular spaces 38, 40 into the cylinder space 32 via the pistons 14, 16. In the event of an external leak, pressure medium in the area of the piston rods 22, 24 escapes from the annular spaces 38, 40 into the outside environment 84.
  • the internal leakage or internal leakage is essentially due to the on average higher pressure in the annular spaces 38, 40 compared to the cylinder space 32.
  • the internal leakage causes a reduction in the size of the annular space 40 and 40 because of the pressure medium escaping from the annular spaces 38, 40 an enlargement of the cylinder space 32 and thus a decrease of the secondary piston 16.
  • the pressure in the cylinder space 32 drops. Due to the prestressing according to the invention, the pressure in the cylinder space 32 is raised to such a high level that no negative pressure can develop in the cylinder space 32.
  • pressure medium By releasing the pressure medium to the outside environment 84 in the event of a leak, pressure medium is withdrawn from the entire hydraulic system, as a result of which the pressure in the system drops. Up to a certain amount of pressure medium, this pressure medium loss through the hydraulic accumulator 50 be balanced. However, in order to keep the pressure at a constant level in the long term, pressure medium can be fed from a tank T into the hydraulic system via the filling pump 56 when the secondary piston 16 is lifted, and the hydraulic accumulator 50 can be charged.
  • the adjusting valve 44 and the biasing valve 54 are in the blocking position and the displacement valve 48 is open. Due to the blocking position of the adjustment valve 44, the annular spaces 38, 40 are separated from one another, so that no pressure medium can flow from the annular space 40 of the secondary unit 12 into the annular space 38 of the primary unit 10.
  • the position of the secondary piston 16 is hydraulically fixed. The instantaneous distance between the two pistons 14, 16 is detected via the displacement measuring system and the spindle drive is controlled such that the predetermined relative distance between the pistons 14, 16 is set.
  • the pressure medium connection between the annular space 38 of the primary unit 10 and the cylinder space 32 is established, so that pressure medium can be displaced from the cylinder space 32 into the annular space 38 when the primary piston 14 is being moved in the direction of the secondary piston 16 to reduce the distance.
  • a time-consuming extension of the secondary piston 16 into an open position for zero position adjustment is therefore no longer necessary according to the invention.
  • the zero position adjustment according to the invention can be carried out quickly and easily at virtually any time. As soon as the setpoint distance between the two pistons 14, 16 is set again, the drive device 2 is in its defined zero position or basic position, so that new working cycles can possibly begin after the system has been pretensioned again. A Such rapid zero position adjustment can also be carried out with the pressure measuring system. In this case, the pressure in the cylinder space 32 is measured and compared with a target pressure.
  • FIG. 2 shows a force booster 4 with a primary unit 10 encompassed by a secondary unit 12.
  • Such a construction is characterized by a great compactness due to the reduced axial length of the force converter 4.
  • the secondary piston 16 has a recess 70 which is made in the region of the large active surface 30 and, in this embodiment, extends into its piston rod 24, ie into the end section with a small outside diameter.
  • the primary unit 10 dips into the recess 70 with an end section 72 of its cylinder housing 18.
  • the primary unit 10 is fastened to the bottom 86 of the cylinder housing 20 of the secondary unit 12 with a second end section 88 of its cylinder housing 18.
  • the cylinder housing 18 of the primary unit 10 is spaced from the inner circumference 74 and from the bottom 76 of the recess 70, so that a hydraulic connection between a cylinder space 78 of the primary unit 10 and a cylinder space 80 of the secondary unit is established via an annular gap 82, and thus the large active surfaces 28 , 30 of the two pistons 14, 16 are subjected to the same pressure.
  • the two cylinder spaces 78, 80 correspond to the cylinder space 32 of the previous embodiment according to FIG. 1.
  • the annular spaces 38, 40 of the primary and secondary units 10, 12 are axially delimited by the small active surfaces 34, 36 and are hydraulically connected via a pressure line 42 together. According to the above-described embodiment according to FIG. 1, a valve (not shown) for opening and closing is in this pressure line 42 this pressure medium connection between the annular spaces 38, 40 arranged.
  • the mode of operation corresponds to that of the above-described embodiment according to FIG. 1, so that there is no need for a further explanation.
  • a drive device in particular for punching and nibbling machines, with a hydraulic force intensifier and a spindle drive for driving the force intensifier, a pretensioning device for
  • Preloading the force translator is provided.

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Abstract

Offenbart ist eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für Stanz- und Nibbelmaschinen, mit einem hydraulischen Kraftübersetzer (4) und einem Spindelantrieb (26) zum Antreiben des Kraftübersetzers, wobei eine Vorspanneinrichtung (8) zum Vorspannen des Kraftübersetzers (4) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung Antriebsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige elektromechanisch-hydraulische Antriebs- Vorrichtungen werden bei Arbeitsmaschinen eingesetzt, bei denen schnelle Stellbewegungen und hohe Kräfte zu realisieren sind. Bevorzugte Arbeitsmaschinen sind Stanzmaschinen, Nibbelmaschinen, Pressen und KunststoffSpritzgießmaschinen.
Eine Antriebsvorrichtung für Kunststoffspritz- gießmaschinen ist in der DE 101 35 516 AI der Anmelderin offenbart. Die Antriebsvorrichtung hat einen hydraulischen Kraftübersetzer, der über Druckleitungen mit einer hydraulischen Stelleinrichtung einer
Formspannplatte verbunden ist . Der Kraftübersetzter hat eine primäre und eine sekundäre Kolben-Zylindereinheit mit einem kleinen Primärkolben und einem großen Sekundärkolben. Die beiden Kolben-Zylindereinheiten sind ineinander verschachtelt angeordnet, wobei der Primärkolben über einen elektrischen Spindelantrieb verfahren und somit die Formspannplatte verfahren werden kann. Zur Einstellung einer Nulllage der Antriebsvorrichtung, z.B. in Folge von Leckage, wird die Formspannplatte gegen einen mechanischen Anschlag in eine vollständig geöffnete Position gefahren. Anschließend wird über ein Ventil eine Druckmittelverbindung zwischen der Stelleinrichtung und dem Kraftübersetzter aufgesteuert und der Sekundärkolben in eine der geöffneten Position der Formspannplatte entsprechende Position verfahren. Nach der Justierung der Nulllage wird das Ventil wieder in seine Sperrstellung gebracht und ein neuer Arbeitszyklus kann beginnen.
Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, daß die Einstellung der Nullage sehr zeitintensiv ist. Des Weiteren ist nachteilig, daß mit dem bekannten Kraftübersetzer keine hohe Dynamik der Antriebs- Vorrichtung, wie bei Stanz- oder Nibbelmaschinen gefordert, realisierbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung hat einen Kraftübersetzer und einen Spindelantrieb. Der
Kraftübersetzer hat eine Primäreinheit und eine
Sekundäreinheit mit jeweils einem Differentialkolben. Die
Einheiten sind so angeordnet, daß die großen Wirkflächen der Kolben gemeinsam einen Zylinderraum und die kleinen Wirkflächen der Kolben je einen Ringraum begrenzen, wobei die Ringräume hydraulisch miteinander in Verbindung stehen. Der Primärkolben ist über den Spindelantrieb antreibbar. Der Sekundärkolben wirkt mittel- oder unmittelbar auf ein Werkstück. Erfindungsgemäß ist eine Vorspanneinrichtung zum Beaufschlagen des Zylinderraums mit einem Vorspanndruck vorgesehen.
Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist, daß sie eine hohe Dynamik hat, da durch die Vorspannung die in Kraftaufbaurichtung wirksame Druckdiffe enz erhöht ist. Die Vorspanneinrichtung ist über ein Vorspannventil zu- und. abschaltbar. Sie kann eine Pumpe und/oder ein Hydrospeicher sein. Zum Speisen des Hydrospeichers ist eine Füllpumpe einsetzbar, die beispielsweise von der Sekundäreinheit angetrieben wird, so daß Druckmittel aus einem Tank nachgefördert und der Hydrospeicher aufgeladen werden kann. Vorteilhafterweise ist die Füllpumpe als Plungeirpumpe mit einem Tauchkolben ausgeführt, wobei ein Druck am Sekundärkolben über eine Feder an dem Tauchkolben anliegt, so daß die Füllpumpe ab einem bestimmten Grenzdruck den Hydrospeicher nicht weiter auflädt. Als Druckmittel kann Wasser verwendet werden. Deir Ringraum der Primärkolbeneinheit und der Ringraum der Sekundärkolbeneinheit stehen über eine Druckleitung in hycLraulischer Verbindung. In der Druckleitung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Justierventil zum Auf- "und Zusteuern dieser hydraulischen Verbindung vorgesehen. Dieses Justierventil wird bei einer
Nulllacrenjustierung der Antriebsvorrichtung in Sperrstellung gebracht und der Sekundärkolben somit hydraulisch festgesetzt, während es sonst in Durchgangsstellung und der Sekundärkolben somit verfahirbar ist. Zur Bestimmung der richtig eingestellten Nulllacre und zur Bestimmung, ob die Nulllage neu einzustellen ist, ist ein Weg- und/oder ein Druckmeßsystem vorgesehen, das den Abstand der beiden Differentialkolben zueinander und/oder den Druck, vorrangig im Zylinderraum, erfaßt.
Des Weiteren steht der Ringraum der
Primärkiolbeneinheit mit dem Zylinderraum in hydraulischer
Verbindung. Diese Verbindung ist ebenfalls über ein Ventil, im Folgenden Verdrängerventil genannt, auf- und zusteuerbar. Somit kann Druckmittel von dem einen Raum in den anderen Raum verdrängt und der Primärkolben bspw. bei stillstehendem Sekundärkolben in eine Nulllagenposition gefahren werden. Zur Steigerung der Kraft, mit der der Sekundärkolben mittelbar oder unmittelbar ein Werkstück beaufschlagt, können mehrere Primäreinheiten synchron betrieben werden. Dabei kann jeweils ein Spindelantrieb einer Primäreinheit zugeordnet sein oder ein Spindelantrieb treibt über ein Getriebe mehrere Spindeln an. Grundsätzlich ist an mehreren, unabhängig voneinander anstehenden Primärkolben vorteilhaft, daß die einzelnen Eingriffspositionen der mit den Primärkolben verbundenen Spindeln/Spindelmuttern geändert werden kann und somit die Lebensdauer der Spindeln verlängerbar ist.
Um eine möglichst kompakte Bauform der Antriebsvorrichtung zu erhalten, kann das Zylindergehäuse der Primäreinheit von dem Zylindergehäuse der Sekundäreinheit umgriffen sein. Diese Bauform läßt sich noch kompakter ausführen, wenn die Primäreinheit zumindest mit einem Endabschnitt in den Sekundärkolben eintaucht . Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden erfolgt eine ausführliche Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Darstellungen. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit einem Hydrospeicher zur Vorspannung und Figur 2 einen Kraftübersetzer mit einem in einer Sekundäreinheit aufgenommenen Primäreinheit . Figur 1 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäße
Antriebsvorύtrichtung 2 , insbesondere zum Antreiben von
Stanz-, oder Nibbelmaschinen, mit einem Kraftübersetzer
4 , einem Spindelantrieb 6 und einer Vorspanneinrichtung 8 zum Vorspannen des Kraftübersetzers 4.
Der Kraftübersetzer 4 hat eine Primäreinheit 10 und eine Sekundäreinheit 12. Beide Einheiten 10, 12 weisen jeweils einen in einem Zylindergehäuse 18, 20 aufgenommenen und als Differentialkolben ausgeführten Primär- bzw. Sekundärkolben 14, 16 auf. Die Kolben 14, 16 haben jeweils eine Kolbenstange 22, 24, die stirnseitig die Zylindergehäuse 18, 20 durchsetzen. An der Kolbenstange 22 der Primäreinheit 10 greift eine Spindel 26 an, die mit einer Spindelmutter 68 des Spindelantriebs 6 zum Antreiben des Kraftübersetzers 4 im Wirkeingriff steht. Die Kolbenstange 24 der Sekundäreinheit 12 ist bspw. mit einem zu bearbeitenden Werkstück (nicht dargestellt) mittel- oder unmittelbar in Anlage bringbar, so daß das Werkstück mit einer hohen Kraft beaufschlagt werden kann .
Zur Bestimmung eines Abstandes der beiden Kolben 14, 16 zueinander und/oder zur Messung eines Drucks im Zylinderraum 32 ist ein Weg- und/oder ein Druckmeßsystem (nicht dargestellt) vorgesehen. Mit Hilfe des gemessenen
Abstands umd/oder Drucks kann eine Änderung der
Relativlage der Kolben 14, 16 und/oder eine Änderung des
Drucks im Zylinderraum 32 bestimmt werden, so daß ein eventuelles Auseinanderdriften der Kolben 14, 16 erfaßbar ist. Ein Auseinanderdriften der Kolben 14, 16 tritt z.B. in Folge von einer Leckage nach innen auf, bei der Druckmittel aus den mit einem höheren Druck beaufschlagten Ringräumen 38, 40 über die Kolben 14, 16 in den Zylinderraum 32 strömt. Des Weiteren läßt sich über den von dem Wegmeßsystem erfaßten Relativabstand der beiden Kolben 14, 16 einfach eine NulllagenJustierung der Antriebsvorrichtung 2 durchführen. Eine ausführlichere Beschreibung der Justierung der Nulllage erfolgt bei der allgemeinen Funktionsbeschreibung des dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 2.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist nur eine Primäreinheit 10 vorgesehen, jedoch können auch mehrere Primäreinheiten 10 auf einen Sekundärkolben 16 wirken. Sind mehrere Primäreinheiten 10 vorgesehen, so kann jedem der Primäreinheiten 10 ein eigener Spindelantrieb 6 zugeordnet sein. Eine andere Alternative sieht einen Spindelantrieb 6 für sämtliche Primäreinheiten 10 vor, der z . B über ein Getriebe in Wirkverbindung mit den einzelnen Primärkolben 14 steht . An mehreren auf einen Sekundärkolben 16 wirkenden Primärkolben 14 ist vorteilhaft, daß die Eingriffsposition der einzelnen Spindeln 26 mit den Spindelmuttern 68 der Spindelantriebe 6 geändert werden kann. D.h. bspw., daß der Abstand des Primärkolbens 14 durch Verfahren des Spindelantriebs 6 zum Sekundärkolben 16 verringert wird, während der Abstand eines zweiten Primärkolbens entsprechend vergrößert wird, so daß wechselnde Spindelabschnitte im Eingriff sind bzw. unter Belastung stehen und eine gleichmäßigere Abnutzung des Spindelgewindes 26 erfolgen kann.
Die Kolben 14, 16 haben jeweils eine große und eine kleine Wirkfläche 28, 30, 34, 36. Die großen Wirkflächen 28, 30 begrenzen einen Zylinderraum 32 und die kleinen Wirkflächen 34, 36 begrenzen je einen Ringraum 38, 40. Von den kleinen Wirkflächen 34, 36 erstrecken sich die Kolbenstangen 22, 24, so daß die kleinen Wirkflächen 34, 36 um die Querschnittsfläche der jeweiligen Kolbenstange 22, 24 gegenüber den großen Wirkflächen verkleinert sind. Die Ringräume 38, 40 stehen über eine Druckleitung 42 miteinander in hydraulischer Verbindung, wobei zur
Unterbrechung dieser Verbindung ein Justierventil 44 mit einer Durchgangs- und einer Sperrstellung in der
Druckleitung 42 angeordnet ist.
Der Zylinderraum 32 steht über eine Zylinderleitung 46 mit dem Ringraum 38 der Primäreinheit 10 in hydraulischer Verbindung. Zum Zu- und Aufsteuern dieser Verbindung ist auch in dieser Zylinderleitung 46 ein Vorspannventil 48 mit einer Durchgangs- und einer Sperrstellung vorgesehen. Die Vorspanneinrichtung 8 des Kraftübersetzers 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Hydrospeicher 50. Dieser steht über eine Speicherleitung 52 mit dem Zylinderraum 32 in hydraulischer Verbindung, wobei zur Herstellung bzw. Unterbechung dieser hydraulischen Verbindung ein Vorspannventil 54 mit einer
Durchgangs- und einer Sperrstellung in der Speieherleitung 52 vorgesehen ist.
Zum Ausgleich einer Leckage nach außen, die sich dort einstellt, wo die Kolbenstange 22, 24 die Zylindergehäuse 18, 20 durchsetzen, ist eine Füllpumpe 56 vorgesehen, die Druckmittel über eine Tankleitung 62 , die in die Speicherleitung 52 mündet, aus einem Tank T in das hydraulische System fördert und somit den Hydrospeicher 50 lädt. Die Füllpumpe 56 ist vorzugsweise als
Plungerpumpe mit einem Tauchkolben 58 ausgebildet, wobei sie mit dem Sekundärkolben 16 mechanisch oder hydraulisch in Wirkverbindug steht und in Abhängigkeit von dessen Hub angetrieben wird und Druckmittel in das hydraulische System fördert. Die Bewegung des Sekundärkolbens 16 wird über eine Feder 60 auf den Tauchkolben 58 übetragen. Deren Federrate ist so ausgelegt, daß auf den Tauchkolben 58 nur eine Kraft übertragen werden kann, die dem maximalen Ladedruck des Hydrospeichers 50 entspricht. Bei überschreiten dieser Kraft wird die Feder 60 zusammengedrückt, so daß am Hydrospeicher 50 keine Druckerhöhung auftritt. Um ein Rückströmen von Druckmittel in Richtung der Füllpumpe 56 bzw. in den Tank T zu verhindern, ist in der Tankleitung 62 und unmittelbar vor dem Tank T jeweils ein Rückschlagventil 64, 66 angeordnet.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 2 ist im Folgenden beschrieben. Die Funktionsweise bzw. ein Arbeitszyklus unterteilt sich im wesentlichen in ein Vorspannen, ein Zustellen des Sekundärkolbens 16 aus einer Grundposition, ein Stanzen und in ein Zurückfahren des Sekundärkolbens 16 in die Grundposition. Je nach Leckageverlust ist nach einer Vielzahl von Arbeitszyklen eine Nulllagenjustierung zum Einstellen der Grundposition durchzuführen.
Zu Beginn eines Arbeitszyklusses befindet sich die
Antriebsvorrichtung 2 in einer Grundposition. In dieser
Position sind die Kolben 14, 16 in einem definierten Abstand zueinander eingestellt. Die AntriebsVorrichtung 2 ist in ihrer -STulllage justiert.
Die Antriebsvorrichtung 2 wird in dieser Grundposition erfindungsgemäß vorgespannt. Dabei sind das Justierventil 44 und das Vorspannventil 54 geöffnet und das Verdrängerventil 48 ist geschlossen. Durch die Öffnung des Ji stierventils 44 stehen die beiden Ringräume 38, 40 in Verbindung miteinander, so daß Druckausgleich zwischen diesen Räumen 38, 40 herrscht. Über den Hydrospeicher 50 wird der Zylinderraum 32 mit einem Vorspanndruck beaufschlagt, der an den großen Wirkflächen 28, 30 des Primärkolbens 14 und des Sekundärkolbens 16 anliegt. Da der Primärkolben 14 jedoch über den Wirkeingriff der Spindel 26 mit der Spindelmutter 68 des Spindelantriebs 6 in seiner Lage fixiert ist und somit auch das Volumen des Ringraums 38 nicht vergrößert werden kann, kann der Sekundärkolben 16 nicht aus seiner momentanen Position bewegt werden. Folglich baut sich über den Hydrospeicher 50 ein Vorspanndruck im Zylinderraum 32 auf. Sobald der entsprechende Vorspanndruck im Zylinderraum 32 herrscht, wird das Vorspannventil 54 geschlossen und der Hydrospeicher 50 gegenüber dem Zylinderraum 32 abgesperrt.
Beim Zustellen nach dem Vorspannen wird der Sekundärkolben 16 mittel- oder unmittelbar in Anlage mit einem zu bearbeitenden Werkstück gebracht . Das Verdrängerventil 48 und das Vorspannventil 54 sind geschlossen und das Justierventil 44 ist geöffnet. Der Spindelantrieb 6 wird angesteuert und die Spindel 26 führt eine Drehbewegung aus, so daß der Primärkolben 14 einfährt. Der Sekundärkolben 16 fährt entsprechend dem Primärkolben 14 aus und Druckmittel wird aus dem Ringraum 40 der Sekundäreinheit 12 in den Ringraum 38 der Primäreinheit 10 über die Druckleitung 42 verdrängt. Die Volumenverhältnisse der Ringräume 38, 40 sind so gewählt, daß die Volumenvergößerung des Ringraums 38 der Primäreinheit 10 der Volumenverkleinerung des Ringraums 40 der Sekundäreinheit 12 entspricht - der Sekundärkolben 16 senkt sich in Richtung auf das Werkstück ab.
Beim Stanzen bleiben das Verdrängerventil 48 und das Vorspannventil 54 geschlossen und das Justierventil 44 bleibt geöffnet. Der Spindelantrieb 6 ist angesteuert und die Spindel 26 führt eine Drehbewegung aus, die den Primärkolben 14 weiter einfährt. Da der Sekundärkolben 16 jedoch beim Zustellen mittel- oder unmittelbar in Anlage mit dem zu bearbeitenden Werkstück gebracht worden ist, ist der Sekundärkolben 16 an einem sofortigen Ausfahren gehindert. Folglich wird das sich im Zylinderraum 32 befindliche Druckmittel, soweit es seine Kompressibilität zuläßt, komprimiert. Der Zylinderraum 32 verkleinert sich entsprechend und der Ringraum 38 der Primäreinheit wird vergrößert, so daß der Druck im Zylinderräum 32 über den Vorspanndruck ansteigt und der Druck in den Ringräumen 38, 40 fällt. Somit steigt die in Richtung der aufzubringenden Stanzkraft wirksame Druckdifferenz. Ab einem bestimmten Druck im Zylinderraum 32 kann der Sekundärkolben 16 die zum Stanzen erforderliche Kraft entwickeln. Diese Stanzkraft wird durch die Vorspannung sehr schnell aufgebaut, so daß der Stanzvorgang mit hoher Dynamik erfolgt . Nach dem Stanzen und dem Ausfahren des Sekundärkolbens 16 stellt sich im Zylinderraum 32 wieder der Vorspanndruck ein.
Beim Zurückfahren des Sekundärkolbens 16 in seine Grundposition zum Durchführen eines neuen
Arbeitszyklusses sind das Verdrängerventil 48 und das Vorspannventil 54 in Sperrstellung und das Justierventil 44 ist geöffnet. Der Spindelantrieb 6 wird so angesteuert, daß die Spindel 26 eine entgegengesetzte Drehbewegung aΛisführt, wobei der Primärkolben 34 ausgefahren wird. Der Ringraum 38 der Primäreinheit 10 verkleinert sich und das Druckmittel wird über das Justierventil 44 in den Ringraum 40 der Sekundäreinheit 12 verdrängt. Der Ringraum 40 vergrößert sich entsprechend und bewegt den Sekundärkolben 16 in eine einfahrende Richtung. Dabei wird der Sekundärkolben 16 aufgrund des schnell zurückfahrenden Primärkolbens 14 in seine Ausgangslage überführt, so daß schnell ein neuer Arbeitszyklus beginnen kann. Je nach Relativposition der beiden Kolben 14, 16 und/oder dem im Zylinderraum 32 herrschenden Druck ist nach einigen Arbeitszyklen eine Justierung der Nulllage der Antriebsvorrichtung 2 vorzunehmen. Dabei werden die Kolben 14, 16 wieder in ihre definierte relative Lage zueinander gebracht . Die Veränderung der Relativlage der beiden Kolben 14, 16 zueinander und/oder des Drucks im Zylinderraum 32 stellt sich vorrangig wegen Leckagen ein. Leckagen können aufgrund von einer inneren und einer äußeren Leckage auftreten. Bei einer inneren Leckage dringt Druckmittel aus den Ringräumen 38, 40 über die Kolben 14, 16 in den Zylinderraum 32 ein. Bei einer äußeren Leckage dringt Druckmittel im Bereich der Kolbenstangen 22, 24 aus den Ringräumen 38, 40 in die Außenumgebung 84 nach außen aus.
Die innerer Leckage bzw. Leckage nach innen beruht im wesentlichen auf dem im Mittel höheren Druck in den Ringräumen 38, 40 im Vergleich zum Zylinderraum 32. Die Leckage nach innen bewirkt wegen des aus dem Ringräumen 38, 40 austretenden Druckmittels eine Verkleinerung des Ringraums 40 und eine Vergrößerung des Zylinderraums 32 und somit ein Absinken des Sekundärkolbens 16. Desweiteren sinkt der Druck im Zylinderraum 32 ab. Aufgrund der erfindungsgemäßen Vorspannung ist der Druck im Zylinderraum 32 jedoch auf ein derart hohes Niveau angehoben, daß sich kein Unterdruck im Zylinderraum 32 ausbilden kann.
Durch die Abgabe des Druckmittels bei der Leckage nach außen an die Außenumgebung 84 wird dem gesamten hydraulischen System Druckmittel entzogen, aufgrund dessen der Druck im System abfällt. Bis zu einer bestimmten Druckmittelmenge kann dieser Druckmittelverlust durch den Hydrospeicher 50 ausgeglichen werden. Um die Druck jedoch langfristig auf einem konstanten Niveau zu halten, kann über die Füllpumpe 56 bei einem Hub des Sekundärkolbens 16 Druckmittel aus einem Tank T in das hydraulische System nachgefördert und der Hydrospeicher 50 aufgeladen werden.
Zur Justierung der Nulllage nach einem Auseinanderdriften sind das Justierventil 44 und das Vorspannventil 54 in Sperrstellung und das Verdrängerventil 48 ist geöffnet. Durch die Sperrstellung des Justierventils 44 sind die Ringräume 38, 40 voneinander getrennt, so daß kein Druckmittel aus dem Ringraum 40 der Sekundäreinheit 12 in den Ringraum 38 der Primäreinheit 10 strömen kann. Der Sekundärkolben 16 ist hydraulisch in seiner Lage festgesetzt. Über das Wegmeßsystem wird der momentane Abstand der beiden Kolben 14, 16 zueinander erfaßt und der Spindelantrieb wird derart angesteuert, daß der vorbestimmte Relativabstand zwischen den Kolben 14, 16 eingestellt ist. Aufgrund des geöffneten Verdrängerventils 48 ist die Druckmittelverbindung zwischen dem Ringraum 38 der Primäreinheit 10 und dem Zylinderraum 32 hergestellt, so daß beim Verfahren des Primärkolben 14 in Richtung des Sekundärkolbens 16 zur AbstandsVerringerung Druckmittel aus dem Zylinderraum 32 in den Ringraum 38 verdrängt werden kann. Ein zeitintensives Ausfahren des Sekundärkolbens 16 in eine geöffnete Position zur Nulllageneinstellung ist im Gegensatz zu bekannten Lösungen erfindungsgemäß somit nicht mehr notwendig. Die erfindungsgemäße Nulllagenjustierung kann quasi jederzeit schnell und einfach durchgeführt werden. Sobald der Sollabstand zwischen den beiden Kolben 14, 16 wieder eingestellt ist, befindet sich die Antriebsvorrichtung 2 in ihrer definierten Nulllage bzw. Grundstellung, so daß gegebenfalls nach einer nochmaligen Vorspannung des Systems neue Arbeitszyklen beginnen können. Eine derartige schnelle Nulllagenjustierung ist ebenso mit dem Druckmeßsystem durchführbar. In diesem Fall wird der Druck im Zylinderraum 32 gemessen und mit einem Solldruck verglichen.
Figur 2 zeigt einen Kraftübersetzer 4 mit einer von einer Sekundäreinheit 12 umgriffenen Primäreinheit 10.
Eine derartige Bauweise zeichnet sich aufgrund der reduzierten Axiallänge des Kraftübersetzers 4 durch eine große Kompaktheit aus.
Der Sekundärkolben 16 hat eine Ausnehmung 70, die in dem Bereich der großen Wirkfläche 30 eingebracht ist und sich bei dieser Ausfuhrungsform in seine Kolbenstange 24, d.h. in den Endabschnitt mit geringem Außendurchmesser, erstreckt. In die Ausnehmung 70 taucht die Primäreinheit 10 mit einem Endabschnitt 72 ihres Zylindergehäuses 18 ein. Mit einem zweiten Endabschnitt 88 ihres Zylindergehäuses 18 ist die Primäreinheit 10 am Boden 86 des Zylindergehäuses 20 der Sekundäreinheit 12 befestigt. Das Zylindergehäuse 18 der Primäreinheit 10 ist vom Innenumfang- 74 und vom Boden 76 der Ausnehmung 70 beabstandet, so daß über einen Ringspalt 82 eine hydraulische Verbindung zwischen einem Zylinderraum 78 der Primäreinheit 10 und einem Zylinderraum 80 der Sekundäreinheit hergestellt ist und somit die großen Wirkflächen 28, 30 der beiden Kolben 14, 16 mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Die beiden Zylinderräume 78, 80 entsprechen dem Zylinderraum 32 der vorherigen Ausfuhrungsform gemäß Figur 1. Die Ringräume 38, 40 der Primär- und der Sekundäreinheit 10, 12 werden axial von den kleinen Wirkflächen 34, 36 begrenzt und stehen über eine Druckleitung 42 in hydraulischer Verbindung miteinander. Entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 1 ist in dieser Druckleitung 42 ein Ventil (nicht dargestellt) zum Auf- und Zusteuern dieser Druckmittelverbindung zwischen den Ringräumen 38, 40 angeordnet .
Die Funktionsweise entspricht der der vorbeschriebenen Ausfuhrungsform gemäß Figur 1, so daß auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird.
Offenbart ist eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für Stanz- und Nibbelmaschinen, mit einem hydraulischen Kraftübersetzer und einem Spindelantrieb zum Antreiben des Kraftübersetzers, wobei eine Vorspanneinrichtung zum
Vorspannen des Kraftübersetzers vorgesehen ist .
Bezugszeichenliste
Antriebsvorrichtung Kraftübersetzer Spindelantrieb Einrichtung zum Vorspannen Primäreinheit Sekundäreinheit Primärkolben Sekundärkolben Zylindergehäuse Zylindergehäuse Kolbenstange Kolbenstange Spindel große Wirkfläche große Wirkfläche Zylinderraum kleine Wirkfläche kleine Wirkfläche Ringraum Ringraum Druckleitung Justierventil Zylinderleitung Verdrängerventil Hydrospeicher Speicherleitung Vorspannventil Füllpumpe Tauchkolben Feder Tankleitung Rückschlagventil Rückschlagventil
Spindelmutter
Ausnehmung
Endabschnitt
Innenumfang
Boden
Zylinderraum
Zylinderraum
Ringspalt
Außenumgebung
Boden
Endabschnitt

Claims

Ansprüche
1. Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Stanz- und Nibbelmaschine, mit einem hydraulischen Kraftübersetzer (4) , der eine Primäreinheit (10) und eine Sekundäreinheit (12) hat, die mit Differentialkolben (14, 16) ausgeführt sind, deren großen Wirkflächen (28, 30) gemeinsam einen Zylinderraum (32) und deren kleinen Wirkflächen (34, 36) je einen Ringraum (38, 40) begrenzen, wobei die Ringräume (38, 40) hydraulisch verbunden sind, und mit einem Spindelantrieb (6) zum Antreiben des Primärkolbens, wobei der Sekundärkolben (16) mittelbar oder unmittelbar auf ein zu beaufschlagendes Werkstück wirkt, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung (8) zum Beaufschlagen des Zylinderraums (32) mit einem Vorspanndruck.
2. Antriebsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (8) über ein Vorspannventil (54) zu- und abschaltbar ist.
3. Antriebsvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringräume (38, 40) über eine Druckleitung (42) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen, wobei in der Druckleitung ein Justierventil (44) zum Auf- und • Zusteuern dieser hydraulischen Verbindung angeordnet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Weg- und/oder Druckmeßsystem zum Erfassen einer Relativlage des Primär- und des Sekundärkolbens (14, 16) zueinander und/oder zum Erfassen eines Drucks im Zylinderraum (32) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (32) mit dem Ringraum (38) der Primäreinheit (10) hydraulisch verbunden ist, wobei zum Auf- und Zusteuern dieser hydraulischen Verbindung ein Verdrängerventil (48) vorgesehen ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (8) ein Hydrospeicher (50) oder eine Pumpe ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Füllpumpe (56) zum Speisen des Hydrospeichers (50) vorgesehen ist, die vom Sekundärkolben (16) antreibbar ist.
8. AntriebsVorrichtung nach Patentanspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck am Sekundärkolben (16) über eine Feder auf einen Tauchkolben (58) der Füllpumpe (56) wirkt.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spindeln (26) parallel geschaltet sind.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (18) der Primäreinheit (10) vom Zylindergehäuse (20) der Sekundäreinheit (12) umgriffen ist.
11. Antriebsvorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endabschnitt (72) des Zylindergehäuses (18) der Primäreinheit (10) in eine Ausnehmung (70) des Sekundärkolbens (16) eintaucht.
12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel Wasser ist .
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