Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papieroder Kartonmaschine Hydraulic cylinder assembly for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine.The invention relates to a hydraulic cylinder assembly for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine.
In Papiermaschinen werden verbreitet Stellzylinder als Betätigungs- und Steuerungsmittel eingesetzt. Diese Stellzylinder werden bevorzugt hydraulisch angetrieben, so dass große Kräfte mit hoher Genauigkeit eingestellt und ausgeübt werden können.In paper machines, actuating cylinders are widely used as actuation and control means. These actuating cylinders are preferably hydraulically driven, so that large forces can be set and applied with high accuracy.
In der Regel wird ein Arbeitsfluid, z.B. Hydrauliköl, Luft, Wasser, unterschiedliche Gase oder Emulsionen von den vorangegangenen Fluiden, etc., verwendet, das von einer Pumpe mit Druck beaufschlagt wird. Die Einleitung des unter Druck stehenden Hydrauliköls in ein hydraulisches Stellglied, wie z.B. einen Hydraulikzylinder oder einen Hydraulikmotor wird üblicherweise durch ein proportionales Steuerventil (Proportionalventil) gesteuert, das elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein kann .Typically, a working fluid, e.g. Hydraulic oil, air, water, different gases or emulsions of the previous fluids, etc., used, which is pressurized by a pump. The introduction of the pressurized hydraulic oil into a hydraulic actuator, e.g. A hydraulic cylinder or a hydraulic motor is usually controlled by a proportional control valve (proportional valve) which may be electrically, hydraulically or pneumatically driven.
Ein solches Steuerventil hat einen in einem Ventilgehäuse hin- und herbewegbaren Steuerschieber oder Steuerkolben, der in Antwort auf seine Lage in dem Ventilgehäuse einen Solldruck am Ausgang einstellen kann, indem der Druck des von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls geregelt wird. Die Beweglichkeit des Steuerkolbens in dem Ventilgehäuse erfordert zwingend ein gewisses Spiel oder Spaltmaß zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse, so dass eine
Leckage von Hydrauliköl innerhalb des Steuerventils unvermeidbar ist. Das Spaltmaß darf nicht zu eng gewählt werden, denn sonst ist das Ventil zu anfällig gegen Verschmutzungen im Hydrauliköl.Such a control valve has a spool or spool reciprocable in a valve housing which, in response to its location in the valve housing, can adjust a desired pressure at the outlet by controlling the pressure of the hydraulic oil delivered by the pump. The mobility of the control piston in the valve housing necessarily requires a certain clearance or gap between the control piston and the valve housing, so that a Leakage of hydraulic oil within the control valve is unavoidable. The gap size must not be too narrow, otherwise the valve is too susceptible to contamination in the hydraulic oil.
In letzter Zeit wurden alternative Druckregler entwickelt, die in dieser Anmeldung durchgängig als digitalhydraulische Druckregler bezeichnet sind. Die Arbeitsweise von digitalhydraulischen Druckreglern ist nachstehend kurz zusammengefasst dargestellt:Recently, alternative pressure regulators have been developed which are referred to throughout this application as digital hydraulic pressure regulators. The operation of digital hydraulic pressure regulators is summarized below:
Ein digitalhydraulischer Druckregler besteht im einfachen Fall aus einer Reihe parallel geschalteter Ventile, die lediglich eine AUF/ZU-Funktion besitzen; also einfache EIN/AUS-Schaltventile sind, die einen Fluiddurchfluss zulassen oder unterbrechen können und in dieser Anmeldung nachstehend als Ventile oder Digitalventile bezeichnet sind. Die Ventile sind alle mit einer gemeinsamen Zufuhrleitung einerseits und mit einer gemeinsamen Auslassleitung andererseits verbunden. Die Ventile selbst können herkömmliche Solenoidventile, d.h. Ventile mit elektromagnetischem Antrieb sein. Ein derartiges elektromagnetisch betätigbares Ventil ist z.B. in EP 1 052 441 A2 beschrieben. Natürlich können auch andere Antriebsformen gewählt werden.In the simple case, a digital hydraulic pressure regulator consists of a series of valves connected in parallel, which only have an OPEN / CLOSE function; Thus, they are simple ON / OFF switching valves that allow or interrupt fluid flow and are referred to hereafter as valves or digital valves in this application. The valves are all connected to a common supply line on the one hand and to a common outlet line on the other. The valves themselves may be conventional solenoid valves, i. Be valves with electromagnetic drive. Such an electromagnetically operable valve is e.g. in EP 1 052 441 A2. Of course, other forms of drive can be chosen.
Durch Anschluss oder Einbau von Drosselelementen an die Ventile bzw. durch die Bauart der Ventile selbst ist dafür gesorgt, dass die Ventile unterschiedliche Durchflüsse haben, wenn sie geöffnet sind. Wenn beispielsweise vier Ventile vorgesehen sind, so können die Durchflussraten Q in den einzelnen, jeweils von dem zugehörigen Ventil wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis von 1:2:4:8 zueinander stehen; bei einer größeren Anzahl von Ventilen wird diese Reihe entsprechend fortgesetzt.
Durch Öffnen und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen, die auf der Basis von Modellen von einem Rechner bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche und präzise Druckeinstellung in der Auslassleitung bzw. in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden, indem die analoge Regelkurve des eingangs geschilderten Proportionalventils durch eine digital erstellte (d.h. angenäherte) Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von Nichtlinearitäten und/oder Hystereseschleifen des analogenBy connecting or installing throttle elements to the valves or by the design of the valves themselves, it is ensured that the valves have different flows when they are open. If, for example, four valves are provided, then the flow rates Q in the individual, in each case by the associated valve selectively releasable passages in the ratio of 1: 2: 4: 8 to each other; for a larger number of valves this series will continue accordingly. By opening and closing individual valves or valve combinations, which are determined and selected on the basis of models from a computer, a very rapid and precise pressure adjustment in the outlet line or in the adjoining actuator can now be achieved by the analogue control curve of the initially described proportional valve is replaced by a digitally created (ie approximate) control curve. This curve may be due to the omission of non-linearities and / or hysteresis loops of the analog
Proportionalventils eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es erlaubt, einen Regelpunkt schnell und nahezu überschwingungsfrei anzufahren.Proportional valve be a step-like approximate straight line, which allows to approach a control point quickly and almost free of overshoot.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von digitalhydraulischen Druckreglern liegt darin, dass die Ventile entweder offen oder geschlossen sind, d.h. zum Halten eines Solldrucks in einem geschlossenen (und somit stationären) System sind die Ventile des Druckreglers einfach geschlossen und es gibt keine Leckageströme im Inneren der Ventile. Damit besteht ein deutlicher Unterschied zum herkömmlichen Proportionalventil, das stets von einem Hydraulikölstrom durchflössen ist. Dies kostet ständig Energie für die Hydraulikpumpen, z.B. in der Papiermaschine .Another advantage of using digital hydraulic pressure regulators is that the valves are either open or closed, i. To maintain a desired pressure in a closed (and thus stationary) system, the valves of the pressure regulator are simply closed and there are no leakage flows inside the valves. This is a clear difference to the conventional proportional valve, which is always flowed through by a hydraulic oil flow. This constantly costs energy for the hydraulic pumps, e.g. in the paper machine.
Somit ist zu erkennen, dass es der Einsatz von digitalhydraulischen Druckreglern gestattet, die Hydraulikpumpen weniger oft und/oder kürzer zu betreiben, wodurch Energie gespart werden kann.Thus, it can be seen that the use of digital hydraulic pressure regulators allows the hydraulic pumps to operate less often and / or shorter, thereby saving energy.
Es besteht aber weiterhin Bedarf, den Energieverbrauch einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, weiter zu verringern .However, there is still a need to reduce the energy consumption of a machine for producing a fibrous web, especially a paper or board machine, to further reduce.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papieroder Kartonmaschine, bereitzustellen, mit der der Energieverbrauch zur hydraulischen Steuerung einer Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Papier- oder Kartonmaschine weiter verringert wird.It is therefore the object of the invention to provide a hydraulic cylinder assembly for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine, with which the energy consumption for the hydraulic control of a hydraulic cylinder assembly for a paper or board machine is further reduced.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papieroder Kartonmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .The object of the invention is achieved with a hydraulic cylinder assembly for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine, with the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Baugruppe sind in den Unteransprüchen dargelegt.Advantageous developments of the assembly according to the invention are set forth in the subclaims.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Hydraulikzylinderbaugruppe für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papieroder Kartonmaschine, bereitgestellt. Die Baugruppe hat einen Hydraulikzylinder, der ein Zylindergehäuse und einen in dem Zylindergehäuse beweglichen Kolben umfasst, der das Zylindergehäuse in eine zylinderkopfseitige Kammer und eine zylinderbodenseitige Kammer unterteilt, und mindestens einen digitalhydraulischen Druckregler, der in die Baugruppe integriert ist, der der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer zugeordnet ist, und der einen Zu- und Abfluss von Arbeitsfluid zu und von den Kammern steuert, um den Druck des Arbeitsfluids in mindestens einer der beiden Kammern des Hydraulikzylinders einzustellen .
In den nachfolgenden Erläuterungen ist stets von einer Papiermaschine die Rede; dieser Begriff soll aber ausdrücklich alle Maschinentypen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, also insbesondere auch Kartonmaschinen, Faserplattenmaschinen und dergleichen umfassen.According to one aspect of the invention, there is provided a hydraulic cylinder assembly for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine. The assembly has a hydraulic cylinder including a cylinder housing and a piston movable in the cylinder housing, dividing the cylinder housing into a cylinder head chamber and a cylinder bottom chamber, and at least one digital hydraulic pressure regulator integrated into the assembly, the cylinder head side chamber and the cylinder head side chamber associated with the cylinder bottom side chamber, and which controls an inflow and outflow of working fluid to and from the chambers to adjust the pressure of the working fluid in at least one of the two chambers of the hydraulic cylinder. The following explanations always refer to a paper machine; However, this term is expressly to include all types of machines for the production of fibrous webs, so in particular also board machines, fibreboard machines and the like.
Wenn ein digitalhydraulischer Druckregler anstelle eines herkömmlichen Proportionalventils verwendet wird, ist bei unveränderter Stellung des Hydraulikzylinders der Hydraulikflüssigkeitsverbrauch, d.h. der innere Leckagestrom im Regler Null. In einer Papiermaschine sind viele verstellbare Elemente erforderlich und vorhanden; die Verstellung erfolgt aber nicht oft sondern nur bei relativ selten auftretenden Vorgängen, wie Anfahrvorgängen, Bahnabrissen und Neueinfädelungen der Bahn, Tambourwechsel oder Wartungsmaßnahmen. Die Stellbewegungen, die üblicherweise mittels an den zu verstellenden Bauteilen in der Papiermaschine angreifenden Hydraulikzylindern ausgeführt werden, umfassen dabei einen Verfahrvorgang eines Hydraulikzylinders und/oder ggf. einen Druckaufbau, um irgendwelche mechanischen Druckkräfte, z.B. einen Druck in einem Spalt zwischen zwei Walzen, zu erzeugen.If a digital hydraulic pressure regulator is used instead of a conventional proportional valve, with the position of the hydraulic cylinder unchanged, the hydraulic fluid consumption, i. the internal leakage current in the controller zero. In a paper machine many adjustable elements are required and available; the adjustment is not often but only in relatively rare occurrences, such as start-up operations, web breaks and Neueinfädelungen the web, reel change or maintenance. The actuating movements, which are usually carried out by means of acting on the components to be adjusted in the paper machine hydraulic cylinders, thereby comprise a movement of a hydraulic cylinder and / or possibly a pressure build-up to any mechanical compressive forces, e.g. to generate a pressure in a gap between two rolls.
Die Erfinder haben nun gefunden, dass der Aufwand für die Bereitstellung, Verlegung und Wartung von Rohrleitungen für die Versorgung eines Hydraulikzylinders mit Arbeitsfluid in einer herkömmlichen Papiermaschine beachtlich ist. Die verwendeten Materialien müssen für die feuchtheiße Umgebung korrosionsfest sein, es sind enorme Strecken zu bewältigen, denn eine übliche Papiermaschine ist schlichtweg groß (mehrere zig Meter lang) , so dass hier derThe inventors have now found that the expense of providing, installing and maintaining piping for the supply of a hydraulic cylinder to working fluid in a conventional paper machine is considerable. The materials used must be corrosion-resistant for the hot, humid environment, enormous distances have to be mastered, because a conventional paper machine is simply large (several tens of meters long), so that here
Materialverbrauch an hochwertigem Rohrmaterial ein echter Kostenfaktor ist. Zudem ergeben sich Strömungsverluste bei der Führung der Fluidströme in den Leitungen, die entweder
durch größere Rohrquerschnitte, d.h. mehr Materialverbrauch, oder durch höhere Pumpleistung, d.h. durch einen höheren Energieverbrauch, ausgeglichen werden müssen .Material consumption of high-quality pipe material is a real cost factor. In addition, there are flow losses in the management of the fluid flows in the lines, either must be compensated by larger pipe cross-sections, ie more material consumption, or by higher pump power, ie by a higher energy consumption.
Durch die Zuordnung von mindestens einem digitalhydraulischen Druckregler zu der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer des Zylindergehäuses und durch die Integration des Reglers in die Hydraulikzylinderbaugruppe können lange Leitungsführungen entfallen und eine kompakte Bauweise gewährleistet werden.By assigning at least one digital hydraulic pressure regulator to the cylinder head side chamber and the cylinder bottom side chamber of the cylinder housing and the integration of the controller in the hydraulic cylinder assembly long cable guides can be omitted and a compact design can be ensured.
Bevorzugt sind die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar an dem Hydraulikzylinder oder in dem Kolben des Hydraulikzylinders angebracht. In diesen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar an dem Hydraulikzylinder oder in dem Kolben selbst angebracht. Diese Bauweisen sind nicht nur kompakt, sondern es sind auch wenige hydraulische Anschlussstellen vorhanden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit, weil es wenige Stellen im Hydraulikkreis gibt, die undicht werden können .Preferably, the valves of the digital hydraulic pressure regulator are mounted directly on the hydraulic cylinder or in the piston of the hydraulic cylinder. In these advantageous embodiments of the invention, the valves of the digital hydraulic pressure regulator are attached directly to the hydraulic cylinder or in the piston itself. These designs are not only compact, but there are also few hydraulic connection points available. This improves reliability because there are few points in the hydraulic circuit that can leak.
Bevorzugt ist der Kolben ein hin- und herbewegbarer Kolben mit Kolbenstange. Dieser Kolben kann ein hin- und herbewegbarer hohler Kolben mit hohler Kolbenstange sein, wobei in dem Kolben optional die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers angeordnet sein können und die hydraulische und elektrische Leitungsführung des digitalhydraulischen Druckreglers durch die Kolbenstange hindurch zu den Ventilen geführt werden kann, wodurch die Bauweise des Hydraulikzylindergehäuses vereinfacht werden kann. Durch die Hohlbauweise des Kolbens und der
Kolbenstange wird ein zusätzlicher Raum zur vorhin genannten Leitungsführung erst dann nutzbar, im Gegensatz zu einem massiven Kolben, der in einer Massivbauweise hergestellt wurde. Somit kann der zur Verfügung stehende Platz innerhalb des Kolben- und Kolbenstangenmaterials optimal zum Einbau von den Ventilen der hydraulischen Druckregler und den entsprechenden Leitungen genutzt werden. Bei dieser Bauform von Kolben ist ferner sichergestellt, dass die Ventile der hydraulischen Druckregler derart in dem Kolben eingebaut sind, dass deren Auslässe direkt zu der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer des Hydraulikzylinders zugeordnet sind, so dass die Kolbenstange letztlich eine Stellung einnimmt, die im Wesentlichen von der durch die Druckregler eingestellten Differenz der Drücke in der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer des Hydraulikzylinders abhängt.Preferably, the piston is a reciprocating piston with piston rod. This piston may be a reciprocating hollow piston with a hollow piston rod, wherein in the piston optionally the valves of the digital hydraulic pressure regulator can be arranged and the hydraulic and electrical wiring of the digital hydraulic pressure regulator can be passed through the piston rod to the valves, whereby the Construction of the hydraulic cylinder housing can be simplified. Due to the hollow construction of the piston and the Piston rod is an additional space for the above-mentioned wiring only then usable, in contrast to a solid piston, which was produced in a solid construction. Thus, the available space within the piston and piston rod material can be optimally used for installation of the valves of the hydraulic pressure regulator and the corresponding lines. In this type of piston is further ensured that the valves of the hydraulic pressure regulator are installed in the piston, that their outlets are assigned directly to the cylinder head side chamber and the cylinder bottom chamber of the hydraulic cylinder, so that the piston rod ultimately occupies a position in the Essentially depends on the set by the pressure regulator difference in the pressures in the cylinder head side chamber and the cylinder bottom chamber of the hydraulic cylinder.
Für die Ventile des hydraulischen Druckreglers können z.B. 2/2 Solenoidventile von Matrix Mechatronics, vorzugsweise der 750-er Serie, verwendet werden.For the valves of the hydraulic pressure regulator, e.g. 2/2 solenoid valves from Matrix Mechatronics, preferably the 750 series.
Wenn die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar an dem Hydraulikzylinder angebracht sind, ist es besonders bevorzugt, dass das Zylindergehäuse eine zu der zylinderkopfseitigen Kammer korrespondierende Vorkammer und eine zu der zylinderbodenseitigen Kammer korrespondierende Vorkammer aufweist, die voneinander hydraulisch getrennt sind und an denen die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar angebracht sind. Ferner können die beiden Vorkammern durch eine das Zylindergehäuse fluiddicht umgebende Zylinderhülle gebildet sein und einen zu der zylinderkopfseitigen Kammer korrespondierenden Ringraum und einen zu der zylinderbodenseitigen Kammer korrespondierenden Ringraum
definieren, wobei die Ringräume durch eine zwischen dem Zylindergehäuse und der Zylinderhülle angeordnete Trennwand voneinander hydraulisch getrennt sind und an deren Umfangsflachen die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers angebracht sind. Optional sind die Zylinderhülle und die Trennwand einstückig an dem Zylindergehäuse ausgebildet. Bei dieser Bauform des Hydraulikzylinders sind die Auslässe der unmittelbar an dem Hydraulikzylinder (z.B. an der Zylinderhülle) angebrachten Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers zu den jeweiligen Vorkammern korrespondierend zugeordnet. Die Vorkammern weisen dann einen gemeinsamen Zufuhr- bzw. Auslassanschluss an dem Zylindergehäuse selbst auf. Die Positionen der gemeinsamen Anschlüsse an dem Zylindergehäuse sind derart festgelegt, dass eine Positionsverstellung des Kolbens innerhalb des Zylinders durch die unterschiedlich einstellbaren Drücke in den Vorkammern unabhängig von der jeweiligen Lage des Kolbens gewährleistet werden kann. Der Kolben und somit die Kolbenstange nehmen letztlich eine Stellung ein, die im Wesentlichen von der durch die Druckregler eingestellten Differenz der Drücke in der zu der zylinderkopfseitigen Kammer zugeordneten Vorkammer und der zu der zylinderbodenseitigen Kammer zugeordneten Vorkammer abhängt .When the valves of the digital hydraulic pressure regulator are mounted directly on the hydraulic cylinder, it is particularly preferred that the cylinder housing has an antechamber corresponding to the cylinder head side chamber and an antechamber corresponding to the cylinder bottom side chamber, which are hydraulically separated from each other and to which the valves of the digital hydraulic Pressure regulator are directly attached. Furthermore, the two prechambers can be formed by a cylinder envelope which surrounds the cylinder housing in a fluid-tight manner and has an annular space corresponding to the cylinder head side chamber and an annular space corresponding to the cylinder bottom side chamber define, wherein the annular spaces are hydraulically separated from each other by a partition wall disposed between the cylinder housing and the cylinder shell and the valves of the digital hydraulic pressure regulator are mounted on the peripheral surfaces thereof. Optionally, the cylinder envelope and the partition wall are integrally formed on the cylinder housing. In this design of the hydraulic cylinder, the outlets of the directly attached to the hydraulic cylinder (eg on the cylinder shell) valves of the digital hydraulic pressure regulator are assigned to the respective prechambers corresponding. The pre-chambers then have a common supply or exhaust port on the cylinder housing itself. The positions of the common ports on the cylinder housing are set so that a positional adjustment of the piston within the cylinder can be ensured by the differently adjustable pressures in the antechambers, regardless of the respective position of the piston. The piston and thus the piston rod ultimately assume a position which essentially depends on the difference between the pressures set by the pressure regulators in the antechamber assigned to the cylinder head side chamber and the prechamber assigned to the cylinder bottom side chamber.
In den obigen oder weiteren Ausgestaltungen kann der digitalhydraulische Druckregler einIn the above or other embodiments, the digital hydraulic pressure regulator may be a
Differenzdruckregelventil umfassen, das eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer schaltet und einen Durchfluss von Arbeitsfluid zwischen der zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer steuert. Bevorzugt können die Volumina der
zylinderkopfseitigen Kammer und der zylinderbodenseitigen Kammer gleich groß sein.Includes differential pressure control valve that switches a direct hydraulic connection between the cylinder head side chamber and the cylinder bottom side chamber and controls a flow of working fluid between the cylinder head side chamber and the cylinder bottom side chamber. Preferably, the volumes of the cylinder head side chamber and the cylinder bottom chamber be the same size.
Gemäß den obigen Ausführungen zu der Erfindung ist der Hydraulikzylinder ein Differentialzylinder . In einem Differentialzylinder sind sowohl auf der Kolbenseite als auch auf der Kolbenstangenseite druckwirksame Flächen ausgebildet, so dass die Kolbenstange des Zylinders letztlich eine Stellung einnimmt, die von der auf die Kolbenstange wirkenden Last und der Differenz der Drücke auf der Kolbenseite und der Stangenseite abhängt. Im Betrieb wird, wenn die Lage des Kolbens verstellt werden soll, Arbeitsfluid unter Druck in die Zylinderkammer eingespeist, deren Volumen zunehmen soll, während eine entsprechende Menge an Arbeitsfluid aus der Zylinderkammer abgelassen wird, deren Volumen abnehmen soll. In diesem Fall wird Arbeitsfluid auf einem Druckniveau abgelassen, das deutlich über dem eines Vorratsbehälters, nachfolgend als Tank bezeichnet, liegt. Dies bedeutet, dass die zuvor investierte Pumpenergie, die in diesem abzulassenden Teil des Arbeitsfluid enthalten ist, ungenutzt in den Tank abgegeben wird. Durch das Differenzdruckregelventil, das die beiden Kammern des Zylinders miteinander hydraulisch verbindet, kann das Arbeitsfluid auf hohem Druckniveau von einer Druckkammer in die andere strömen und es ist ggf. nur die Pumpenergie aufzubringen, die zur Druckerhöhung in diesem Volumen erforderlich ist. Auf diese Weise wird Energie gespart. Ferner kann durch die Verwendung des Differenzdruckregelventils auch ein vereinfachter Aufbau des digitalhydraulischen Druckreglers in Verbindung mit einem Differentialzylinder erreicht werden.According to the above embodiments of the invention, the hydraulic cylinder is a differential cylinder. In a differential cylinder, pressure-effective surfaces are formed on both the piston side and the piston rod side, so that the piston rod of the cylinder ultimately assumes a position which depends on the load acting on the piston rod and the difference of the pressures on the piston side and the rod side. In operation, when the position of the piston is to be adjusted, working fluid is fed under pressure into the cylinder chamber, the volume of which is to increase, while a corresponding amount of working fluid is discharged from the cylinder chamber, whose volume is to decrease. In this case, working fluid is discharged at a pressure level well above that of a reservoir, hereinafter referred to as a tank. This means that the previously invested pump energy, which is contained in this part of the working fluid to be discharged, is discharged into the tank unused. By the differential pressure control valve, which connects the two chambers of the cylinder together hydraulically, the working fluid can flow at high pressure level from one pressure chamber to the other and it may be necessary to apply only the pumping energy required to increase the pressure in this volume. This saves energy. Furthermore, by using the differential pressure control valve and a simplified structure of the digital hydraulic pressure regulator can be achieved in conjunction with a differential cylinder.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen kann die Baugruppe des Weiteren eine integrierte Pumpe umfassen, um das Arbeitsfluid mit ausreichend hohem Druck für den
digitalhydraulischen Druckregler bereitzustellen. Die Pumpe kann unmittelbar an dem Hydraulikzylinder angebracht sein. Ferner kann die Pumpe das Arbeitsfluid mit hohem Druck in einen mit dem digitalhydraulischen Druckregler hydraulisch verbindbaren Druckspeicher einspeisen und diesen mit Druck beaufschlagen .In the above embodiments, the assembly may further comprise an integrated pump to supply the working fluid at a sufficiently high pressure for the provide digital hydraulic pressure regulator. The pump can be mounted directly on the hydraulic cylinder. Further, the pump can feed the working fluid at high pressure into a hydraulically connectable with the digital hydraulic pressure regulator pressure accumulator and pressurize it.
Bei den vorstehend gezeigten Ausführungsformen haben die Erfinder gefunden, dass mit dem Wegfall des permanenten Leckagestroms in Proportionalsteuerventilen tatsächlich ein so geringer Bedarf an Arbeitsfluid vorliegt, dass es energetisch ungünstig ist, eine für den Leckagestrom hinreichend groß ausgelegte Pumpe wiederholt ein- und auszuschalten. Die Erfinder haben nun gefunden, dass der Verbrauch an Arbeitsfluid auch aus einem Druckspeicher gedeckt werden kann, wobei der Druckspeicher mit einer Pumpe von Zeit zu Zeit aufgeladen wird. Hierzu ist es möglich, jeder einzelnen Baugruppe einen eigenen Druckspeicher und/oder eine eigene integrierte Pumpe bzw. mehreren Baugruppen einen gemeinsamen Druckspeicher und/oder Pumpe zuzuordnen. In dem zweiten Fall kann eine einzelne Pumpe vorgesehen werden, die die mehreren Druckspeicher auflädt. Im Fall mehrerer Druckspeicher können diese auch nacheinander einzeln aufgeladen werden, so dass eine in die jeweilige Baugruppe vorübergehend integrierbare kleine Pumpe, die für den entsprechenden Druckspeicher der Baugruppe bemessen ist, ausreicht.In the embodiments shown above, the inventors have found that, with the elimination of the permanent leakage current in proportional control valves, there is actually so little demand for working fluid that it is energetically unfavorable to repeatedly turn on and off a pump of sufficient size for the leakage flow. The inventors have now found that the consumption of working fluid can also be covered by a pressure accumulator, wherein the pressure accumulator is charged with a pump from time to time. For this purpose, it is possible to associate each individual module with its own pressure accumulator and / or its own integrated pump or multiple modules with a common pressure accumulator and / or pump. In the second case, a single pump may be provided to charge the plurality of accumulators. In the case of multiple pressure accumulator these can also be charged one after the other individually, so that in the respective module temporarily integrable small pump, which is sized for the corresponding accumulator of the assembly is sufficient.
Durch die Zuordnung von individuellen Druckspeichern zu den einzelnen Baugruppen lässt sich eine funktionale und räumliche Aufgliederung der Druckversorgungsbereiche, d.h. einzelne lokale in die Baugruppe integrierbare Pumpen werden vorgesehen, die unabhängig voneinander sind, so dass lange Leitungsstränge entfallen können.
Des Weiteren kann mit einem schnellen Satz von Digitalventilen eines digitalhydraulischen Druckreglers an einem Druckspeicher der Druck z.B. in einem Walzenspalt oder Walzennip exakt gesteuert werden, obwohl der Pegel des Versorgungsdrucks ein wenig schwankt oder nachlässt. Der Satz Digitalventile ist zusätzlich zu dem Hydraulikzylinder auch zu dem Druckspeicher zugeordnet, um den Druck und den von dem Druckspeicher abgegebenen Volumenstrom zu steuern. Wenn der Druckspeicher erschöpft ist, d.h. die darin gespeicherte Energie abgegeben wurde, kann der Satz Digitalventile auf den Pumpenbetrieb umschalten. Dabei wird die Druckregelung unmittelbar mit dem gepumpten Arbeitsfluid ausgeführt und gleichzeitig wird der Druckspeicher wieder aufgeladen. Dann schaltet die Pumpe wieder ab und es wird wieder Arbeitsfluid aus dem Druckspeicher entnommen, wodurch die Energiekosten erheblich gesenkt werden können.By assigning individual pressure accumulators to the individual modules, it is possible to provide a functional and spatial breakdown of the pressure supply areas, ie individual local pumps which can be integrated into the module are provided, which are independent of one another, so that long cable runs can be dispensed with. Furthermore, with a fast set of digital valves of a digital hydraulic pressure regulator on a pressure accumulator, the pressure in a nip or roller nip, for example, can be accurately controlled even though the level of the supply pressure varies slightly or decreases. The set of digital valves is also associated with the pressure accumulator in addition to the hydraulic cylinder to control the pressure and the volume flow delivered by the pressure accumulator. When the pressure accumulator is depleted, ie the energy stored therein has been released, the set of digital valves can switch to pump operation. The pressure control is carried out directly with the pumped working fluid and at the same time the accumulator is recharged. Then the pump switches off again and it is again taken working fluid from the pressure accumulator, whereby the energy costs can be significantly reduced.
Die Erfindung kann mit zahlreichen Modifikationen und Optionen in die Praxis umgesetzt werden, von denen einige nachfolgend geschildert werden. Diese Modifikationen tragen zu einem vereinfachten Aufbau derThe invention can be practiced with numerous modifications and options, some of which are described below. These modifications contribute to a simplified construction of the
Hydraulikzylinderbaugruppe und/oder zur Verminderung des Energieverbrauchs bei.Hydraulic cylinder assembly and / or to reduce energy consumption.
Ein üblicher digitalhydraulischer Druckregler hat in derA conventional digital hydraulic pressure regulator has in the
Regel eine Reihe oder Bank parallel geschalteter Ventile für die Zuführung von Arbeitsfluid zu einer Druckkammer eines Hydraulikzylinders (z.B. ein einfach-wirkenderTypically, a series or bank of valves connected in parallel for supplying working fluid to a pressure chamber of a hydraulic cylinder (e.g., a single-acting
Plungerzylinder, ein doppelt-wirkenderPlunger cylinder, a double-acting
Differentialzylinder, etc.) und eine Bank parallel geschalteter Ventile zum Ablassen von Arbeitsfluid aus dieser Druckkammer. In der Regel sind einemDifferential cylinder, etc.) and a bank of parallel-connected valves for discharging working fluid from this pressure chamber. In general, one is
Differentialzylinder mit zwei Druckkammern insgesamt vierDifferential cylinder with two pressure chambers a total of four
Ventilbänke zugeordnet. Mit einem Umschaltventil (z.B. 4/2-
Wege Ventil) kann eine Vereinfachung des Aufbaus erreicht werden, indem jeweils eine Ventilbank mit jeweils einer Zylinderdruckkammer verbunden ist, während das Umschaltventil die beiden Ventilbänke abwechselnd mit dem Tank oder der Pumpe (bzw. der Druckquelle) verbindet.Assigned valve banks. With a switching valve (eg 4/2 Way valve), a simplification of the structure can be achieved by each a valve bank is connected to one cylinder pressure chamber, while the switching valve alternately connects the two valve banks with the tank or the pump (or the pressure source).
Werden digitalhydraulische Druckregler zusammen mit Hydraulikzylindern verwendet, so liegt ein besonderer Vorteil darin, dass diese Regler keinen Leckagestrom aufweisen. Daher stehen Arbeitsfluidvolumina und Kolbenstellung in sehr engem Zusammenhang, d.h. misst man das dem Zylinder zugeführte Arbeitsfluidvolumen, kann man auf die tatsächliche Kolbenstellung schließen. Bei dem Betrieb eines solchen Zylinders kann die Kolbenstellung eine wichtige Größe sein, insbesondere bei der Einstellung von genauen Abständen bei großen Kräften oder hinsichtlich einer Synchronisation von Bewegungen.If digital hydraulic pressure regulators are used together with hydraulic cylinders, it is a particular advantage that these regulators have no leakage current. Therefore, working fluid volumes and piston position are very closely related, i. If one measures the volume of working fluid supplied to the cylinder, one can infer the actual position of the piston. In the operation of such a cylinder, the piston position may be an important quantity, in particular in the setting of accurate distances at high forces or with respect to a synchronization of movements.
Die herkömmlich verwendete Sensorik für diese Aufgabe ist an der Außenseite des Zylinders angeordnet und damit den widrigen Umgebungsbedingungen von beispielsweise Papiermaschinen ausgesetzt, wo es häufig staubig und/oder feucht ist. Dadurch ist diese Sensorik störungsanfällig.The conventionally used sensors for this purpose are arranged on the outside of the cylinder and thus exposed to the adverse environmental conditions of, for example, paper machines, where it is often dusty and / or damp. As a result, this sensor is prone to failure.
Durch den engen Zusammenhang zwischen vom Regler abgegebenem Arbeitsfluidvolumen und der Kolbenstellung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aus einer Volumenstrommessung im Arbeitsfluidstrom, beispielsweise mit Zahnraddurchflussmessern, auf die Kolbenstellung geschlossen werden. Dabei kann der Durchflussmesser an einer Stelle angebracht sein, die von der Kolbenstange (deren Position erfasst werden soll) entfernt ist. Zudem kann man solche Durchflussmesser kapseln, da sie nur etwas erfassen müssen, was in ihrem Inneren erfolgt. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Kolbenstellungserfassung
möglich. Selbst wenn ein Messfehler bei der Erfassung des Durchflusses auftritt, ist diese Sensorikanordnung, besonders wenn Hin- und Rückfluss zum bzw. vom Zylinder getrennt erfasst und ausgewertet werden, hinreichend genau, um Fehlfunktionen zu erkennen.Due to the close relationship between the output of the controller working fluid volume and the piston position can be closed according to a development of the invention from a volume flow measurement in the working fluid flow, for example, with gear flow meters on the piston position. In this case, the flow meter may be mounted at a location which is remote from the piston rod (whose position is to be detected). In addition, you can encapsulate such flow meters, since they only need to capture something that takes place inside them. In this way, a reliable piston position detection possible. Even if a measurement error occurs in the detection of the flow, this sensor assembly, especially if the return flow to and from the cylinder are separately detected and evaluated, is sufficiently accurate to detect malfunctions.
Es ist ferner auch möglich, aus der Arbeitsweise des digitalhydraulischen Reglers auf das verschobene Arbeitsfluidvolumen zu schließen, indem man die einzelnen Ströme durch die einzelnen Ventile eines Reglers unter Berücksichtigung der Öffnungszeiten aufsummiert. Auf diese Weise kann ggf. sogar jeglicher Durchflussmesser eingespart werden. Dabei kann man die Erkenntnis nutzen, dass die Öffnungszeiten der einzelnen Ventile für die Regelung ohnehin berechnet werden und aus der Berechnung mit den individuellen Durchflussraten durch die entsprechenden Ventile auf das in der jeweiligen Druckkammer vorliegende Volumen und somit auf die Kolbenstellung geschlossen werden kann .It is also possible to conclude from the operation of the digital hydraulic controller on the shifted working fluid volume by summing up the individual streams through the individual valves of a controller, taking into account the opening times. In this way, possibly even any flow meter can be saved. In this case, it is possible to use the knowledge that the opening times of the individual valves for the regulation are calculated anyway and from the calculation with the individual flow rates through the corresponding valves to the volume present in the respective pressure chamber and thus to the piston position.
Zur raschen Ansteuerung von Strömen von Arbeitsfluiden kann das Prinzip der Digitalhydraulik auch für Durchflussregler eingesetzt werden. In der Regel werden für die Regelung der beachtlichen Volumenströme des Arbeitsfluids große Ventile mit großen Querschnitten eingesetzt, deren Regelgenauigkeit begrenzt ist. Beim Stoffauflauf einer Papiermaschine beispielsweise, ist es erforderlich, die Zusammensetzung der FaserstoffSuspension genau zu steuern, damit ein Papier mit gleichbleibender Qualität erzeugt wird. In diesem Fall ist die Verdünnung der Suspension (Dilution) durch Zugabe von Wasser zu steuern. Diese Zugabe von Wasser zur Einstellung einer gewünschten Verdünnung kann mittels digitalhydraulischen Ventilanordnungen sehr präzise und reaktionsschnell gesteuert werden, indem die Ventile mit den entsprechenden Durchflussraten, wie eingangs
geschildert, geöffnet bzw. geschlossen werden. Durch die Verwendung mehrere solcher digitalhydraulischer Durchflussregler mit entsprechenden Querschnitten (die Ventile müssen noch rasch genug schaltbar sein) können auch großvolumige Stoffströme gesteuert werden.For rapid control of streams of working fluids, the principle of digital hydraulics can also be used for flow regulators. As a rule, large valves with large cross-sections are used to control the considerable volume flows of the working fluid whose control accuracy is limited. For example, with the headbox of a paper machine, it is necessary to precisely control the composition of the pulp suspension to produce a paper of consistent quality. In this case dilution of the suspension (dilution) should be controlled by addition of water. This addition of water to establish a desired dilution can be controlled very precisely and responsively by means of digital hydraulic valve arrangements by providing the valves with the appropriate flow rates, as indicated at the beginning be described, opened or closed. By using several such digital hydraulic flow regulators with corresponding cross sections (the valves must still be able to be switched quickly enough), it is also possible to control large-volume material flows.
Ein wichtiges Kriterium für die Qualität (Genauigkeit, Überschwingverhalten, etc.) der Regelung mittels digitalhydraulischen Reglern ist die Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Ventile, d.h. wie rasch die Ventile geöffnet bzw. geschlossen werden können. Für die rasche Bewegung des Ventilkörpers im Ventil sind aber größereAn important criterion for the quality (accuracy, overshoot, etc.) of the control by means of digital hydraulic regulators is the switching speed of the individual valves, i. how quickly the valves can be opened or closed. But for the rapid movement of the valve body in the valve are larger
(Beschleunigungs-) Kräfte erforderlich als zum Halten des Ventils im angesteuerten Zustand. Aus diesem Grunde können für den Verstellvorgang sogenannte Booster oder Verstärker eingesetzt werden, die eine Spule des elektromagnetisch betätigten Ventils kurzzeitig mit einer Überspannung versorgen, so dass ein stärkeres Magnetfeld entsteht und der Ventilkörper schneller bewegt werden kann. Ein Vorteil dieser Technik liegt darin, dass diese Spulen nur so groß dimensioniert werden müssen, dass sie diese kurzzeitige Überlastung überstehen und im Dauerbetrieb eine niedrigere Spannung aushalten.(Acceleration) forces required than to hold the valve in the driven state. For this reason, so-called boosters or amplifiers can be used for the adjustment process, which supply a coil of the solenoid-operated valve briefly with an overvoltage, so that a stronger magnetic field is created and the valve body can be moved faster. An advantage of this technique is that these coils must be dimensioned only so large that they survive this short-term overload and endure a lower voltage in continuous operation.
Die zuvor beschriebenen digitalhydraulischen Regleranordnungen werden in der Regel mit Hydrauliköl als Arbeitsfluid betrieben. Die Verwendung von Öl ist für die üblichen Steuerventile zur Schmierung der Steuerkolben grundsätzlich erforderlich oder zumindest von Vorteil. Nachdem die digitalhydraulischen Regler nur noch einfache Abschaltventile verwenden, gibt es dieseThe digital hydraulic controller arrangements described above are usually operated with hydraulic oil as working fluid. The use of oil is for the usual control valves for lubrication of the control piston basically required or at least beneficial. Since the digital hydraulic controllers only use simple shut-off valves, these are available
Schmierungserfordernis nicht mehr oder nicht mehr in dem Maße. Deshalb kann das Arbeitsfluid auch eine wässrige Emulsion (z.B. eine Öl/Wasser Emulsion ähnlich der Bohrmilch) oder sogar einfaches Wasser sein.
Neben einer erheblichen Verringerung des Aufwands, der getroffen werden muss, um die Umwelt vor Verschmutzung durch austretendes Öl zu schützen, gibt es auch technische Vorteile. Die Viskosität von Öl ist temperaturabhängig. In digitalhydraulischen Reglern sind in der Regel feste Drosseln zur Einstellung der Volumenströme durch die einzelnen Ventile vorgesehen, deren Drosselwirkung eine deutliche Abhängigkeit von der Viskosität des Arbeitsfluids zeigt. Bei Wasser oder wässrigen Emulsionen hat die Temperatur nur einen geringen Einfluss auf die Viskosität, so dass die Temperaturempfindlichkeit des Hydrauliksystems gering ist. Damit ist es nicht erforderlich, die Temperatur des Arbeitsfluids am Einsatzort des digitalhydraulischen Reglers zu berücksichtigen.Lubrication requirement is no longer or not so much. Therefore, the working fluid may also be an aqueous emulsion (eg, an oil / water emulsion similar to the drilling mud) or even simple water. In addition to a significant reduction in the effort that must be made to protect the environment from pollution by leaking oil, there are also technical advantages. The viscosity of oil is temperature dependent. In digital hydraulic regulators fixed throttles for adjusting the flow rates through the individual valves are usually provided, the throttle effect shows a significant dependence on the viscosity of the working fluid. In the case of water or aqueous emulsions, the temperature has only a slight influence on the viscosity, so that the temperature sensitivity of the hydraulic system is low. Thus, it is not necessary to consider the temperature of the working fluid at the site of the digital hydraulic controller.
Die Erfindung wird nachfolgend hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte anhand von beispielhaften Ausgestaltungen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, in denen Folgendes gezeigt ist:The invention will be further elucidated in the following with respect to various aspects by means of exemplary embodiments, with reference to the figures, in which:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Abschnitts einer Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern;Fig. 1 shows a schematic structure of a portion of a hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators;
Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Abschnitts einer Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, die durch Differenzdruckregelventile miteinander hydraulisch verbunden sind;Fig. 2 shows a schematic structure of a portion of a hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, which are hydraulically connected to each other by differential pressure control valves;
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einerFig. 3 shows a portion of a
Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, einem Differenzdruckregelventil, einem hydraulischen Differentialzylinder, einer integrierten
Pumpe und einem Tank, und einen Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild;Hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, a differential pressure control valve, a hydraulic differential cylinder, an integrated Pump and a tank, and a pressure accumulator in a schematic diagram;
Fig. 4 zeigt einen Abschnitt einerFig. 4 shows a portion of a
Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, einem Differenzdruckregelventil, einem hydraulischen Differentialzylinder, einer integrierten Pumpe, einem Tank und einem Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild;Hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, a differential pressure control valve, a hydraulic differential cylinder, an integrated pump, a tank and a pressure accumulator in a schematic diagram;
Fig. 5 zeigt einen schematischen Aufbau einer Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, deren Ventile in einem Kolben des Hydraulikzylinders angeordnet sind;Fig. 5 shows a schematic structure of a hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators whose valves are arranged in a piston of the hydraulic cylinder;
Fig. 6 zeigt einen Abschnitt einerFig. 6 shows a portion of a
Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, einem Differenzdruckregelventil und einem hydraulischen Differentialzylinder, und einen Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild; undHydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, a differential pressure control valve and a hydraulic differential cylinder, and a pressure accumulator in a schematic diagram; and
Fig. 7 zeigt einen Abschnitt einerFig. 7 shows a portion of a
Hydraulikzylinderbaugruppe mit einem digitalhydraulischen Druckregler, einem Differenzdruckregelventil, einem hydraulischen Differentialzylinder und einemHydraulic cylinder assembly with a digital hydraulic pressure regulator, a differential pressure control valve, a hydraulic differential cylinder and a
Richtungssteuerungsventil, und einen Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild.Directional control valve, and a pressure accumulator in a schematic diagram.
In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass die allgemeine Funktionsbeschreibung lediglich anhand einer Fig. vorgenommen und dann darauf verwiesen wird. Wenn ferner im nachfolgenden Text von Druckreglern oder Durchflussreglern die Rede ist, so sind diese, wenn nichts anderes gesagt
ist, digitalhydraulische Druckregler oder Durchflussregler die unter Verwendung des eingangs in der Beschreibung erläuterten digitalhydraulischen Prinzips arbeiten.In the following description of the figures, the same or functionally identical elements are designated by the same reference numerals, so that the general functional description is made only with reference to a Fig. And then referenced. Further, if in the following text of pressure regulators or flow controllers, so these are, unless otherwise stated , digital hydraulic pressure regulators or flow controllers that operate using the digital hydraulic principle explained in the introduction at the outset.
In der Fig. 1 ist ein Aufbau eines Abschnitts einer Hydraulikzylinderbaugruppe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt .FIG. 1 schematically shows a structure of a portion of a hydraulic cylinder assembly 1 according to a first embodiment of the present invention.
Diese Hydraulikzylinderbaugruppe 1 weist einen Hydraulikzylinder 2 und vier digitalhydraulische Druckregler 3 auf. Der Hydraulikzylinder 2 ist ein hydraulischer Differentialzylinder 2 und hat ein Zylindergehäuse 21 und einen in dem Zylindergehäuse beweglichen Kolben 27. Das Zylindergehäuse 21 ist durch einen Kopf des Kolbens 27 in eine zylinderkopfseitige Kammer 22 und eine zylinderbodenseitige Kammer 23 unterteilt. Des Weiteren weist das Zylindergehäuse 21 eine zu der zylinderkopfseitigen Kammer 22 korrespondierende Vorkammer 24 und eine zu der zylinderbodenseitigen Kammer 23 korrespondierende Vorkammer 25 auf. Diese beiden Vorkammern 24, 25 sind voneinander durch eine Trennwand 26, die sich von dem Umfang des Zylindergehäuses 21 radial nach außen und ringförmig um das Gehäuse 21 herum erstreckt, hydraulisch getrennt. Die beiden Vorkammern 24, 25 sind durch eine das Zylindergehäuse 21 fluiddicht umgebende Zylinderhülle gebildet, wodurch ein zu der zylinderkopfseitigen Kammer 22 korrespondierender RingraumThis hydraulic cylinder assembly 1 has a hydraulic cylinder 2 and four digital hydraulic pressure regulator 3. The hydraulic cylinder 2 is a hydraulic differential cylinder 2 and has a cylinder housing 21 and a piston 27 movable in the cylinder housing. The cylinder housing 21 is divided by a head of the piston 27 into a cylinder head side chamber 22 and a cylinder bottom side chamber 23. Furthermore, the cylinder housing 21 has an antechamber 24 corresponding to the cylinder head side chamber 22 and an antechamber 25 corresponding to the cylinder bottom side chamber 23. These two prechambers 24, 25 are hydraulically separated from each other by a partition wall 26 which extends radially outwardly and annularly around the housing 21 from the periphery of the cylinder housing 21. The two pre-chambers 24, 25 are formed by a cylindrical housing surrounding the cylinder housing 21 fluid-tight, whereby a corresponding to the cylinder head side chamber 22 annulus
(d.h. die zylinderkopfseitige Vorkammer 24) und ein zu der zylinderbodenseitigen Kammer 23 korrespondierender Ringraum(i.e., the cylinder head side prechamber 24) and an annular space corresponding to the cylinder bottom side chamber 23
(d.h. die zylinderbodenseitige Vorkammer 25) zwischen dem Zylindergehäuse 21 und der Zylinderhülle 29 festgelegt sind. Diese beiden Ringräume sind durch die zwischen dem Zylindergehäuse 21 und der Zylinderhülle 29 angeordnete Trennwand 26 voneinander hydraulisch getrennt. Die
Trennwand 26 ist mit dem Zylindergehäuse 21 und der Zylinderhülle 29 fest verbunden (z.B. verschweißt).(ie the cylinder bottom side pre-chamber 25) between the cylinder housing 21 and the cylinder cover 29 are fixed. These two annular spaces are separated hydraulically from one another by the partition wall 26 arranged between the cylinder housing 21 and the cylinder envelope 29. The Partition 26 is fixedly connected to the cylinder housing 21 and the cylinder cover 29 (eg welded).
Eine Kolbenstange 28 des Kolbens 27 ist in der zylinderkopfseitigen Kammer 22 angeordnet. Der Kolben 27 ist in üblicher Weise in dem Zylindergehäuse 21 gleitbar aufgenommen, um in diesem hin- und herbewegbar zu sein. Die Kolbenstange 28 tritt an der Zylinderkopfseite durch eine Bohrung in der Zylinderkopfhülle 29 hindurch, welche das Zylindergehäuse 21 und somit sowohl die zylinderkopfseitige Kammer 22 als auch die zylinderbodenseitige Kammer 23 fluiddicht umschließt und abdichtet.A piston rod 28 of the piston 27 is disposed in the cylinder head side chamber 22. The piston 27 is slidably received in the usual manner in the cylinder housing 21 to be reciprocable in this. The piston rod 28 passes on the cylinder head side through a bore in the cylinder head cover 29, which encloses the cylinder housing 21 and thus both the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23 fluid-tight and seals.
Jeweils zwei digitalhydraulische Druckregler 3 sind an einer gemeinsamen Zufuhrleitung 32 bzw. einer gemeinsamen Auslassleitung 33 angeschlossen bzw. in dieser integriert angeordnet. Jeder Druckregler 3 weist in der Zufuhrleitung 32 bzw. Auslassleitung 33 jeweils fünf in Parallelschaltung angeordnete digitalhydraulische Ventile 31 (EIN/AUS- Ventile) und Drosselelemente 34 auf, die unmittelbar an der Zylinderhülle 29 des Hydraulikzylinders 2 befestigt sind.In each case two digital hydraulic pressure regulator 3 are connected to a common supply line 32 and a common outlet 33 and arranged integrated in this. Each pressure regulator 3 has in the supply line 32 and outlet line 33 in each case five digital hydraulic valves 31 (ON / OFF valves) arranged in parallel and throttle elements 34 which are fastened directly to the cylinder envelope 29 of the hydraulic cylinder 2.
Beispielweise wird als das Ventil 31 ein übliches Steuerungsventil der Bauart GSR-RRV 95, welches z.B. in EP 1 052 441 A2 beschrieben ist, verwendet. Die Funktionsweise und der Aufbau eines derartigen Digitalventils sind in dieser Schrift ausführlich beschrieben.For example, as the valve 31, a conventional control valve of the type GSR-RRV 95, which is e.g. in EP 1 052 441 A2. The operation and structure of such a digital valve are described in detail in this document.
Die gemeinsame Zufuhrleitung 32 als auch die gemeinsame Auslassleitung 33 ist mit einem Arbeitsfluid (beispielsweise Hydrauliköl, Luft, etc.) befüllt. Durch den Einbau der Drosselelemente 34 an die digitalhydraulischen Ventile 31 in entsprechenden Leitung 32, 33 ist dafür gesorgt, dass die Ventile 31 unterschiedliche Durchflüsse aufweisen, wenn sie geöffnet sind. Beispielsweise können
durch die vorgeschalteten Drosselelemente 34 die Durchflussraten Q des Arbeitsfluids in den einzelnen, jeweils von den entsprechend zugehörigen Ventilen 31 wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis von 1:2:4:8:16 zueinander stehen.The common supply pipe 32 and the common exhaust pipe 33 are filled with a working fluid (for example, hydraulic oil, air, etc.). By installing the throttle elements 34 to the digital hydraulic valves 31 in corresponding line 32, 33 is ensured that the valves 31 have different flow rates when they are open. For example, you can through the upstream throttle elements 34, the flow rates Q of the working fluid in the individual, each of the correspondingly associated valves 31 selectively releasable passages in the ratio of 1: 2: 4: 8: 16 to each other.
Die gemeinsame Zufuhrleitung 32 ist somit über die parallel geschalteten Ventile 31 und Drosselelemente 34 der beiden Druckregler 3, die auf der linken Seite in Fig. 1 schematisch dargestellt sind, mit der zylinderkopfseitigen Kammer 22 als auch mit der zylinderbodenseitigen Kammer 23 hydraulisch verbunden. Die gemeinsame Auslassleitung 33 ist ebenso über die parallel geschalteten Ventile 31 und Drosselelemente 34 der beiden Druckregler 3, die auf der rechten Seite in Fig. 1 schematisch dargestellt sind, mit der zylinderkopfseitigen Kammer 22 als auch der zylinderbodenseitigen Kammer 23 hydraulisch verbunden.The common supply line 32 is thus hydraulically connected via the parallel valves 31 and throttle elements 34 of the two pressure regulator 3, which are shown schematically on the left side in Fig. 1, with the cylinder head side chamber 22 and with the cylinder bottom side chamber 23. The common outlet line 33 is also hydraulically connected via the parallel-connected valves 31 and throttle elements 34 of the two pressure regulator 3, which are shown schematically on the right side in Fig. 1, with the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23.
Sensoren (nicht gezeigt) erfassen den Druck und die Temperatur in den beiden Druckkammern 22 und 34 des Differentialzylinders 2. Der Druck in der zylinderbodenseitigen (kolbenstangenseitigen) Druckkammer 23 wirkt auf eine stangenseitige Kolbenringfläche 281, während der Druck in der zylinderkopfseitigenSensors (not shown) detect the pressure and the temperature in the two pressure chambers 22 and 34 of the differential cylinder 2. The pressure in the cylinder bottom side (piston rod side) pressure chamber 23 acts on a rod side piston ring surface 281 while the pressure in the cylinder head side
(kolbenseitigen) Druckkammer 22 auf die Kolbenfläche 271 drückt. Die Kolbenfläche 271 umfasst eine Kreisringfläche des Kolbens 27 und eine Kegelstumpffläche eines Bremskegels des Kolbens 27 an der Zylinderkopfseite. Weitere Sensoren(piston-side) pressure chamber 22 presses on the piston surface 271. The piston surface 271 includes an annular surface of the piston 27 and a frusto-conical surface of a brake cone of the piston 27 on the cylinder head side. Other sensors
(nicht gezeigt) erfassen den Druck Pzu in der Zufuhrleitung 32 und den Druck Pab in der Auslassleitung 33. Mit den vier Druckreglern 3 können Füllmenge und Druck in den beiden Druckkammern 22 und 23 eingestellt werden, damit die Kolbenstange 28 in der gewünschten Stellung und mit der gewünschten Kraft mit einem daran angeschlossenen Maschinenelement (nicht gezeigt) zusammenwirkt.
Der Druck Pzu in der Zufuhrleitung 32, von dem ausgehend der Zylinder 2 zu steuern ist, wird mittels des Drucksensors gemessen und davon ausgehend wird der Solldruck in den Druckkammern 22 und 23 durch entsprechende Regelung der Durchflüsse in den Ventilen 31 der Druckregler 3 eingestellt, um die Kolbenstange 28 innerhalb des Zylindergehäuses 21 gleitbar zu verschieben und in eine gewünschte Sollposition zu bringen. D.h., durch entsprechendes Zu- und Abschalten der Ventile 31, die an der Zylinderhülle 29 angebracht sind, kann somit ein Zu- und Abfluss des Arbeitsfluids zu und von den jeweiligen Kammern des Hydraulikzylinders 2 gesteuert werden, um dadurch den Druck des Arbeitsfluids in zumindest einer von der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23 einzustellen, wodurch die Position des Kolbens 27 innerhalb des Zylindergehäuses 21 entsprechend verstellt wird.(not shown) detect the pressure Pzu in the supply line 32 and the pressure Pab in the outlet 33. With the four pressure regulators 3, the amount and pressure in the two pressure chambers 22 and 23 can be adjusted so that the piston rod 28 in the desired position and with the desired force with a machine element connected thereto (not shown) cooperates. The pressure Pzu in the supply line 32 from which the cylinder 2 is to be controlled is measured by means of the pressure sensor, and from this, the target pressure in the pressure chambers 22 and 23 is adjusted by controlling the flow rates in the valves 31 of the pressure regulator 3 to slidably move the piston rod 28 within the cylinder housing 21 and bring it into a desired desired position. That is, by appropriately switching on and off the valves 31 which are attached to the cylinder liner 29, thus, an inflow and outflow of the working fluid to and from the respective chambers of the hydraulic cylinder 2 can be controlled to thereby reduce the pressure of the working fluid in at least one from the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23, whereby the position of the piston 27 within the cylinder housing 21 is adjusted accordingly.
In der Fig. 2 ist ein schematischer Aufbau eines Abschnitts einer Hydraulikzylinderbaugruppe 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt .2, a schematic structure of a portion of a hydraulic cylinder assembly 1 according to a second embodiment of the present invention is shown schematically.
Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der Hydraulikzylinderbaugruppe 1, wie in der Fig. 1 gezeigt ist. Jedoch umfasst diese Hydraulikzylinderbaugruppe 1 zusätzlich zweiThe structure of this embodiment substantially corresponds to the structure of the hydraulic cylinder assembly 1 as shown in FIG. However, this hydraulic cylinder assembly 1 additionally comprises two
Differenzdruckregelventile 35, von denen jeweils eines eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der zylinderkopfseitigen Vorkammer 24 und der zylinderbodenseitigen Vorkammer 25 an der Zufuhrleitungsseite bzw. der Auslassleitungsseite bereitstellt .
Jedes Differenzdruckregelventil 35 ist an der Zylinderhülle 29 im Bereich der Trennwand 26, also im Bereich zwischen der zylinderkopfseitigen Vorkammer 24 und der zylinderbodenseitigen Vorkammer 25 an der Zylinderhülle 29 angeordnet, und somit innerhalb der Baugruppe 1 integriert.Differential pressure control valves 35, each of which provides a direct hydraulic connection between the cylinder head side prechamber 24 and the cylinder bottom side prechamber 25 on the supply line side and the outlet line side. Each differential pressure control valve 35 is arranged on the cylinder shell 29 in the region of the partition wall 26, ie in the region between the cylinder head side prechamber 24 and the cylinder bottom side prechamber 25 on the cylinder shell 29, and thus integrated within the assembly 1.
Durch das jeweilige Differenzdruckregelventil 35, das die beiden Kammern 22, 23 des Zylinders 2 miteinander hydraulisch verbindet, kann das Arbeitsfluid auf hohem Druckniveau von einer Druckkammer in die andere strömen und es ist somit nur erforderlich, eine solche Pumpenergie bereitzustellen, die zur weiteren Druckerhöhung in der jeweiligen Kammer erforderlich ist, um die Stellung der Kolbenstange 27 zu verändern. D.h., dasBy the respective differential pressure control valve 35, which connects the two chambers 22, 23 of the cylinder 2 together hydraulically, the working fluid can flow at high pressure level from one pressure chamber to the other and it is thus only necessary to provide such a pumping energy, the further pressure increase in the respective chamber is required to change the position of the piston rod 27. That is, that
Differenzdruckregelventil 35 regelt einen Durchfluss von Arbeitsfluid zwischen der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23.Differential pressure control valve 35 regulates a flow of working fluid between the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23.
Bevorzugt wird das Differenzdruckregelventil 35 während einer raschen Positionsverstellung des Kolbens 27 und der Kolbenstange 28 angesteuert (d.h. geöffnet), um einen Volumenstrom von der einen Druckkammer in die andere zu ermöglichen, ohne dass eine zusätzliche Volumenstromregelung der an der Zylinderhülle 29 angebrachten Ventile 31 in erhöhtem Maße verwendet werden muss. Die Funktion dieses Differenzdruckregelventils 35, das eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Kammern 22 und 23 wahlweise zulässt, ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 nochmals erläutert.Preferably, the differential pressure control valve 35 is controlled during a rapid positional adjustment of the piston 27 and the piston rod 28 (to open) to allow a flow from one pressure chamber to the other, without an additional flow control of attached to the cylinder cover 29 valves 31 in elevated Dimensions must be used. The function of this differential pressure control valve 35, which allows a hydraulic connection between the two chambers 22 and 23 optionally, is explained below with reference to FIG. 3 again.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Hydraulikzylinderbaugruppe 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit digitalhydraulischen Druckreglern 3, einem Differenzdruckregelventil 35, einem hydraulischen Differentialzylinder 2, einer integrierten Hydraulikpumpe 4
und einem Tank 6, und einem Druckspeicher 5 in einem schematischen Schaltbild.3 shows a section of a hydraulic cylinder assembly 1 according to a third exemplary embodiment with digital hydraulic pressure regulators 3, a differential pressure control valve 35, a hydraulic differential cylinder 2, an integrated hydraulic pump 4 and a tank 6, and a pressure accumulator 5 in a schematic diagram.
Ein Versorgungsabschnitt mit dem Druckspeicher 5, der Hydraulikpumpe 4 und dem Tank 6 versorgt die vier Druckregler 3 zum Betrieb des Differentialzylinders 2. Sensoren erfassen den Druck in den beiden Druckkammern 22 und 23 des Differentialzylinders 2, die durch den Kolben 27 mit der Kolbenstange 28 getrennt sind. Mit den Druckreglern 3 können Füllmenge und Druck in den beiden Druckkammern 22 und 23 eingestellt werden, damit die Kolbenstange 28 in der gewünschten Stellung und mit der gewünschten Kraft mit einem daran angeschlossenen Maschinenelement (nicht gezeigt) zusammenwirkt.A supply section to the accumulator 5, the hydraulic pump 4 and the tank 6 supplies the four pressure regulator 3 for operation of the differential cylinder 2. Sensors detect the pressure in the two pressure chambers 22 and 23 of the differential cylinder 2, separated by the piston 27 with the piston rod 28 are. With the pressure regulators 3, the filling amount and pressure in the two pressure chambers 22 and 23 can be adjusted so that the piston rod 28 in the desired position and with the desired force with a machine element connected thereto (not shown) cooperates.
Der Druck in dem Druckversorgungsabschnitt, von dem ausgehend der Zylinder 2 zu steuern ist, wird mittels eines Drucksensors 41 gemessen und davon ausgehend wird der Solldruck in den Druckkammern 22 und 23 eingestellt.The pressure in the pressure supply section from which the cylinder 2 is to be controlled is measured by means of a pressure sensor 41, and from this, the target pressure in the pressure chambers 22 and 23 is adjusted.
In der Fig. 3 weist im Unterschied zu dem Aufbau der Hydraulikbraugruppe 1 von Fig. 1 jeder der vier digitalhydraulischen Druckregler 3 sechs statt fünf Digitalventile 31 auf. Die zu den digitalhydraulischen Ventilen 31 zugehörigen Drosselelemente 34 weisen unterschiedliche Drosselöffnungen auf, d.h. die Drosseldurchmesser stehen im Verhältnis 0,3:0,4:0,6:0,8:1,1:1,5 mm zueinander.In FIG. 3, unlike the structure of the hydraulic power pack 1 of FIG. 1, each of the four digital hydraulic pressure regulators 3 has six instead of five digital valves 31. The throttle elements 34 associated with the digital hydraulic valves 31 have different throttle openings, i. the throttle diameters are in the ratio 0.3: 0.4: 0.6: 0.8: 1.1: 1.5 mm to each other.
Des Weiteren ist die Hydraulikpumpe 4, die durch einen Elektromotor antreibbar ist, als eine in die Baugruppe 1 integrierte Pumpe und der Tank (Öltank bzw. Arbeitsfluidtank) 6 innerhalb der Baugruppe 1 angebracht (integriert), die durch die strichpunktierte Linie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Pumpe 4 dient dazu, das Arbeitsfluid
mit ausreichend hohem Druck für die digitalhydraulischen Druckregler 3 bereitzustellen bzw. den Druck in einem Druckspeicher 5 aufrechtzuerhalten, der nicht in die Baugruppe 1 integriert ist. Da die Pumpe mit dem Druckspeicher 5 hydraulisch verbunden ist, ist ein Betrieb der Pumpe 5 nur erforderlich, um den Druck in dem Druckspeicher 5 wieder auf ein bestimmtes Druckniveau zu heben. Somit kann die meiste Zeit ein Druck für die digitalhydraulischen Druckregler 3 aus dem Druckspeicher 5 bereitgestellt werden, ohne dass die Pumpe 4 durch den Elektromotor betrieben wird.Furthermore, the hydraulic pump 4, which can be driven by an electric motor, as a pump integrated in the assembly 1 and the tank (oil tank or working fluid tank) 6 are mounted (integrated) within the assembly 1, indicated by the dotted line in FIG. 3 is shown. The pump 4 serves to the working fluid with sufficiently high pressure for the digital hydraulic pressure regulator 3 to provide or maintain the pressure in a pressure accumulator 5, which is not integrated into the assembly 1. Since the pump is hydraulically connected to the pressure accumulator 5, an operation of the pump 5 is only required to raise the pressure in the pressure accumulator 5 back to a certain pressure level. Thus, most of the time a pressure for the digital hydraulic pressure regulator 3 can be provided from the pressure accumulator 5 without the pump 4 being operated by the electric motor.
Somit sind die Druckregler 3, die Pumpe 4 mit ihrem Elektromotorantrieb und der Tank 6 als ein separater Block an dem Zylindergehäuse 21 angeordnet, und die Druckregler sind über Hydraulikleitungen 34 direkt mit der zylinderkopfseitigen Kammer 22 bzw. der zylinderbodenseitige Kammer 23 hydraulische verbunden. Vorkammern sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen .Thus, the pressure regulator 3, the pump 4 with its electric motor drive and the tank 6 are arranged as a separate block on the cylinder housing 21, and the pressure regulators are hydraulically connected via hydraulic lines 34 directly to the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23. Prechambers are not provided in this embodiment.
Durch ein entsprechend nahes Anordnen der Druckregler 3, der Pumpe 4 und des Tanks 6 an dem Zylinder 2 sind keine langen Hydraulikleitungen erforderlich.By a correspondingly close arrangement of the pressure regulator 3, the pump 4 and the tank 6 to the cylinder 2 no long hydraulic lines are required.
Ferner ist zwischen den beiden Kammern 22, 23 in dem Hydraulikkreis der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 eine Verbindungsleitung mit dem Differenzdruckregelventil 35 angeschlossen, das im geschlossenen Zustand die Druckkammern 22, 23 voneinander trennt. Wenn das Differenzdruckregelventil 35 öffnet, sind die beiden Druckkammern miteinander verbunden oder kurzgeschlossen. In der Regel liegt an der Kolbenstange 28 eine Last oder Kraft an, die bestrebt ist, die Kolbenstange 28 in den Zylinder 2 hineinzudrücken. Soll nun die Kolbenstange 28 der Last
folgend in den Zylinder 2 eingezogen werden, wie dies beispielsweise beim Öffnen eines Walzenspalts auftritt, so wird das Differenzdruckregelventil 35 geöffnet und die Digitalventile 31 der zu der zylinderbodenseitigen Kammer 23 korrespondierenden Druckregler 3 bleiben geschlossen. Das Arbeitsfluid strömt also zum Teil in die zylinderkopfseitige Kammer 22 und teilweise in den Tank 6. Der Abfluss in den Tank wird von zu den zylinderkopfseitigen Kammer 22 korrespondierenden Druckreglern 3 gesteuert und damit wird die Absenkgeschwindigkeit der Kolbenstange 27 kontrolliert.Further, between the two chambers 22, 23 in the hydraulic circuit of the hydraulic cylinder assembly 1, a connecting line to the differential pressure control valve 35 is connected, the pressure chambers 22, 23 separated from each other in the closed state. When the differential pressure control valve 35 opens, the two pressure chambers are connected or shorted together. As a rule, a load or force is applied to the piston rod 28, which tends to push the piston rod 28 into the cylinder 2. If now the piston rod 28 of the load following in the cylinder 2 are retracted, as occurs for example when opening a nip, the differential pressure control valve 35 is opened and the digital valves 31 of the cylinder bottom side chamber 23 corresponding pressure regulator 3 remain closed. Thus, the working fluid flows partly into the cylinder head side chamber 22 and partly into the tank 6. The outflow into the tank is controlled by pressure regulators 3 corresponding to the cylinder head side chamber 22, and thus the lowering speed of the piston rod 27 is controlled.
Weil das Arbeitsfluid im Kurzschluss geführt wird, um die zylinderbodenseitige Druckkammer 23 zu füllen, muss diese Arbeitsfluidmenge nicht aus dem Druckversorgungsabschnitt entnommen werden. Das Arbeitsfluid muss also nicht zunächst von der Pumpe 4 gefördert und auf hohen Druck gebracht werden, um dann mit heruntergeregeltem Druck in die Druckkammer 23 eingespeist zu werden. Insgesamt ist das von der Pumpe 4 zu bewegende Volumen reduziert, wodurch Energie eingespart wird.Because the working fluid is short-circuited to fill the cylinder bottom side pressure chamber 23, this working fluid amount does not need to be taken out of the pressure supply section. The working fluid does not have to be first pumped by the pump 4 and brought to high pressure, in order then to be fed with regulated down pressure in the pressure chamber 23. Overall, the volume to be moved by the pump 4 is reduced, which saves energy.
Weil ferner die zu der zylinderbodenseitigen Kammer 23 korrespondierenden Druckregler 3 ausgeschaltet bleiben, entfällt hier der Rechnungs- und Steuerungsaufwand. Dies halbiert den Berechnungsaufwand und die Rechenleistung für die Regler 3 und spart zudem die Antriebsenergie für die Betätigung deren Ventile 31 ein.Further, because the corresponding to the cylinder bottom side chamber 23 pressure regulator 3 remain off, eliminating the billing and control effort here. This halves the computational effort and the computing power for the controller 3 and also saves the drive energy for the operation of their valves 31 a.
Üblicherweise wird, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, die Pumpe 4 durch einen Elektromotor angetrieben. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Pumpe 4 die meiste Zeit nicht gebraucht wird, um einen Druck in den digitalhydraulischen Druckregler 3 bereitzustellen, kann diese oft ausgeschaltet bleiben, wodurch der
Energieverbrauch zum Betreiben der Pumpe 4 (ein Betrieb des Elektromotors) beträchtlich gesenkt werden kann. Durch diese Anordnung ist eine Energiesparung von mehr als 99% im Vergleich zu Regelventilen möglich, welche ein Hydraulikstellglied mit einem verschiebbaren Steuerschieber oder Steuerkolben analog hydraulisch verstellen.Usually, as shown in this embodiment, the pump 4 is driven by an electric motor. Since in this embodiment, the pump 4 is not needed most of the time to provide a pressure in the digital hydraulic pressure regulator 3, this can often remain off, causing the Power consumption for operating the pump 4 (an operation of the electric motor) can be considerably reduced. By this arrangement, an energy saving of more than 99% compared to control valves is possible, which adjust a hydraulic actuator with a sliding spool or spool analog hydraulically.
Gemäß diesem Beispiel kann daher dieAccording to this example, therefore, the
Hydraulikzylinderbaugruppe 1 zur Steuerung eines Spalts eines Papiermaschinenkalanders verwendet werden. Der Spalt wird geschlossen, wenn der Kolben 27 des Zylinders 2 in Richtung der zylinderkopfseitigen Kammer 22 gedrängt wird. Wenn der Kolben 3 an seiner untersten Position in der zylinderbodenseitigen Kammer 23 angeordnet ist, ist der Walzenspalt vollständig geöffnet und in der höchstgelegenen Position in der zylinderkopfseitigen Kammer 22 ist der Walzenspalt vollständig geschlossen. Zum Öffnen des Walzenspalts ist keine Energiebeaufschlagung erforderlich, da durch entsprechende Regelung der Digital- und Differenzdruckregelventile 35 ein Teil des Öls in der zylinderbodenseitigen Kammer 23 zu der zylinderkopfseitigen Kammer 22 des Hydraulikzylinders 2 über die Differenzdruckregelventile 35 geführt wird bzw. ein Teil zurück zu dem Tank 4 geführt wird.Hydraulic cylinder assembly 1 are used to control a gap of a paper machine calender. The gap is closed when the piston 27 of the cylinder 2 is urged in the direction of the cylinder head side chamber 22. When the piston 3 is located at its lowermost position in the cylinder bottom side chamber 23, the nip is fully opened, and at the highest position in the cylinder head side chamber 22, the nip is completely closed. To energize the nip, no energization is required since, by appropriate control of the digital and differential pressure control valves 35, a portion of the oil in the cylinder bottom chamber 23 is directed to the cylinder head chamber 22 of the hydraulic cylinder 2 via the differential pressure control valves 35 and a portion back to the tank 4 is guided.
Bei dieser Druckregelung in den Kammern 22, 23 der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 ist eine geringe Menge an Öl erforderlich, wodurch es möglich ist, dass eine Ölströmung nur während der Schließbewegung des Walzenspalts erforderlich ist, d.h. es ist nur während des Schließens des Walzenspalts erforderlich, dass von dem Druckspeicher 5 bzw. durch einen Betrieb der Pumpe 4 Öl in den Ölkreis der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 eingespeist wird.
Fig. 4 zeigt im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 der Hydraulikzylinderbaugruppe 1, bei der die digitalhydraulischen Druckregler 3 und die Differenzdruckregelventile 35 unmittelbar an dem Zylinderhülle 29 angebracht sind. Des Weiteren umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die Hydraulikzylinderbaugruppe 1 auch die Pumpe 4, den Tank 6 sowie den Druckspeicher 5. D.h. die Pumpe 4, der Tank 6 und der Druckspeicher 5 sind in die Baugruppe 1 integriert, die durch die äußeren strichpunktierten Linien schematische dargestellt ist. Somit können in diesem Ausführungsbeispiel die Hydraulikleitungen zwischen den einzelnen Bauteilen der Baugruppe 1 weiter verkürzt werden.In this pressure control in the chambers 22, 23 of the hydraulic cylinder assembly 1, a small amount of oil is required, whereby it is possible that an oil flow is required only during the closing movement of the nip, ie, it is necessary only during the closing of the nip of the pressure accumulator 5 or by an operation of the pump 4 oil in the oil circuit of the hydraulic cylinder assembly 1 is fed. FIG. 4 shows substantially the same structure as the embodiment in FIG. 2 of the hydraulic cylinder assembly 1 in which the digital hydraulic pressure regulators 3 and the differential pressure control valves 35 are directly attached to the cylinder liner 29. Furthermore, in this embodiment, the hydraulic cylinder assembly 1 also includes the pump 4, the tank 6 and the pressure accumulator 5. That is, the pump 4, the tank 6 and the pressure accumulator 5 are integrated into the assembly 1, which is represented schematically by the outer dash-dotted lines , Thus, in this embodiment, the hydraulic lines between the individual components of the assembly 1 can be further shortened.
In Fig. 5 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 mit digitalhydraulischen Druckreglern 3 schematisch gezeigt, deren Ventile 31, 35 und Drosselelemente 34 in dem Kolben 27 des Hydraulikzylinders 2 angeordnet sind. Die Funktionsweise dieser Hydraulikzylinderbaugruppe 1 ist gleich wie die, die vorstehend bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 bis 4 beschrieben ist.FIG. 5 schematically shows a further exemplary embodiment of the hydraulic cylinder assembly 1 with digital-hydraulic pressure regulators 3, whose valves 31, 35 and throttle elements 34 are arranged in the piston 27 of the hydraulic cylinder 2. The operation of this hydraulic cylinder assembly 1 is the same as that described above in the embodiments of FIGS. 1 to 4.
Im Gegensatz zu dem konstruktiven Aufbau der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Fig. 1 bis 4 ist bei dieser Hydraulikzylinderbaugruppe der Kolben 27 ein hin- und herbewegbarer doppeltwirkender, hohler Kolben mit einer hohlen Kolbenstange vorgesehen. Im Kopf dieses hohlen Kolbens 27 sind die Ventile 31 und Drosselelemente 34, die vorstehend ausführlich beschrieben sind, angeordnet. Die hydraulische und die elektrische Leitungsführung der digitalhydraulischen Druckregler 3 sind durch die hohle Kolbenstange 28 hindurch zu den jeweiligen parallel
geschalteten Ventilen 31 des digitalhydraulischen Druckreglers 3 geführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Volumina der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23 im Wesentlichen gleich groß .In contrast to the structural design of the hydraulic cylinder assembly 1 of the above-described embodiments of Figs. 1 to 4 is provided in this hydraulic cylinder assembly of the piston 27 is a reciprocating double-acting, hollow piston with a hollow piston rod. In the head of this hollow piston 27, the valves 31 and throttle elements 34, which are described in detail above, are arranged. The hydraulic and electrical wiring of the digital hydraulic pressure regulator 3 are through the hollow piston rod 28 through to the respective parallel switched valves 31 of the digital hydraulic pressure regulator 3 out. In this embodiment, the volumes of the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23 are substantially equal in size.
Bei dieser Bauform des Kolbens 27 ist ferner sichergestellt, dass die Ventile 31 der hydraulischen Druckregler 3 derart in dem Kolben eingebaut sind, dass deren Auslässe A, B direkt zu der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23 des Hydraulikzylinders 2 zugeordnet sind, so dass die Kolbenstange 28 letztlich eine Stellung einnimmt, die im Wesentlichen von der durch die Druckregler 3 eingestellten Differenz der Drücke in der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23 des Hydraulikzylinders 2 abhängt.In this design of the piston 27 is further ensured that the valves 31 of the hydraulic pressure regulator 3 are installed in the piston such that their outlets A, B are assigned directly to the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23 of the hydraulic cylinder 2, so that the piston rod 28 ultimately occupies a position which depends essentially on the difference set by the pressure regulator 3 of the pressures in the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23 of the hydraulic cylinder 2.
Ferner ist, wie bereits in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 gezeigt ist, der Druckspeicher 5 sowie die Pumpe 4, die durch einen Elektromotor angetrieben wird, und der Öltank 6 mit den jeweiligen parallel geschalteten Ventilen 31 und Drosselelementen 34 hydraulisch verbunden. Für die Ventile 31 kann hier beispielsweise ein Hydraulikdigitalventil bereitgestellt sein (z.B. ein Ventil von Matrix der 750- Serie) .Further, as already shown in the embodiment of Fig. 4, the pressure accumulator 5 and the pump 4, which is driven by an electric motor, and the oil tank 6 with the respective parallel-connected valves 31 and throttle elements 34 are hydraulically connected. For example, a hydraulic digital valve may be provided for the valves 31 (e.g., a 750 series matrix valve).
Bei diesem Aufbau der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 kann durch die Anordnung der Druckregler 3 in dem Kolben 27 ebenfalls auf die Zylinderhülle und somit auf die Vorkammern bei der Gestaltung des Zylindergehäuses 21 verzichtet werden.
Diese Art der Hydraulikzylinderbaugruppe 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 wird beispielsweise bei Stellzylindern in Mehrwalzenkalandern verwendet.In this construction, the hydraulic cylinder assembly 1 can be dispensed with by the arrangement of the pressure regulator 3 in the piston 27 also on the cylinder envelope and thus on the antechambers in the design of the cylinder housing 21. This type of hydraulic cylinder assembly 1 according to the embodiment of FIG. 5 is used for example in adjusting cylinders in Mehrwalzenkalandern.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Fig. 6 zeigt einen Abschnitt einer Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, einem Differenzdruckregelventil und einem hydraulischen Differentialzylinder, und einen Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild. Fig. 7 zeigt einen Abschnitt einer Hydraulikzylinderbaugruppe mit digitalhydraulischen Druckreglern, einem Differenzdruckregelventil, einem hydraulischen Differentialzylinder und einemFurther embodiments according to the present invention are shown in FIGS. 6 and 7. Fig. 6 shows a portion of a hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, a differential pressure control valve and a hydraulic differential cylinder, and a pressure accumulator in a schematic diagram. Fig. 7 shows a portion of a hydraulic cylinder assembly with digital hydraulic pressure regulators, a differential pressure control valve, a hydraulic differential cylinder and a
Richtungssteuerungsventil, und einen Druckspeicher in einem schematischen Schaltbild.Directional control valve, and a pressure accumulator in a schematic diagram.
Bei diesen beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 und 7 ist ebenfalls das Differenzdruckregelventil 35 zwischen der zylinderkopfseitigen Kammer 22 und der zylinderbodenseitigen Kammer 23 angeordnet, um eine hydraulische Verbindung zwischen diesen beiden Kammern bereitzustellen, insbesondere während der Kolben 27 eine rasche Bewegung ausführen soll.In these two embodiments shown in FIGS. 6 and 7, the differential pressure control valve 35 is also disposed between the cylinder head side chamber 22 and the cylinder bottom side chamber 23 to provide a hydraulic connection between these two chambers, in particular while the piston 27 is to perform a rapid movement.
Gemäß der Darstellung von Fig. 6 besteht die Hydraulikzylinderbaugruppe 1 (siehe strichpunktierte Linie) aus zwei digitalhydraulischen Druckreglern 3, dem Differenzdruckregelventil 35, zwei zu den digitalhydraulischen Druckreglern 3 zugehörigen Digitalventilen 36 und dem hydraulischenAs shown in FIG. 6, the hydraulic cylinder assembly 1 (see dotted line) consists of two digital hydraulic pressure regulators 3, the differential pressure control valve 35, two digital valves 36 associated with the digital hydraulic pressure regulators 3 and the hydraulic one
Differentialzylinder 2. Der Druckspeicher 5 ist mit der Baugruppe 1 hydraulisch verbunden.
Mit den beiden Druckreglern 3 in Fig. 6 werden die Drücke und Füllvolumina der Druckkammern 22, 23 des Differentialzylinders 2 geregelt; dies wurde zuvor mit einem anderen Regleraufbau ausführlich erläutert, so dass eine Wiederholung hier unterbleibt.Differential cylinder 2. The pressure accumulator 5 is hydraulically connected to the assembly 1. With the two pressure regulators 3 in Fig. 6, the pressures and filling volumes of the pressure chambers 22, 23 of the differential cylinder 2 are regulated; this was previously explained in detail with another controller design, so that a repetition is omitted here.
Die beiden Druckregler 3 haben jeweils fünf Digitalventile 31, die innerhalb des jeweiligen Reglers parallel geschaltet sind; die Regler 3 können den gleichen Aufbau haben, wie in den zuvor ausführlich erläuterten Druckreglern der vorangegangenen Ausführungsbeispiele.The two pressure regulators 3 each have five digital valves 31, which are connected in parallel within the respective regulator; the regulators 3 may have the same construction as in the previously explained in detail pressure regulators of the preceding embodiments.
Die Druckregler 3 haben einen Aufbau wie die unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 beschriebenen Druckregler 3. Der in der Figur oben angeordnete Druckregler 3 ist mit einem Tank (nicht gezeigt) verbunden, während der untere Druckregler 3 mit dem Druckspeicher 5 verbunden ist. Der somit mit Druck beaufschlagte, untere Regler 3 kann Arbeitsfluid in die angeschlossene Druckkammer 22 des Zylinders 3 liefern, während Arbeitsfluid aus der anderen Druckkammer 21 über den oberen Regler 3 in den Tank abfließen kann.The pressure regulators 3 have a construction like the pressure regulator 3 described with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The pressure regulator 3 disposed at the top of the figure is connected to a tank (not shown) while the lower pressure regulator 3 is connected to the pressure accumulator 5 is. The thus pressurized, lower regulator 3 can supply working fluid into the connected pressure chamber 22 of the cylinder 3, while working fluid from the other pressure chamber 21 via the upper regulator 3 can flow into the tank.
Wenn z.B. das Differenzdruckregelventil 35 geschlossen ist, kann der Druck der zylinderbodenseitigen Kammer 23 zum Erzeugen von größeren Kräften eingestellt werden. Somit wird dann der in der zylinderkopfseitigen Kammer 22 wirkende Druck zu dem Tank über ein Abgabeventil abgegeben (nicht gezeigt) . Durch die hydraulische Kopplung der beiden Kammern mittels des Differenzdruckregelventils 35 wird, wenn der Kolben 27 in Richtung der zylinderbodenseitigen Kammer 23 gedrängt wird, das Arbeitsfluid über das Differenzdruckregelventil 35 direkt zu der zylinderkopfseitigen Kammer 22 zugeführt, wodurch ein Volumenstrom des Arbeitsfluids durch die Digitalventile 31
und die Drosselelement 34 in den Druckreglern 3 zu dem Tank (nicht gezeigt) äußerst gering ist.For example, when the differential pressure control valve 35 is closed, the pressure of the cylinder bottom side chamber 23 can be adjusted to generate larger forces. Thus, the pressure acting in the cylinder head side chamber 22 is then discharged to the tank via a discharge valve (not shown). By the hydraulic coupling of the two chambers by means of the differential pressure control valve 35, when the piston 27 is urged in the direction of the cylinder bottom side chamber 23, the working fluid via the differential pressure control valve 35 is supplied directly to the cylinder head side chamber 22, whereby a volume flow of the working fluid through the digital valves 31st and the throttle element 34 in the pressure regulators 3 to the tank (not shown) is extremely low.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, kann durch die zusätzliche Verwendung eines Richtungssteuerungsventils 37 (d.h. 4/2- Wege Ventil) stromaufwärtig der Gruppe von Digitalventilen 31 die Anzahl der digitalhydraulischen Druckregler 3 auf einen verringert werden, wodurch sich auch die Gesamtanzahl von Digitalventilen 31, 35, 36 auf neun verringert. Das Richtungssteuerungsventil 37 kann den Durchfluss von Öl derart steuern, dass abwechselnd die Kammern 22, 23 mit Druck beaufschlagt werden können.As shown in FIG. 7, by additionally using a directional control valve 37 (ie, 4/2-way valve) upstream of the group of digital valves 31, the number of digital hydraulic pressure regulators 3 can be reduced to one, thereby also increasing the total number of digital valves 31 , 35, 36 reduced to nine. The directional control valve 37 can control the flow of oil such that the chambers 22, 23 can be alternately pressurized.
Bei beiden Ausführungsbeispielen derIn both embodiments of the
Hydraulikzylinderbaugruppe in Fig. 6 und 7 nimmt während der Bewegung des Kolbens 27 das Volumen der einen Druckkammer ab, während das Volumen der anderen Druckkammer zunimmt; es gibt dabei keine Betriebszustände in denen beide Druckkammern gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden oder beide gleichzeitig abgelassen werden.Hydraulic cylinder assembly in Fig. 6 and 7 decreases during the movement of the piston 27, the volume of a pressure chamber, while the volume of the other pressure chamber increases; There are no operating conditions in which both pressure chambers are pressurized simultaneously or both are discharged simultaneously.
Mit dieser Anordnung von Druckregler kann die erforderliche Anzahl von Digitalventilen im Vergleich zu der Anordnung der Druckregler in den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 bis 5 halbiert (Fig. 6) bzw. noch weiter verringert (Fig. 7) werden. Damit können die Investitionskosten für die Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, weiter gesenkt werden.
With this arrangement of pressure regulators, the required number of digital valves can be halved (Fig. 6) or further reduced (Fig. 7) compared to the arrangement of the pressure regulators in the embodiments of Figs. Thus, the investment costs for the machine for producing a fibrous web, in particular a paper or board machine, can be further reduced.