WO2011026944A1 - Elektromotorischer hydraulikantrieb und verfahren zum bereitstellen eines definierten hvdraulikdrucks und/oder -volumens - Google Patents

Elektromotorischer hydraulikantrieb und verfahren zum bereitstellen eines definierten hvdraulikdrucks und/oder -volumens Download PDF

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André Hermann Nobbenhuis
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Definitions

  • the present invention relates to an electromotive hydraulic drive, which is used for a 'hydraulically operable component, in particular a setting device. Furthermore, the present invention relates to a method for providing a defined hydraulic pressure and / or volume by means of the electromotive hydraulic drive. In addition, the present invention relates to a hydraulically operated component, in particular a setting device, in conjunction with this hydraulic drive. It is also directed to a method of operating a hydraulic setting device by means of the hydraulic drive.
  • hydraulics i. with hydraulic oil or a corresponding liquid, operable components known.
  • These hydraulically operated components include, for example, lifting platforms, tube bending machines, setting devices and devices for clinching sheet metal components.
  • Known setting tools are supplied via a separately arranged hydraulic unit with the required hydraulic pressure and volume.
  • a centrifugal pump provides the required pressure in the hydraulic fluid.
  • This pressurized hydraulic fluid or hydraulic system is supplied to the setting device via hoses.
  • hydraulic pressure and hydraulic volume in the setting device are then selectively provided in order to achieve a feed movement or a return movement of the setting punch of the setting device.
  • Such hydraulic units have the disadvantage that they form stationary units near the setting tool. They are not movable due to their design and weight, because you can move them only with the help of a forklift. In addition to the space requirement of about 1 m for such hydraulic units produce these disturbing noise and heat. Noise and heat are due to the operation of the centrifugal pump. Furthermore, it is disadvantageous that the setting device, which is installed, for example, on a robot arm, supplies the hydraulic pressure and volume required over several meters of hydraulic hoses must become. The movement of the riveting tool exposes the hydraulic hoses to constant wear. Furthermore, in addition to the rivet setting device, the hoses form an interference contour that makes accessibility to specific joints difficult.
  • the electromotive hydraulic drive according to the invention is used to operate a component which can be operated with hydraulics.
  • Hydraulics in this context denotes any hydraulic fluid, such as hydraulic oil, which is used in such components.
  • An example of a hydraulically operable component is a setting tool.
  • the electromotive hydraulic drive comprises the following features: a hydraulic cylinder with a piston which is rectilinearly movable within the hydraulic cylinder via a rotary movement of an electrically driven spindle and which divides the cylinder into a spindle facing away and a spindle-facing working chamber, while the working chamber facing away from the spindle first hydraulic opening and the spindle-facing working chamber having a second hydraulic opening, so that the component with the hydraulic drive connectable and operable with a defined hydraulic pressure and / or hydraulic volume via the first and the second hydraulic opening.
  • both the spindle-facing and the spindle-facing working chamber each have a hydraulic opening, via which a hydraulic pressure or hydraulic volume of the component operable with hydraulics can be supplied. It is also preferred to use the hydraulic opening of the spindle-facing working chamber as Belüöungsöffhung for the spindle-facing working chamber.
  • the spindle-facing working chamber does not have to be used with hydraulics and does not obstruct the operation of the rest of the hydraulic drive due to the action of the ventilation opening.
  • neither a rotary pump nor a piston pump is required to generate the hydraulic pressure.
  • the piston is moved in the cylinder via the electric motor-driven spindle drive in such a way that the desired hydraulic pressure is generated or the desired hydraulic volume is moved. Since the desired hydraulic pressures and volumes can be controlled directly by means of the piston moved by the spindle, it is not absolutely necessary to use pressure reducing valves to control hydraulic inflow and outflow. On the one hand, this simplifies the apparatus required by the hydraulic drive with the connected component and the control effort for this component.
  • the piston of the hydraulic drive comprises a leading piston rod within the working chamber facing away from the spindle, with which, via the movement of the piston, into a region of the spindle-facing working chamber tapered relative to the diameter of the working chamber facing away from the spindle, the tapered region can engage a third hydraulic Opening has.
  • the hydraulic pressure is increased in two stages, for example.
  • the leading piston rod engages in a tapered region of the working chamber facing away from the spindle, so that with the same or reduced force of the spindle, a correspondingly increased pressure in the hydraulics corresponding to the reduced area of the leading piston rod can be generated.
  • This increased pressure is preferably passed on via a third hydraulic opening. After the leading piston rod has penetrated into the tapered portion of the spindle facing working chamber, it is preferable to discharge hydraulic pressure from the spindle facing working chamber via the first hydraulic hole so as not to hinder the advance of the leading piston rod in the tapered portion.
  • the piston is connected to a piston rod, in the interior of which the spindle is arranged such that the piston rod with piston can be moved in a straight line.
  • the spindle in turn is rotated by means of an electric motor, so that the piston is displaced in the hydraulic cylinder according to the thread of the spindle and the speed of the electric motor.
  • the piston rod projects beyond the piston into the working chamber facing away from the spindle and in this way forms the leading piston rod.
  • the latter is connected to at least one hydraulic pressure-volume accumulator, so that hydraulic volume can be controlled and / or discharged during the operation of the hydraulic drive.
  • the at least one hydraulic pressure-volume accumulator is biased to a defined pressure by means of a gas volume or prestressed to variable pressures by means of a controllable pneumatic pressure generator.
  • the hydraulic flow is supported in the closed system consisting of hydraulic drive and processing unit.
  • hydraulic volumes are fed into the system with approximate system pressure from the closed system.
  • hydraulic volumes flowing back or discharged by the processing device can be received.
  • variable pressure hydraulic pressure-volume accumulator adjustable adjustable. On this basis, when hydraulic volume is taken in, the pressure in the hydraulic pressure-volume reservoir is rather reduced, so that the hydraulic volume intake is facilitated.
  • the combination of the hydraulic drive with at least one hydraulic pressure-volume accumulator makes it possible to provide the hydraulic drive as a closed system.
  • the pressures and volumes required for the hydraulically operable component On hydraulics are provided by the hydraulic drive with hydraulic pressure volume memory, for example, to move the setting punch of a setting device in the direction of the joint. If the opposite movement of the setting punch takes place, the hydraulic volume is taken up again in the opposite direction by the hydraulic drive in combination with the hydraulic pressure-volume accumulator. In this way, in comparison to known systems, a small amount of hydraulic is shifted back and forth between the hydraulic drive and the hydraulically operable component to drive the component.
  • the hydraulic drive comprises a switchable pneumo-hydraulic pressure booster, so that a hydraulic pressure produced via the hydraulic drive can be maintained in a line, even if the hydraulic drive has been disconnected from the line.
  • the hydraulic drive work in conjunction with the component which can be operated with hydraulics as a closed hydraulic system.
  • the hydraulically operable component in conjunction with one of the embodiments of the hydraulic drive described above.
  • This hydraulically operable component is according to a preferred embodiment, a hydraulically operated setting tool, with the joining elements in at least one component can be introduced, in particular a rivet setting device.
  • the hydraulically operable component according to a preferred embodiment is mounted together with the hydraulic drive on a movable robot.
  • the hydraulically operable component is a mobile handset whose hydraulic drive is separately, preferably movably, positioned by the handset.
  • the present invention also discloses a method for providing a defined hydraulic pressure and / or oil volume by means of a hydraulic drive comprising the following features: a hydraulic cylinder having a piston which is rectilinearly movable within the hydraulic cylinder via a rotational movement of an electrically driven spindle and dividing the cylinder into a working chamber facing away from the spindle and a spindle facing away from the spindle, while the method comprises the steps of rotating the spindle and moving the piston such that the working chamber remote from the spindle reduces and a defined hydraulic pressure abuts against the first hydraulic opening and / or a defined hydraulic volume is discharged via the first hydraulic opening.
  • This method preferably comprises the further step of receiving a hydraulic volume in the spindle-facing working chamber by the movement of the piston via a second hydraulic opening.
  • both the spindle-facing working chamber and the spindle-facing working chamber is used during the movement of the piston in the hydraulic cylinder. If, for example, a higher hydraulic pressure than the atmospheric pressure is generated in the first spindle-side working chamber and / or hydraulic volume is discharged, a hydraulic volume can simultaneously be built up in the second spindle-facing working chamber. be taken.
  • the spindle facing away from working chamber of the delivery of hydraulic volume, while the spindle-facing working chamber can receive targeted by the hydraulically operable component back flowing hydraulic. It is also conceivable, via the spindle-facing working chamber and the corresponding second hydraulic outlet opening, to actuate an actuator which operates independently of the component which can be operated with hydraulics.
  • the method is preferably supplemented by the following steps: moving the leading piston rod into the piston rod tapered region, generating a defined hydraulic pressure in the tapered region and at a third hydraulic port and / or discharging a hydraulic volume via the third hydraulic port and relieving the first spindle-facing working chamber via the first hydraulic port, so that the movement of the leading piston rod is not obstructed in the tapered area.
  • the present invention discloses a method for operating a hydraulic setting device by means of the hydraulic drive described above, while the setting device at least a first piston-cylinder to drive for. includes a set stamp.
  • the method comprises the following steps: moving the piston by means of the spindle such that the working chamber remote from the spindle is reduced and a defined hydraulic pressure is applied to the first hydraulic opening and / or a defined hydraulic volume is discharged via the first hydraulic opening, and connecting the first hydraulic opening with the first hydraulic piston-cylinder drive of the setting punch, so that the setting punch performs a feed movement to a joint.
  • the first hydraulic opening with a second hydraulic piston-cylinder drive of a hold-down device of the setting device, so that the lower holder carries out a feed movement to the joint.
  • the piston is moved by means of the spindle in such a way that the spindle-facing working chamber is reduced and the setting punch and / or the hold-down device are reset via the second hydraulic opening and supply of hydraulic to the setting tool.
  • the method according to the invention preferably has the following step: feeding in hydraulics or receiving hydraulics in at least one hydraulic pressure-volume accumulator, so that the hydraulic drive and / or the setting device are sufficiently supplied with hydraulics.
  • FIG. 2 is a perspective view of a preferred embodiment of the hydraulic drive
  • Fig. 8 is a flowchart for the preferred operation of the hydraulic drive.
  • Fig. 1 shows a schematic enlarged detail of a preferred embodiment orm of the electromotive hydraulic drive 1 according to the present invention.
  • a piston 20 is moved by means of a spindle drive to produce a defined hydraulic pressure in a hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is, for example, hydraulic oil or a similar fluid, which can be used as a drive medium. It will be referred to in the following generally as hydraulics.
  • Components that are hydraulically operated include, for example, a lift, a tube bender, or a rivet setting or clinching tool. 1, the structure of the electromotive hydraulic drive 1 will be described.
  • the hydraulic drive 1 comprises a hydraulic cylinder 10, in which the piston 20 is arranged to be movable in a straight line.
  • the hydraulic system contained in the hydraulic cylinder 10 is pushed out of the cylinder 10 by means of the movement of the piston 20 under defined pressure or taken up by it.
  • the linear movement of the piston 20 within the hydraulic cylinder 10 is realized by means of an electric spindle drive 30, 50, 52, 54.
  • the electric spindle drive preferably comprises a piston rod 30 connected to the piston 20.
  • a spindle 50 is arranged inside the piston rod 30.
  • the spindle 50 cooperates with an internal thread of the piston rod 30. This internal thread is formed for example via a nut, a threaded bush 32 or similar constructions within the piston rod 30.
  • the spindle 50 is connected via a gear 54 with an electric motor 52. When the electric motor 52 rotates the spindle 50, the piston 20 in the hydraulic cylinder 10 is moved rectilinearly along the center axis of the cylinder 10.
  • the piston 20 divides the hydraulic cylinder 10 into a working chamber 12 facing away from the spindle and a working chamber 14 facing the spindle.
  • the movement of the piston 20 within the hydraulic cylinder 10 therefore changes the spindle-facing working chamber 14 and the working chamber 12 remote from the spindle.
  • hydraulic pressures in the working chamber 12 facing away from the spindle and in the working chamber 14 facing away from the spindle are thus selectively generated via the electromotively moved piston 20 and / or corresponding hydraulic volumes are moved via the piston 20.
  • the spindle facing away from working chamber 12 and the spindle facing work comb will he singly or 1 with its hydraulic ports 44, 46 used in combination.
  • the piston 20 comprises a leading piston rod 32.
  • the leading piston rod 32 is formed directly on the piston 20 according to an embodiment.
  • the piston rod 30, on which the piston 20 is fastened projects beyond the piston 20 into the working chamber 12 facing away from the spindle. This projecting part of the piston rod 30 thus forms the leading piston rod 32.
  • the advancing piston rod 32 engages in the movement of the piston 20 in a tapered region 1 of the spindle 12 facing away from the working chamber.
  • the tapered region 16 has a smaller diameter than the spindle 12 facing away from the working chamber.
  • the tapered portion 16 includes a third hydraulic port 42.
  • the hydraulic drive 1 is used in conjunction with the hydraulically operable component 90 as a closed system.
  • the hydraulic drive 1 must provide sufficient hydraulic to operate the component 90.
  • the hydraulic drive 1 must be able to resume the hydraulic discharged from the component 90.
  • the hydraulic drive 1 comprises at least one, preferably two hydraulic pressure-volume accumulators 62, 64. These are shown by way of example in FIG. Based on this preferred construction of the hydraulic drive 1, hydraulic volume is controllably supplied and / or discharged during its operation. In this context, it is further preferred to bias at least one hydraulic pressure volume accumulator 62, 64 to a defined pressure by means of a gas volume, for example nitrogen. Another alternative is to bias the hydraulic pressure-volume accumulator 62, 64 to variable pressures by means of a controllable pneumatic pressure generator. Based on this pressure control, the hydraulic pres- sure pressure is increased for delivery of hydraulics from the hydraulic pressure-volume accumulator, while it is reduced to accommodate hydraulics for facilitating reflux.
  • the use of the hydraulic drive 1 as a closed system has the advantage that disturbing hydraulic hoses in connection with the component 90 are avoided.
  • the hydraulic drive 1 is provided as a space-saving compact arrangement which can also be installed on moving parts, for example a robot.
  • the compact and space-saving arrangement is shown in FIG.
  • the complete hydraulic drive 1 is arranged to save space on a bracket 70 or fixed base.
  • the bracket 70 which is preferably made of metal or plastic, carries the electric motor 52 with gear 54 and spindle 50.
  • FIG. 3 shows the installation of the hydraulic drive 1 on a robot 80.
  • the hydraulic drive 1 is attached to the robot 80 via its bracket 70 or generally the fixed base.
  • the hydraulic drive 1 is installed near the setting device 90 with C-bracket 91 due to its compact arrangement. Therefore, only hydraulic hoses (not shown) from the hydraulic drive 1 to the setting device 90 are required, which form a negligible interference contour in the movement of the setting device 90 in comparison to existing systems.
  • the operation of the hydraulic drive 1 can be described with reference to the flowchart in FIG. 8.
  • the spindle-facing working chamber 12 is filled with hydraulics.
  • a hydraulically operable component is connected to the first hydraulic port 44. Since a certain hydraulic volume is required to operate the component, the electric motor 52 rotates the spindle 50 via the gear 54 (step A). As a result, the piston 20 is moved in the direction of the first hydraulic opening 44.
  • a torque motor is preferably used as the electric motor 52.
  • the motor current provides an indication of the power of the electric motor 52 when rotating the spindle 50, which in turn can be calibrated to the hydraulic pressure in the spindle facing away from the spindle 12 and in the spindle-facing working chamber 4.
  • pressure sensors on the piston 20 or in the working chambers 12, 14 to get information about the present pressure.
  • such pressure sensors which are marked in Figures 4 to 7 with P / U, can be used in the lines of the hydraulic system.
  • step B Due to the movement of the piston 20 (step B) in the direction of the first hydraulic opening 44, the spindle 12 facing away from the working chamber is reduced. In accordance with the reduction in volume of the working chamber 12 remote from the spindle, a defined hydraulic volume is expelled from the first hydraulic port 44 in order to operate the connected component. It is also conceivable that the hydraulics in the working chamber 12 facing away from the spindle is compressed by the piston 20 such that a defined hydraulic pressure is applied to the first hydraulic opening 44. In this case, a defined force is applied by the electric motor 52 and the spindle drive 30, 50 via the piston 20 on its end face to the hydraulic, which then has the defined hydraulic pressure result. It is preferred to use the spindle-facing working chamber 14 parallel to the spindle-facing working chamber 12.
  • an actuator or another part of the component which can be operated with hydraulics is connected to the second hydraulic opening 46.
  • a defined hydraulic volume is received in the spindle-facing working chamber 14 (step C).
  • the piston movement according to step A generates a negative pressure (step C) in the spindle facing working chamber 14 in comparison to a system pressure.
  • This system pressure is, for example, the hydraulic pressure in a line connected to the second hydraulic port 44.
  • the piston 20 is moved by means of spindle drive 50, 52, 54 in one or the other direction. If the spindle 50 rotates such that the piston movement reduces the spindle-facing working chamber 14, hydraulic is discharged via the hydraulic opening 46. At the same time, hydraulics can be received via the first hydraulic opening 44.
  • hydraulic openings 42, 44, 46 It is also preferable to combine the hydraulic openings 42, 44, 46 with a switchable valve or valve block.
  • the preferred valves selectively release or block a selection of hydraulic ports 42, 44, 46 so that hydraulic can be received and / or released. It is also conceivable that the valves act similar to a switch, so that unnecessary hydraulics in hydraulic pressure-volume storage can be discharged, provided that it is not required during operation of the hydraulic drive 1 and the connected component. In the opposite direction, it is also preferred to remove hydraulics from such hydraulic pressure-volume accumulators in order to have the desired amount of hydraulic in the operation of hydraulic drive 1 and connected component available.
  • the hydraulic drive 1 In order to increase the hydraulic pressure of the hydraulic drive 1 at a constant or reduced mechanical load of the spindle 50 by the piston 20, ie at the same or reduced force in the axial direction of the spindle 50, the hydraulic drive 1, the leading Piston rod 32 in combination with the tapered portion 16 of the cylinder 10.
  • the leading piston rod 32 in the tapered region 16 When the advancing piston rod 32 is moved into the tapered region 16 (step E), the leading piston rod 32 in the tapered region 16 generates an increased hydraulic pressure compared to the hydraulic pressure in the working chamber 12 facing away from the spindle.
  • the hydraulic pressure results from that through the spindle 50 on the end face of the leading piston rod 32 to the hydraulic force applied.
  • the existing in the tapered region 16 hydraulic is discharged through the third hydraulic port 42. It is also preferable to have the delivery and reception of the hydraulic constantly via the third hydraulic port 42 instead of using the first hydraulic port 44.
  • FIGS. 4 to 7 show different stages of the hydraulic supply of the setting device 90 in the form of schematic hydraulic circuit diagrams. 9 shows a flowchart to illustrate the preferred steps of the operation of the setting device 90 by means of hydraulic drive 1.
  • the setting device 90 is shown schematically in FIGS. 4 to 7. Such setting devices 90 are explained in more detail, for example, in EP 1 460 081 B1, so that detailed structural and procedural details of the setting device 90 are referred to this publication. There are also other constructions of setting tools applicable, as long as they can be operated with hydraulics.
  • the setting device 90 comprises a master cylinder 91 with a main piston 92 with main piston rod.
  • the main piston rod is equipped with a punch for setting a rivet in For example, two superposed components (not shown) connected.
  • the master cylinder 91 is actuated via a first 96 and a second hydraulic port 97.
  • the setting device 90 further includes a slave cylinder 93., In which a hold-down piston 94 is arranged with hold-down piston rod.
  • the hold-down piston 94 surrounds the piston rod and is slidably guided on this.
  • the hold-down piston 94 is equipped with a driver. During the movement of the hold-down piston 94 in the direction of the joint, ie to the left in FIGS.
  • the hold-down piston 94 carries the main piston 92 with a punch. In the same way takes the main piston 92 in a movement away from the joint with the hold-down piston 94.
  • the auxiliary cylinder 93 has a third hydraulic port 95.
  • the third hydraulic port 42 is connected to the third hydraulic port 95 via a switchable valve VI.
  • the second hydraulic port 96 is connected to the second hydraulic port 96.
  • the hydraulic pressure-volume accumulator 64 is interposed in this connection in order to receive excess hydraulic or additionally to feed hydraulic into the system consisting of hydraulic drive 1 and setting device 90. While the valves V2 and V3 are optional, the hydraulic pressure-volume accumulator 62 is connected to the second hydraulic port 97 via the valve V4.
  • step 1 When the electric motor 52 rotates the spindle 50 and moves the piston 20 toward the third hydraulic port 42 (step 1), the working chamber 12 remote from the spindle is reduced and hydraulic is discharged through the third hydraulic port 42.
  • the hydraulic drive 1 thereby supplies the third hydraulic port 95 with hydraulics via the third hydraulic port 42 and moves the hold-down piston 94 in the direction of the joint (step 3).
  • the hold-down piston 94 takes the main piston 92 with.
  • hydraulics is pushed out of the main piston 91 via the first hydraulic port 96 and received by the hydraulic pressure-volume accumulator 64 and / or via the second hydraulic port 46 through the spindle-facing working chamber 14 (step 4).
  • hydraulics are supplied to the second hydraulic port 97 from the hydraulic pressure-volume accumulator 62. Due to this operation of the hydraulic drive 1, the holding-down piston 94 with holding-down device is pressed against the joint or the components to be connected to one another (not shown) with the aid of the generated hydraulic pressure.
  • the valve VI is switched so that the third hydraulic port 42 is connected to the second hydraulic port 97 and the third hydraulic port 95 is connected to the hydraulic pressure-volume accumulator 62.
  • the hydraulic pressure at the third hydraulic port 95 is maintained by means of the hydraulic pressure-volume accumulator 62 and / or the pneumo-hydraulic pressure booster 66.
  • the pressure booster 66 maintains the system pressure in the closed hydraulic system. In addition, it serves to support the transfer of the hydraulic pressure generated by the hydraulic drive 1 or the hydraulic volume flow in an efficient manner, even with longer hydraulic lines.
  • the spindle drive 50, 52, 54 now moves the piston 20 further and reduces the spindle-facing working chamber 12.
  • the second hydraulic connection 97 and thus the main piston 92 are moved by means of supplied hydraulic system via the third hydraulic opening 42.
  • the main piston 92 with punch thereby moves in the direction of the joint until the rivet rests against the joint.
  • hydraulic is released via the second hydraulic port 96 and received by the hydraulic pressure-volume accumulator 64 and / or the spindle-facing working chamber 14.
  • the hold-down piston 94 is relieved via the third hydraulic connection 95, in that hydraulic can flow off via the valve V2 and the valve V4 into the hydraulic pressure-volume accumulator 62.
  • an increased hydraulic pressure is applied to the main piston 92 via the hydraulic drive 1 to set the rivet (step 2).
  • the leading piston rod 32 preferably dips into the tapered region 16 of the cylinder 10 .
  • the increased hydraulic pressure is provided to the main piston 92 via the hydraulic opening 42.
  • the spindle-facing working chamber 12 is relieved via the first hydraulic opening 44 and the valve V3, so that the trapped hydraulic volume does not hinder the movement of the leading piston rod 32.
  • hydraulic continues to flow via the first hydraulic connection 96.
  • This pressure for the hold-down device is preferably provided by the pressure booster 66 and / or the hydraulic pressure-volume accumulator 62.
  • the valve VI is switched as shown in Fig. 6.
  • the spindle drive 50, 52, 54 moves the piston 20 such that the spindle-facing Arheitshunt 14 is reduced.
  • hydraulics is pushed out via the second hydraulic opening 46 and supplied to the first hydraulic port 96.
  • the supplied hydraulic moves the main piston 92 and thus also the punch away from the joint.
  • hydraulic is delivered via the second 97 and the third hydraulic connection 95.
  • the discharged hydraulic is received by the hydraulic pressure-volume accumulator 62.
  • the piston-cylinder drives of a setting device can be controlled in any order with the aid of the hydraulic drive 1 according to the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen elektromotorischen Hydraulikantrieb (1) für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente (90), insbesondere für ein Setzgerät. Der Hydraulikantrieb (1) umfasst einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist. Der Kolben (20) teilt den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14). Die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) weist eine erste Hydraulik-Öffnung (44) und die spindelzugewandte Arbeitskammer (14) weist eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) auf. Über diese Hydraulik-Öffnungen (44, 46) ist die Komponente (90) gezielt mit Hydraulik betreibbar.

Description

Elektromotorischer Hydraulikantrieb und Verfahren zum Bereitstellen eines definierten
Hvdraulikdrucks und/oder -volumens 1 , Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromotorischen Hydraulikantrieb, der für eine 'mit Hydraulik betreibbare Komponente, insbesondere ein Setzgerät, genutzt wird. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe des elektromotorischen Hydraulikantriebs. Zu- dem betrifft vorliegende Erfindung eine hydraulisch betriebene Komponente, insbesondere ein Setzgerät, in Verbindung mit diesem Hydraulikantrieb. Außerdem ist sie auf ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs gerichtet.
2. Hintergrund der Erfindung
Im Stand der Technik sind verschiedene mit Hydraulik, d.h. mit Hydrauliköl oder einer entsprechenden Flüssigkeit, betreibbare Komponenten bekannt. Zu diesen hydraulisch betreibbaren Komponenten zählen beispielsweise Hebebühnen, Rohrbiegemaschinen, Setzgeräte und Vorrichtungen zum Clinchen von Blechbauteilen. Bekannte Setzgeräte werden über eine getrennt angeordnete Hydraulikeinheit mit dem geforderten Hydraulikdruck und -volumen versorgt. In der Hydraulikeinheit sorgt eine Kreiselpumpe für den geforderten Druck in der Hydraulikflüssigkeit, Diese unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit bzw. Hydraulik wird über Schläuche dem Setzgerät zugeführt. Mit Hilfe von Ventilen werden dann gezielt Hydraulikdruck und Hydraulikvolumen im Setzgerät be- reitgestellt, um eine Zustellbewegung oder eine Rückstellbewegung des Setzstempels des Setzgeräts zu erzielen.
Derartige Hydraulikeinheiten haben den Nachteil, dass sie feststehende Einheiten nahe dem Setzgerät bilden. Sie sind aufgrund ihres Aufbaus und Gewichts nicht bewegbar, da man sie nur mit Hilfe eines Gabelstaplers versetzen kann. Neben dem Platzerfordernis von ca. 1 m für derartige Hydraulikeinheiten erzeugen diese störenden Lärm und Wärme. Lärm und Wärme sind auf den Betrieb der Kreiselpumpe zurückzuführen. Es ist des Weiteren von Nachteil, dass das Setzgerät, welches beispielsweise an einem Roboterarm installiert ist, über mehrere Meter lange Hydraulikschläuche mit dem geforderten Hydraulikdruck und -volumen versorgt werden muss. Durch die Bewegung des Nietsetzgeräts sind die Hydraulikschläuche einem ständigen Verschleiß ausgesetzt. Des Weiteren bilden die Schläuche zusätzlich zum Nietsetzgerät eine Störkontur, die die Zugänglichkeit zu bestimmten Fügestellen erschwert. Ausgehend von den oben genannten Nachteilen ist es das technische Problem vorliegender Erfindung, einen Hydraulikantrieb bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik eine Platz sparende Konstruktion mit geringer Störkontur darstellt. Zudem ist es das technische Problem vorliegender Erfindung, ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe des genannten Hydraulikantriebs sowie ein Ver- fahren zum Betreiben einer Hydraulikkomponente mit Hilfe des Hydraulikantriebs bereitzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannten technischen Probleme werden durch einen elektromotorischen Hy- draulikantrieb gemäß Anspruch 1, eine hydraulisch betriebene Komponente in Verbindung mit diesem Hydraulikantrieb gemäß Anspruch 11, ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens gemäß Anspruch 15 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs gemäß Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen hervor.
Der erfindungsgemäße elektromotorische Hydraulikantrieb wird zum Betrieb einer mit Hydraulik betreibbaren Komponente genutzt. Hydraulik bezeichnet in diesem Zusammenhang jede beliebige Hydraulikflüssigkeit, wie beispielsweise Hydrauliköl, die in derartigen Kom- ponenten eingesetzt wird. Beispielgebend für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente ist ein Setzgerät. Der erfindungsgemäße elektromotorische Hydraulikantrieb weist die folgenden Merkmale auf: einen hydraulischen Zylinder mit einem Kolben, der innerhalb des hydraulischen Zylinders über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder in eine spindelabgewandte und eine spindelzugewandte Arbeitskammer unterteilt, während die spindelabgewandte Arbeitskammer eine erste Hydraulik-Öffnung und die spindelzugewandte Arbeitskammer eine zweite Hydraulik-Öffnung aufweist, so dass die Komponente mit dem Hydraulikantrieb verbindbar und mit einem definierten Hydraulikdruck und/oder Hydraulikvolumen über die erste und oder die zweite Hydraulik-Öffnung betreibbar ist. Um einen gewünschten Hydraulikdruck und/oder ein gewünschtes Hydraulikvolumen beispielsweise einem Setzgerät bereitstellen zu können, wird ein Kolben innerhalb eines hydraulischen Zylinders mit Hilfe einer elektrisch angetriebenen drehenden Spindel geradlinig hin und her bewegt. Durch diese geradlinige Bewegung des elektrisch bewegten Kolbens wird Hydraulik dem hydraulischen Zylinder definiert zu- und/oder abgeführt. Zu diesem Zweck weist sowohl die spindelabgewandte wie auch die spindelzugewandte Arbeitskammer jeweils eine Hydraulik-Öffnung auf, über die ein Hydraulikdruck oder Hydraulikvolumen der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zuführbar ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hydraulik- Öffnung der spindelzugewandten Arbeitskammer als Belüöungsöffhung für die spindelzugewandte Arbeitskammer einzusetzen. Auf dieser Grundlage muss die spindelzugewandte Arbeitskammer nicht mit Hydraulik genutzt werden und behindert durch die Wirkung der Belüf- tungsöffhung nicht den Betrieb des übrigen Hydraulikantriebs. Im Vergleich zu bekannten Hydrauliksystemen ist weder eine Kreisel- noch eine Kolbenpumpe zum Erzeugen des Hy- draulikdrucks erforderlich. Stattdessen wird über den elektromotorisch angetriebenen Spindeltrieb der Kolben derart im Zylinder bewegt, dass der gewünschte Hydraulikdruck erzeugt oder das gewünschte Hydraulikvolumen bewegt wird. Da die gewünschten Hydraulikdrücke und -volumina mit Hilfe des durch die Spindel bewegten Kolbens direkt angesteuert werden können, ist es nicht unbedingt erforderlich, Druckreduzierventile zur Steuerung von Zu- und Abfluss von Hydraulik einzusetzen. Dies vereinfacht einerseits den apparativen Aufwand des Hydraulikantriebs mit angeschlossener Komponente sowie den Steuerungsaufwand für diese Komponente.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kolben des Hydraulikantriebs eine voreilende Kolbenstange innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer, mit der über die Bewegung des Kolbens in einen bezogen auf den Durchmesser der spindelabgewandten Arbeitskammer verjüngten Bereich der spindelabgewandten Arbeitskammer eingreifbar ist, während der verjüngte Bereich eine dritte Hydraulik-Öffnung aufweist. Über die spezielle Formgebung des mit Hilfe der elektrisch betriebenen Spindel bewegbaren Kolbens wird der Hydraulikdruck beispielsweise zweistufig erhöht. Zu diesem Zweck greift die voreilende Kolbenstange in einen verjüngten Bereich der spindelabgewandten Arbeitskammer ein, so dass bei gleichem oder reduziertem Kraftaufwand der Spindel ein entsprechend der verkleinerten Fläche der voreilenden Kolbenstange erhöhter Druck in der Hydraulik generierbar ist. Dieser erhöhte Druck wird bevorzugt über eine dritte Hydraulik-Öfmung weitergegeben. Nachdem die voreilende Kolbenstange in den verjüngten Bereich der spindelab- gewandten Arbeitskammer eingedrungen ist, wird vorzugsweise Hydraulikdruck aus der spindelabgewandten Arbeitskammer über die erste Hydraulik-Öffnung abgelassen, um die Bewegung der voreilenden Kolbenstange im verjüngten Bereich nicht zu behindern.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung vorliegender Erfindung ist der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden, in deren Inneren die Spindel derart angeordnet ist, dass die Kolbenstange mit Kolben geradlinig bewegbar ist. Die Spindel wiederum wird mit Hilfe eines Elektromotors gedreht, so dass der Kolben im hydraulischen Zylinder entsprechend dem Gewinde der Spindel und der Drehzahl des Elektromotors verschoben wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform vorliegender Erfindung steht die Kolbenstange über den Kolben in die spindelabgewandte Arbeitskammer vor und bildet auf diese Weise die voreilende Kolbenstange.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des elektromotorischen Hydraulikantriebs ist dieser mit mindestens einem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher verbunden, so dass während des Betriebs des Hydraulikantriebs Hydraulikvolumen kontrolliert zu- und/oder abführbar ist. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise der mindestens eine Hydraulik-Druck- Volumen- Speicher auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens vorgespannt oder auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorspannbar. Mit Hilfe des mindestens einen Hydraulik-Druck- Volumen- Speichers wird der Hydraulikfluss im geschlossenen System bestehend aus Hydraulikantrieb und Verarbeitungsgerät unterstützt. In diesem Zusammenhang werden Hydraulikvolumina mit annäherndem System druck des ge- schlossenen Systems in das System eingespeist. Zudem sind bspw. vom Verarbeitungsgerät zurückfließende oder abgegebene Hydraulikvolumina aufnehmbar. Bei der Aufnahme von Hydraulikvolumina ist es bevorzugt, auf veränderliche Drücke einstellbare Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher einzusetzen. Auf dieser Grundlage wird bei Aufnahme von Hydraulikvolumen der Druck im Hydraulik-Druck-Volumen- Spei eher verringert, so dass die Hy- draulikvolumenaufhahme erleichtert wird.
Die Kombination des Hydraulikantriebs mit mindestens einem Hydraulik-Druck- Volumen- Speicher macht es möglich, den Hydraulikantrieb als ein geschlossenes System bereitzustellen. Die für die mit Hydraulik betreibbare Komponente erforderlichen Drücke und Volumina an Hydraulik werden durch den Hydraulikantrieb mit Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher bereitgestellt, um beispielsweise den Setzstempel eines Setzgeräts in Richtung der Fügestelle zu verfahren. Findet die entgegengesetzte Bewegung des Setzstempels statt, wird in entgegengesetzter Richtung das Hydraulikvolumen wieder von dem Hydraulikantrieb in Kombina- tion mit dem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher aufgenommen. Auf diese Weise wird im Vergleich zu bekannten Systemen eine geringe Menge Hydraulik zwischen Hydraulikantrieb und mit Hydraulik betreibbarer Komponente hin und her verschoben, um die Komponente anzutreiben. Basierend auf dieser Konstruktion ist es nicht erforderlich, Hydraulikschläuche von mehreren Metern Länge in Verbindung mit einem Hydraulik-Reservoir an beispielsweise ein Setzgerät anzuschließen, da der Hydraulikantrieb mit der begrenzten zirkulierenden Hydraulikmenge in unmittelbarer Nähe der mit Hydraulik betreibbaren Komponente positionierbar ist. Dies gewährleistet einerseits einen kleinen Bauraum des Hydraulikantriebs im Vergleich zu bekannten Hydraulikantriebseinheiten. Andererseits wird die Störkontur langer Schläuche vermieden, die den Zugang beispielsweise eines Setzgeräts zu bestimmten Fü- gesteilen erschweren. Zudem ist der Hydraulikantrieb in jeder beliebigen Orientierung und Lage im Raum betreibbar. Des Weiteren ist er aufgrund seiner kompakten Bauweise und seines geringen Gewichts im Vergleich zu Hydrauliksystemen des Standes der Technik frei bewegbar, so dass er auf einem Roboter eines Setzgeräts befestigbar und betreibbar ist. Es ist weiterhin bevorzugt, eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen mit mindestens einem umschaltbaren Ventil oder Ventilblock zu verbinden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Hydraulikantrieb einen zuschaltbaren pneumo-hydraulischen Druckübersetzer, so dass ein über den Hydraulikantrieb hergestellter Hydraulikdruck in einer Leitung aufrechterhaltbar ist, auch wenn der Hydraulikantrieb von der Leitung getrennt worden ist. Zudem ist es, wie bereits oben erwähnt, bevorzugt, den Hydraulikantrieb in Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente als ein geschlossenes Hydrauliksystem arbeiten zu lassen.
Um eine Platz sparende Konstruktion des Hydraulikantriebs bereitzustellen, ist dieser bevor- zugt vollständig auf einer Konsole installierbar, die an einem Roboterarm, vorzugsweise für Setzgeräte, befestigbar ist. Es ist ebenfalls denkbar, diese Konsole mit dem vollständigen Hydraulikantrieb an anderen bewegten Zwischenkomponenten oder direkt an der mit Hydraulik betriebenen Komponente zu positionieren, um einerseits Bauraum zu sparen und andererseits die Standfläche der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zu verringern. Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls eine hydraulisch betreibbare Komponente in Verbindung mit einer der Ausfuhrungsformen des oben beschriebenen Hydraulikantriebs. Diese hydraulisch betreibbare Komponente ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein hydraulisch betriebenes Setzgerät, mit dem Fügeelemente in mindestens ein Bauteil einbringbar sind, insbesondere ein Nietsetzgerät. Um die Vorteile der Platz sparenden und kompakten Konstruktion des Hydraulikantriebs optimal zu nutzen, ist die hydraulisch betreibbare Komponente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gemeinsam mit dem Hydraulikantrieb an einem bewegbaren Roboter befestigt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die hydraulisch betreibbare Komponente ein mobiles Handgerät darstellt, dessen Hydraulikantrieb separat, vorzugsweise bewegbar, vom Handgerät positioniert ist. Die vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder - olumens mit Hilfe eines Hydraulikantriebs, der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder mit einem Kolben, der innerhalb des hydraulischen Zylinders über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder in eine spindelabgewandte und eine spindelzugewandte Arbeitskammer unterteilt, indem die spindelabgewandte Arbeitskammer eine erste Hydraulik- Öffnung aufweist, während das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Drehen der Spindel und Bewegen des Kolbens derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung abgegeben wird. Dieses Verfahren umfasst bevorzugt den weiteren Schritt: Aufnehmen eines Hydraulikvolumens in der spindelzugewandten Arbeitskammer durch die Bewegung des Kolbens über eine zweite Hydraulik- Öffnung.
Um den erfindungsgemäßen Hydraulikantrieb optimal nutzen zu können, wird während der Bewegung des Kolbens im hydraulischen Zylinder vorzugsweise sowohl die spindelabgewandte Arbeitskammer wie auch die spindelzugewandte Arbeitskammer genutzt. Wird beispielsweise in der ersten spindelab gewandten Arbeitskammer ein im Vergleich zum Atmosphärendruck höherer Hydraulikdruck erzeugt und/oder Hydraulikvolumen abgegeben, kann gleichzeitig in der zweiten spindelzugewandten Arbeitskammer ein Hydraulikvolumen aufge- nommen werden. Somit dient die spindelabgewandte Arbeitskammer der Abgabe von Hydraulikvolumen, während die spindelzugewandte Arbeitskammer von der mit Hydraulik betreibbaren Komponente zurückfließende Hydraulik gezielt aufnehmen kann. Es ist ebenfalls denkbar, über die spindelzugewandte Arbeitskammer und die entsprechende zweite Hy- drauHk-Öfmung ein Stellglied zu betätigen, das unabhängig von der mit Hydraulik betreibbaren Komponente arbeitet.
Weist gemäß einer bereits oben beschriebenen Ausgestaltung des Hydraulikantriebs der Kolben eine voreüende Kolbenstange innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer auf, die einen bezogen auf ihren Durchmesser verjüngten Bereich passend zur voreilenden Kolbenstange umfasst, wird das Verfahren vorzugsweise um die folgenden Schritte ergänzt: Bewegen der voreilenden Kolbenstange in den verjüngten Bereich, Erzeugen eines definierten Hydraulikdrucks in dem verjüngten Bereich und an einer dritten Hydraulik-Öffnung und/oder Abgeben eines Hydraulikvolumens ber die dritte Hydraulik-Öffnung und Entlasten der ers- ten spindelzugewandten Arbeitskammer über die erste Hydraulik-Öffnung, so dass die Bewegung der voreilenden Kolbenstange in den verjüngten Bereich nicht behindert wird.
Des Weiteren offenbart vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts mit Hilfe des oben beschriebenen Hydraulikantriebs, während das Setzgerät zu- mindest einen ersten Kolben-Zylinder- An trieb für. einen Setzstempel umfasst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bewegen des Kolbens mit Hilfe der Spindel derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung abgegeben wird, und Verbinden der ersten Hydraulik- Öffnung mit dem ers- ten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb des Setzstempels, so dass der Setzstempel eine Zustellbewegung zu einer Fügestelle durchführt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, die erste Hydraulik-Öffnung mit einem zweiten hydraulischen Kolben-Zylinder- Antrieb eines Niederhalters des Setzgeräts zu verbinden, so dass der Nie- derhalter eine Zustellbewegung zur Fügestelle durchfuhrt. Gleichzeitig zu der oben beschriebenen Kolbenbewegung im hydraulischen Zylinder des Hydraulikantriebs ist es bevorzugt, Hydraulik aus dem ersten und/oder zweiten Kolben-Zylinder- Antrieb von Setzstempel und/oder Niederhalter in der zweiten spindelzugewandten Afbeitskammer über eine zweite Hydraulik-Öffnung aufzunehmen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfah- rens wird der Kolben mit Hilfe der Spindel derart bewegt, dass die spindelzugewandte Arbeitskammer verkleinert wird und der Setzstempel und/oder der Niederhalter über die zweite Hydraulik-Öffnung und Zufuhr von Hydraulik zum Setzgerät zurückstellt wird werden. Zudem weist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt folgenden Schritt auf: Einspeisen von Hydraulik aus oder Aufnehmen von Hydraulik in mindestens einem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher, so dass der Hydraulikantrieb- und/oder das Setzgerät ausreichend mit Hydraulik versorgt sind.
4, Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ausschnittsvergrößerung des bevorzugten Hydraulikantriebs,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Hydraulikantriebs,
Fig.3 eine Ausfuhrungsform des Hydraulikantriebs installiert an einem Roboter,
Fig. 4 bis 7 Hydraulikpläne zum bevorzugten Betrieb eines Setzgeräts mit Hilfe des Hydraulikantriebs,
Fig. 8 ein Flussdiagramm zum bevorzugten Betrieb des Hydraulikantriebs und
Fig. 9 ein Flussdiagramm zum bevorzugten Betrieb eines Setzgeräts mit Hilfe des
Hydraulikantriebs.
5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt eine schematische Ausschnittsvergrößerung einer bevorzugten Ausführungs orm des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 gemäß vorliegender Erfindung. Innerhalb des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 wird mit Hilfe eines Spindeltriebs ein Kolben 20 bewegt, um einen definierten Hydraulikdruck in einer hydraulischen Flüssigkeit zu erzeugen. Die hydraulische Flüssigkeit ist beispielsweise Hydrauliköl oder eine ähnliche Flüssigkeit, die als Antriebsmedium nutzbar ist. Sie wird im Weiteren allgemein als Hydraulik bezeichnet. Komponenten, die mit Hydraulik betrieben werden, umfassen beispielsweise eine Hebebühne, eine Rohrbiegemaschine oder ein Setzgerät zum Setzen von Nieten oder zum Clinchen. Anhand von Fig. 1 wird der Aufbau des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 beschrieben. Der Hydraulikantrieb 1 umfasst einen hydraulischen Zylinder 10, in dem der Kolben 20 geradlinig bewegbar angeordnet ist. Die in dem hydraulischen Zylinder 10 enthaltene Hydraulik wird über die Bewegung des Kolbens 20 aus dem Zylinder 10 unter definiertem Druck her- ausgeschoben oder von diesem aufgenommen. Die lineare Bewegung des Kolbens 20 innerhalb des hydraulischen Zylinders 10 wird mit Hilfe eines elektrischen Spindeltriebs 30, 50, 52, 54 realisiert.
Der elektrische Spindeltrieb umfasst bevorzugt eine mit dem Kolben 20 verbundene Kolben- stange 30. Im Inneren der Kolbenstange 30 ist eine Spindel 50 angeordnet. Die Spindel 50 wirkt mit einem Innengewinde der Kolbenstange 30 zusammen. Dieses Innengewinde wird beispielsweise über eine Mutter, eine Gewindebuchse 32 oder ähnliche Konstruktionen innerhalb der Kolbenstange 30 gebildet. Die Spindel 50 ist über ein Getriebe 54 mit einem Elektromotor 52 verbunden. Dreht der Elektromotor 52 die Spindel 50, wird der Kolben 20 im hydraulischen Zylinder 10 geradlinig entlang der Mittelachse des Zylinders 10 bewegt.
Der Kolben 20 unterteilt den hydraulischen Zylinder 10 in eine spindelabgewandte Arbeitskammer 12 und eine spindelzugewandte Arbeitskammer 14. Durch die Bewegung des Kolbens 20 innerhalb des hydraulischen Zylinders 10 wird daher die spindelzugewandte Arbeits- kammer 14 und die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 gezielt in ihrer Größe verändert. Über diese Größenänderung der Arbeitskammern 12, 14 werden somit über den elektromotorisch bewegten Kolben 20 gezielt Hydraulikdrücke in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 und in der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 erzeugt und/oder entsprechende Hydraulikvolumina über den Kolben 20 bewegt.
"Während des Betriebs des elektromotorischen Hydraulikantriebs 1 werden die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 und die spindelzugewandte Arbeitskamm er 1 mit ihren Hydraulik-Öffnungen 44, 46 einzeln oder in Kombination genutzt. Auf diese Weise werden über die erste Hydraulik-Öffaung 44 und die zweite Hydraulik-Öffnung 46 eine Komponente, wie beispielsweise das Setzgerät 90, oder getrennte Komponenten oder Stellglieder betrieben. So ist es bevorzugt, innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 einen definierten Hydraulikdruck oberhalb eines Systemdrucks zu erzeugen und/oder Hydraulik über die erste Hydraulik-Öffnung 44 abzugeben, während gleichzeitig in der spindelzugewaivdten Arbeits- kammer 14 ein Hydraulik-Unterdruck verglichen zum Systemdruck erzeugt wird und/oder Hydraulik in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung umfasst der Kolben 20 eine voreilende Kolbenstange 32. Die voreilende Kolbenstange 32 ist gemäß einer Ausfuhrungsform direkt am Kolben 20 ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die Kolbenstange 30, an der der Kolben 20 befestigt ist, über den Kolben 20 hinaus in die spin- delabgewandte Arbeitskammer 12. Dieser hinausragende Teil der Kolbenstange 30 bildet somit die voreilende Kolbenstange 32.
Die voreilende Kolbenstange 32 greift bei der Bewegung des Kolbens 20 in einen verjüngten Bereich 1 der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 ein. Der verjüngte Bereich 16 weist einen geringeren Durchmesser als die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 auf. Zudem umfasst der verjüngte Bereich 16 eine dritte Hydraulik-Öffnung 42. Wird der Kolben 20 mit vor- eilender Kolbenstange 32 mit konstanter Kraft bewegt, erzeugt die voreilende Kolbenstange 32 beim Eintauchen in den verjüngten Bereich 16 einen höheren Hydraulikdruck als der Kolben 20 in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12. Die Drücke in dem verjüngten Bereich 16 und in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 unterscheiden sich entsprechend den Stirnflächenunterschieden zwischen Kolben 20 und voreilender Kolbenstange 32. Dieser hö- here Hydraulikdruck bzw. das entsprechende Hydraulikvolumen ist über die dritte Hydraulik- Öffnung 42 abgebbar. Es ist weiterhin bevorzugt, während des Eintauchens der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 durch Öffnen der Hydraulik-Öffnung 44 zu entlasten. Auf diese Weise kann die noch in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 enthaltene Hydraulik über die Hydraulik-Öffnung 44 entweichen, während sich die voreilende Kolbenstange 32 weiter im verjüngten Bereich 16 bewegt. Dies hat zur Folge, dass während des Eintauchens der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 kein zusätzliches und behinderndes Komprimieren der Hydraulik in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 stattfindet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Hydraulikantrieb 1 in Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente 90 als geschlossenes System genutzt. Zu diesem Zweck muss der Hydraulikantrieb 1 ausreichend Hydraulik zum Betrieb der Komponente 90bereitstellen. Zudem muss der Hydraulikantrieb 1 in der Lage sein, die von der Komponente 90 abgegebene Hydraulik wieder aufzunehmen. Um diese Funktion als geschlossenes System sicherstellen zu können, umfasst der Hydraulikantrieb 1 mindestens einen, vorzugsweise zwei Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62, 64. Diese sind beispielgebend in Fig. 2 gezeigt. Basierend auf dieser bevorzugten Konstruktion des Hydraulikantriebs 1 ist während seines Betriebs Hydraulikvolumen kontrolliert zu- und/oder abführbar. In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren bevorzugt, mindestens einen Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62, 64 auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens, beispielsweise Stickstoff, vorzuspannen. Eine weitere Alternative besteht darin, den Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62, 64 auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorzuspannen. Basierend auf dieser Drucksteue- rung wird zur Abgabe von Hydraulik aus dem Hydraulik-Druck- Volumen- Speicher der pneumatische Vorspanndruck erhöht, während es zur Aufnahme von Hydraulik für einen erleichternden Rückfluss herabgesetzt wird.
Die Verwendung des Hydraulikantriebs 1 als geschlossenes System hat den Vorteil, dass stö- rende Hydraulikschläuche in Verbindung mit der Komponente 90 vermieden werden. Der Hydraulikantrieb 1 wird als Platz sparende kompakte Anordnung bereitgestellt, die auch auf bewegten Teilen, beispielsweise einem Roboter, installierbar ist. Beispielgebend ist die kompakte und Platz sparende Anordnung in Fig. 2 dargestellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 2 ist erkennbar, dass der vollständige Hydraulikantrieb 1 Platz sparend auf einer Konsole 70 bzw. festen Basis angeordnet ist. Die Konsole 70, die vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff besteht, trägt den Elektromotor 52 mit Getriebe 54 und Spindel 50. Zudem sind der hydraulische Zylinder 10 mit dem Kolben 20 sowie die Peripheriegeräte, wie Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62, 64 und Drucküber- setzer 66, bevorzugt auf der Konsole 70 befestigt.
Fig. 3 zeigt die Installation des Hydraulikantriebs 1 an einem Roboter 80. Im Speziellen ist der Hydraulikantrieb 1 über seine Konsole 70 oder allgemein die feste Basis am Roboter 80 befestigt. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Hydraulikantrieb 1 aufgrund seiner kompakten Anordnung nahe dem Setzgerät 90 mit C-Bügel 91 installiert. Daher sind nur Hydraulik- Schläuche (nicht gezeigt) vom Hydraulikantrieb 1 bis zum Setzgerät 90 erforderlich, die im Vergleich zu bestehenden Systemen eine vernachlässigbar geringe Störkontur bei der Bewegung des Setzgeräts 90 bilden. Unabhängig davon, mit welcher Komponente der Hydraulikantrieb 1 verbunden ist, lässt sich der Betrieb des Hydraulikantriebs 1 anhand des Flussdiagramms in Fig. 8 beschreiben. In einer Ausgangs Situation ist die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 mit Hydraulik gefüllt. Eine mit Hydraulik betreibbare Komponente ist an der ersten Hydraulik- Öffnung 44 ange- schlössen. Da zum Betrieb der Komponente ein bestimmtes Hydraulikvolumen erforderlich ist, dreht der Elektromotor 52 über das Getriebe 54 die Spindel 50 (Schritt A). Dadurch wird der Kolben 20 in Richtung der ersten Hydraulik-Öffnung 44 bewegt.
Um einen Hinweis auf den in der spindelab gewandten Arbeitskammer 12 erzeugten Hy- draulikdruck zu erhalten, wird bevorzugt ein Drehmomentenmotor als Elektromotor 52 eingesetzt. Bei der Verwendung eines Drehmomentenmotors liefert der Motorstrom einen Hinweis auf die Leistung des Elektromotors 52 beim Drehen der Spindel 50, der dann wiederum auf den Hydraulikdruck in der spindelabgewandten 12 und in der spindelzugewandten Arbeitskammer 4 kalibrierbar ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, Drucksensoren am Kolben 20 oder in den Arbeitskammern 12, 14 zu nutzen, um Informationen über den vorliegenden Druck zu bekommen. Zudem sind derartige Drucksensoren, die in den Figuren 4 bis 7 mit P/U gekennzeichnet sind, in den Leitungen des Hydrauliksystems einsetzbar. In gleicher Weise ist es e- benfalls bevorzugt, den Volumenstrom der Hydraulik an verschiedenen Stellen im System mittels geeigneter Sensoren zu erfassen, um jederzeit Rückschlüsse auf den Systembetrieb und -zustand ziehen zu können. Somit dienen die verschiedenen oben genannten Sensoren der Überwachung sowie Regelung und/oder Steuerung des Hydraulikantriebs 1 und/oder des geschlossenen Hydrauliksystems mit Verarbeitungsgerät.
Aufgrund der Bewegung des Kolbens 20 (Schritt B) in Richtung der ersten Hydraulik- Öffnung 44 wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert. Entsprechend der Volumenverkleinerung der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 wird ein definiertes Hydraulikvolumen aus der ersten Hydraulik-Öffnung 44 ausgeschoben, um die angeschlossene Komponente zu betreiben. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Hydraulik in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 durch den Kolben 20 derart komprimiert wird, dass ein definier- ter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung 44 anliegt. In diesem Fall wird durch den Elektromotor 52 und den Spindelantrieb 30, 50 eine definierte Kraft über den Kolben 20 an seiner Stirnfläche auf die Hydraulik aufgebracht, die dann den definierten Hydraulikdruck zur Folge hat. Es ist bevorzugt, parallel zur spindelabgewandten Arbeitskammer 12 auch die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 zu nutzen. Dabei wird beispielsweise ein Stellglied oder ein anderer Teil der mit Hydraulik betreibbaren Komponente an die zweite Hydraulik-Öffnung 46 angeschlossen. Bewegt sich der Kolben 20 gemäß Schritt A, wird in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 ein definiertes Hydraulikvolumen aufgenommen (Schritt C). Alternativ dazu ist es bevorzugt, dass die Kolbenbewegung gemäß Schritt A einen Unterdruck (Schritt C) in der spindel zugewandten Arbeitskammer 14 im Vergleich zu einem Systemdruck erzeugt. Dieser Systemdruck ist beispielsweise der Hydraulikdruck in einer an die zweite Hydraulik-Öffnung 44 angeschlossenen Leitung. Durch die Kolbenbewegung wird somit Hy- draulik über die zweite Hydraulik-Öffnung 46 in die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen, während der Kolben 20 die spindelzugewandte Arbeitskammer 1 vergrößert und die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert.
Je nachdem, ob über die Hydraulik-Öffnungen 44, 46 Hydraulik aufgenommen oder abgege- ben werden soll, wird der Kolben 20 mittels Spindelantrieb 50, 52, 54 in die eine oder andere Richtung bewegt. Dreht die Spindel 50 derart, dass die Kolbenbewegung die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 verkleinert, wird Hydraulik über die Hydraulik-Öffnung 46 abgegeben. Gleichzeitig kann Hydraulik über die erste Hydraulik-Öffnung 44 aufgenommen werden.
Es ist ebenfalls bevorzugt, die Hydraulik-Öffnungen 42, 44, 46 mit einem schaltbaren Ventil oder Ventilblock zu kombinieren. Die bevorzugten Ventile schalten eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen 42, 44, 46 gezielt frei oder blockieren diese, so dass Hydraulik aufnehmbar und/oder abgebbar ist. Es ist weiterhin denkbar, dass die Ventile ähnlich einer Weiche wirken, so dass nicht benötigte Hydraulik in Hydraulik-Druck-Volumen- Speicher abführbar ist, sofern sie beim Betrieb des Hydraulikantriebs 1 und der angeschlossenen Komponente nicht benötigt wird. In entgegengesetzter Richtung ist es ebenfalls bevorzugt, Hydraulik aus derartigen Hydraulik-Druck- Volumen-Speichern zu entnehmen, um die gewünschte Hydraulikmenge beim Betrieb von Hydraulikantrieb 1 und angeschlossener Komponente zur Verfügung zu haben.
Um bei konstanter oder reduzierter mechanischer Belastung der Spindel 50 durch den Kolben 20, d.h. bei gleicher oder reduzierter Kraft in axialer Richtung auf die Spindel 50, den Hydraulikdruck des Hydraulikantriebs 1 zu erhöhen, weist der Hydraulikantrieb 1 die voreilende Kolbenstange 32 in Kombination mit dem verjüngten Bereich 16 des Zylinders 10 auf. Wird die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 bewegt (Schritt E), erzeugt die voreilende Kolbenstange 32 in dem verjüngten Bereich 16 einen gesteigerten Hydraulikdruck im Vergleich zum Hydraulikdruck in der spindelabgewandten Arbeitskammer 12. Der Hy- draulikdruck ergibt sich aus der durch die Spindel 50 über die Stirnfläche der voreilenden Kolbenstange 32 auf die Hydraulik aufgebrachten Kraft.
Die im verjüngten Bereich 16 vorhandene Hydraulik wird über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 abgegeben. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Abgabe und Aufnahme der Hydraulik ständig über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 stattfinden zu lassen, anstatt die erste Hydraulik- Öffnung 44 zu nutzen.
Sobald die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 eintaucht, ist die spin- delabgewandte Arbeitskammer 12 abgeschlossen. Die Hydraulik in der abgeschlossenen spindelabgewandten Arbeitskammer 12 behindert die weitere Bewegung der voreilenden Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16. Um dies zu verhindern, wird die erste Hydraulik-Öffnung 44 geöffnet, damit Hydraulik aus der spindelabgewandten Arbeitskammer 12 abfließen kann. Damit wird die spindelab gewandte Arbeitskammer 12 entlastet (Schritt G). Als weitere bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Betrieb des Setzgeräts 90 in Verbindung mit dem Hydraulikantrieb 1 unter Bezug auf die Figuren 4 bis 7 und 9 beschrieben. Die Figuren 4 bis 7 zeigen unterschiedliche Stadien der Hydraulikversorgung des Setzgeräts 90 in Form von schematischen Hydraulikschaltplänen. Fig. 9 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration der bevorzugten Schritte des Betriebs des Setzgeräts 90. mittels Hy- draulikan trieb 1.
Das Setzgerät 90 ist schematisch in den Figuren 4 bis 7 dargestellt. Derartige Setzgeräte 90 sind beispielsweise in EP 1 460 081 Bl näher erläutert, so dass für ausführliche konstruktive und verfahrenstechnische Details des Setzgeräts 90 auf diese Druckschrift Bezug genommen wird. Es sind auch andere Konstruktionen von Setzgeräten anwendbar, solange sie mit Hydraulik betrieben werden können.
Das Setzgerät 90 umfasst einen Hauptzylinder 91 mit einem Hauptkolben 92 mit Hauptkolbenstange. Die Hauptkolbenstange ist mit einem Stempel zum Setzen eines Niets in bei- spielsweise zwei übereinander liegende Bauteile (nicht gezeigt) verbunden. Der Hauptzylinder 91 wird über einen ersten 96 und einen zweiten Hydraulikanschluss 97 betätigt. Das Setzgerät 90 umfasst des Weiteren einen Nebenzylinder 93., in dem ein Niederhalterkolben 94 mit Niederhalterkolbenstange angeordnet ist. Der Niederhalterkolben 94 umgibt die Kolbenstange und ist auf dieser gleitend geführt. Zudem ist der Niederhalterkolben 94 mit einem Mitnehmer ausgestattet. Bei der Bewegung des Niederhalterkolbens 94 in Richtung der Fügestelle, also nach links in den Figuren 4 bis 7, nimmt der Niederhalterkolben 94 den Hauptkolben 92 mit Stempel mit. In gleicher Weise nimmt der Hauptkolben 92 bei einer Bewegung von der Fügestelle weg den Niederhalterkolben 94 mit. Zum Betrieb des Nebenzylinders 93 und des Niederhalterkolbens 94 weist der Nebenzylinder 93 einen dritten Hydraulikanschluss 95 auf.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 4 ist die dritte Hydraulik-Öffnung 42 über ein umschaltbares Ventil VI mit dem dritten Hydraulikanschluss 95 verbunden. Zudem ist der zweite Hydraulikanschluss 96 mit der zweiten Hydraulik-Öffnung 96 verbunden. Gemäß ei- ner Ausgestaltung ist in dieser Verbindung der Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 64 zwischengeschaltet, um überschüssige Hydraulik aufzunehmen oder zusätzlich Hydraulik in das System bestehend aus Hydraulikantrieb 1 und Setzgerät 90 einzuspeisen. Während die Ventile V2 und V3 optional sind, ist über das Ventil V4 der Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 97 verbunden.
Dreht der Elektromotor 52 die Spindel 50 und bewegt den Kolben 20 in Richtung der dritten Hydraulik-Öffnung 42 (Schritt 1), wird die Spindel abgewandte Arbeitskammer 12 verkleinert und Hydraulik durch die dritte Hydraulik-Öffnung 42 abgegeben. Der Hydraulikantrieb 1 versorgt dadurch über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 den dritten Hydraulikanschluss 95 mit Hydraulik und bewegt den Niederhalterkolben 94 in Richtung Fügestelle (Schritt 3). Bei dieser Bewegung nimmt der Niederhalterkolben 94 den Hauptkolben 92 mit. Dabei wird Hydraulik aus dem Hauptkolben 91 über den ersten Hydraulikanschluss 96 ausgeschoben und durch den Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 64 und/oder über die zweite Hydraulik- Öffnung 46 durch die spindelzugewandte Arbeitskammer 14 aufgenommen (Schritt 4).
Gleichzeitig wird aus dem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62 Hydraulik dem zweiten Hydraulikanschluss 97 zugeführt. Aufgrund dieses Betriebs des Hydraulikantriebs 1 wird mit Hilfe des erzeugten Hydraulikdrucks der Niederhalterkolben 94 mit Niederhalter gegen die Fügestelle bzw. die miteinander zu verbindenden Bauteile (nicht gezeigt) gedrückt. Gemäß Fig. 5 wird das Ventil VI umgeschaltet, so dass die dritte Hydraulik-Öffnung 42 mit dem zweiten Hydraulikanschluss 97 und der dritte Hydraulikanschluss 95 mit dem Hydraulik- Druck-Volumen- Speicher 62 verbunden ist. Gemäß einer optionalen Ausgestaltung wird mit Hilfe des Hydraulik-Druck- Volumen-Speichers 62 und/oder dem pneumo-hydraulischen Druckübersetzer 66 der Hydraulikdruck am dritten Hydraulikanschluss 95 aufrechterhalten. Auf diese Weise drückt der Niederhalter weiterhin auf die zu fugenden Bauteile und hält diese fest. Der Druckübersetzer 66 hält einerseits den Systemdruck im geschlossenen Hydrauliksystem aufrecht. Zudem dient er dazu, auch bei längeren Hydraulikleitungen die Uber- tragung des durch den Hydraulikantrieb 1 erzeugten Hydraulikdrucks oder des Hy- draulikvolumenstroms auf effiziente Weise zu unterstützen.
Der Spindeltrieb 50, 52, 54 bewegt nun den Kolben 20 weiter und verkleinert die spindelab- gewandte Arbeitskammer 12. Dabei wird über die dritte Hydraulik-Öffnung 42 der zweite Hydraulikanschluss 97 und somit der Hauptkolben 92 mittels zugefuhrter Hydraulik bewegt. Der Hauptkolben 92 mit Stempel bewegt sich dadurch in Richtung Fügestelle, bis der Niet an der Fügestelle anliegt. Gleichzeitig wird Hydraulik über den zweiten Hydraulikanschluss 96 abgeben und von dem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 64 und/oder der spindelzugewandten Arbeitskammer 14 aufgenommen, Nach einem bevorzugten Umschalten der Ventile V2 und V3 gemäß Fig. 6 wird der Niet gesetzt. Dazu wird der Niederhalterkolben 94 über den dritten Hydraulikanschluss 95 entlastet, indem Hydraulik über das Ventil V2 und das Ventil V4 in den Hydraulik-Druck- Volumen- Speicher 62 abfließen kann. Gleichzeitig wird ein erhöhter Hydraulikdruck auf den Hauptkolben 92 über den Hydraulikantrieb 1 aufgebracht, um den Niet zu setzen (Schritt 2), Zur Reali- sierung dieses höheren Setzdrucks des Hauptkolbens 92 taucht bevorzugt die voreilende Kolbenstange 32 in den verjüngten Bereich 16 des Zylinders 10 ein. Durch diesen Vorgang wird der erhöhte Hydraulikdruck über die Hydraulik-Öffnung 42 dem Hauptkolben 92 bereitgestellt. Gleichzeitig zu diesem Vorgang wird die spindelabgewandte Arbeitskammer 12 über die erste Hydraulik-Öffnung 44 und das Ventil V3 entlastet, damit das eingeschlossene Hy- draulikvolumen die Bewegung der voreilenden Kolbenstange 32 nicht behindert. Während des Setzvorgangs fließt weiterhin Hydraulik über den ersten Hydraulikanschluss 96 ab.
Nach Beendigung des Setzvorgangs und bei noch anliegendem maximalen Hydraulikdruck am Hauptkolben 92 wird der Hydraulikdruck am dritten Hydraulikanschluss 95 noch einmal erhöht, um den Niederhalter gegen die Bauteile zu drücken. Dieser Druck für den Niederhalter wird bevorzugt durch den Druckübersetzer 66 und/oder den Hydraulik-Druck- Volumen- Speicher 62 bereitgestellt.
Nach dem Beenden des Setzvorgangs wird das Ventil VI umgeschaltet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Nun bewegt der Spindeltrieb 50, 52, 54 den Kolben 20 derart, dass die spindelzugewandte Arheitskammer 14 verkleinert wird. Dabei wird Hydraulik über die zweite Hydraulik-Öffnung 46 ausgeschoben und dem ersten Hydraulikanschluss 96 zugeführt. Die zugeführte Hydraulik bewegt den Hauptkolben 92 und somit auch den Stempel von der Fügestelle weg. Bei dieser Bewegung des Hauptkolbens 92 wird ebenfalls der Niederhalterkolben 94 über den Mitnehmer mitgeschleppt. Entsprechend wird bei dieser Bewegung des Hauptkolbens 92 und des Niederhalterkolbens 94 Hydraulik über den zweiten 97 und den dritten Hydraulikanschluss 95 abgegeben. Die abgegebene Hydraulik wird durch den Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher 62 aufgenommen. Nach erfolgter Rückstellung des Kolbens 20 im Hydraulikantrieb 1 kann ein erneuter Setzvorgang beginnen.
Unabhängig von der oben beschriebenen Reihenfolge und dem oben beschriebenen Aufbau des Setzgeräts 90 können der oder die Kolben-Zylinder-Antriebe eines Setzgeräts in beliebiger Reihenfolge mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs 1 angesteuert werden. In gleicher Weise ist es optional, die dargestellten Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher 62, 64, den Druckübersetzer 66, die Ventile VI, V2, V3 und V4 sowie die nicht näher erläuterten Drucksensoren P/U einzusetzen.

Claims

Elektromotorischer Hydraulikantrieb (1) für eine mit Hydraulik betreibbare Komponente (90), insbesondere für ein Setzgerät, der die folgenden Merkmale aufweist: a. einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, während b. die spindelabgewandte Arbeitskammer eine (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) und die spindelzugewandte Arbeitskammer (14) eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) aufweist, so dass c. die Komponente (90) mit dem Hydraulikantrieb (1) verbindbar und mit einem definierten Hydraulikdruck und/oder Hydraulikvolumen über die erste (44) und/oder die zweite Hydraulik-Öffnung (46) betreibbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 1, dessen Kolben (20) eine voreilende Kolbenstange (32) innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer (12) aufweist, mit der über die Bewegung des Kolbens (20) in einen bezogen auf deren Durchmesser verjüngten Bereich (16) der spindelabgewandten Arbeitskaramer (12) eingreifbar ist, während der verjüngte Bereich (16) eine dritte Hydraulik-Öffnung (42) aufweist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kolben (20) mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, in deren Inneren die Spindel (50) derart angeordnet ist, dass die Kolbenstange (30) mit Kolben (20) geradlinig bewegbar ist.
Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 3, dessen Kolbenstange (30) über den Kolben (20) hinaus in die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) vorsteht und eine voreilende Kolbenstange (32) bildet.
Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit mindestens einem Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher (62, 64) verbunden ist, so dass während des Betriebs des Hydraulikantriebs (1) Hydraulikvolumen kontrolliert zu und/oder abfuhrbar ist.
6. Hydraulikantrieb (1) gemäß Anspruch 5, dessen mindestens ein Hydraulik-Druck- Volumen-Speicher (62, 64) auf einen definierten Druck mittels eines Gasvolumens vorgespannt oder auf veränderliche Drücke mittels eines steuerbaren pneumatischen Druckerzeugers vorspannbar ist.
7. Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem eine Auswahl der Hydraulik-Öffnungen (42, 44, 46) mit mindestens einem umschaltbaren Ventil oder
Ventilblock (VI, V3) verbunden sind.
8. Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen zuschaltbaren pneumo-hydraulischen Druckübersetzer (66) umfasst, so dass ein über den Hy- draulikantrieb (1 ) hergestellter Hydraulikdruck in einer Leitung aufrechterhaltbar ist, auch wenn der Hydraulikantrieb (1) von der Leitung getrennt wird,
9. Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der nach Verbindung mit der mit Hydraulik betreibbaren Komponente (90) ein geschlossenes Hydrauliksystem darstellt.
10. Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der vollständig und Platz sparend auf einer Konsole (70) installierbar ist, die an einem Roboter (80), vorzugsweise für Setzgeräte (90), befestigbar ist.
11. Hydraulisch betreibbare Komponente (90) in Verbindung mit einem Hydraulikantrieb (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 11 , die ein hydraulisch be- triebenes Setzgerät umfasst, mit dem Fügeelemente in mindestens ein Bauteil einbringbar sind, insbesondere ein Nietsetzgerät.
13, Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 12, die an einem bewegbaren Roboter (80) gemeinsam mit dem Hydraulikantrieb (1) befestigt ist.
14. Hydraulisch betreibbare Komponente (90) gemäß Anspruch 11, die ein mobiles Handgerät darstellt, dessen Hydraulikantrieb (1) separat vom Handgerät, vorzugsweise bewegbar, positionierbar ist.
15. Verfahren zum Bereitstellen eines definierten Hydraulikdrucks und/oder -volumens mit Hilfe eines Hydraulikantriebs (1), der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, in dem die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) aufweist, während das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Drehen (A) der Spindel (50) und b. Bewegen (B) des Kolbens (20) derart, dass die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung (44) anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik- Öffnung (44) abgegeben wird.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15, das den weiteren Schritt aufweist: c. Aufnehmen (D) eines Hydraulikvolumens in der spindelzugewandten Arbeitskammer (14) über eine zweite Hydraulik- Öffnung (46) durch die Bewegung des Kolbens (20), insbesondere gleichzeitig zu Schritt b.
17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Kolben (20) des Hydraulikantriebs (1) eine voreilende Kolbenstange (32) innerhalb der spindelabgewandten Arbeitskammer (12) aufweist, die einen bezogen auf ihren Durchmesser verjüngten Bereich (16) passend zur voreilenden Kolbenstange (32) umfasst, während das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: Bewegen (E) der voreilenden Kolbenstange (32) in den verjüngten Bereich (16),
Erzeugen eines definierten Hydraulikdrucks in dem verjüngten Bereich und an einer dritten Hydraulik-Öffnung (42) und/oder Abgeben eines Hydraulikvolumens über die dritte Hydraulik- Öffnung (42) und
Entlasten (G) der Spindel zugewandten Arbeitskammer (12) über die erste Hydraulik- Öffnung (44), so dass die Bewegung der voreilenden Kolbenstange (32) in den verjüngten Bereich (16) nicht behindert wird.
18. Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Setzgeräts (90) mit Hilfe eines Hydraulikantriebs (1), der die folgenden Merkmale aufweist: einen hydraulischen Zylinder (10) mit einem Kolben (20), der innerhalb des hydraulischen Zylinders (10) über eine Drehbewegung einer elektrisch angetriebenen Spindel (50) geradlinig bewegbar ist und der den Zylinder (10) in eine spindelabgewandte (12) und eine spindelzugewandte Arbeitskammer (14) unterteilt, während die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) eine erste Hydraulik-Öffnung (44) aufweist und das Setzgerät (90) zumindest einen ersten Kolben-Zylinder-Antrieb (91, 92) für einen Setzstempel umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bewegen des Kolbens (20) mit Hilfe der Spindel (50) derart (Sl), dass die spindelabgewandte Arbeitskammer (12) verkleinert und ein definierter Hydraulikdruck an der ersten Hydraulik-Öffnung (44) anliegt und/oder ein definiertes Hydraulikvolumen über die erste Hydraulik-Öffnung (44) abgegeben wird, und b. Verbinden der ersten Hydraulik-Öffnung (44) mit dem ersten hydraulischen Kolben- Zylinder-Antrieb (91, 92) des Setzstempels (S2), so dass der Setzstempel eine Zustellbewegung zu einer Fügestelle durchfuhrt.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, das den weiteren Schritt aufweist: Verbinden der ersten HydrauHk-Öf ung (44) mit einem zweiten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antrieb (93, 94) eines Niederhalters des Setzgeräts (90) (S3), so dass der Niederhalter eine Zustellbewegung zur Fügestelle durchfuhrt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 19, das den weiteren Schritt aufweist:
Aufnehmen von Hydraulik aus dem ersten (90, 91) und/oder zweiten Kolben- Zylinder- Antrieb (93, 94) von Setzstempel und oder Niederhalter in der spindelzugewandten Arbeitskammer (14) über eine zweite Hydraulik-Öffnung (46) (S4).
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, das den weiteren Schritt aufweist:
Bewegen des Kolbens (20) mit Hilfe der Spindel (50) derart, dass die spindelzugewandte Arbeitskammer (14) verkleinert wird (S5), und
Zurückstellen des Setzstempels und/oder des Niederhalters über die zweite Hydraulik-Öffnung (46) und Zufuhr von Hydraulik zum Setzgerät (90) (S6).
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, das den weiteren Schritt aufweist:
Einspeisen von Hydraulik aus oder Aufnehmen von Hydraulik in mindestens einem Hydraulik-Druck-Volumen-Speicher (62, 64), so dass der Hydraulikantrieb (1) und/oder das Setzgerät (90) ausreichend mit Hydraulik versorgt sind.
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