WO2017186712A1 - Hydraulische achse für eine presse - Google Patents

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WO2017186712A1
WO2017186712A1 PCT/EP2017/059785 EP2017059785W WO2017186712A1 WO 2017186712 A1 WO2017186712 A1 WO 2017186712A1 EP 2017059785 W EP2017059785 W EP 2017059785W WO 2017186712 A1 WO2017186712 A1 WO 2017186712A1
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cylinder
hydraulic machine
piston
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Harry FELIX
Manfred Mitze
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Robert Bosch Gmbh
M A E Maschinen- Und Apparatebau Götzen Gmbh
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    • F15B2211/864—Failure of an output member, e.g. actuator or motor failure
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/87—Detection of failures

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic axle for a press according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for monitoring such a hydraulic axis.
  • EN 693 for hydraulic presses for cold working of metals EN 12622 for press brakes, EN 289 for plastic and rubber presses or EN 201 for injection molding machines.
  • ISO 13849 controls are required that meet Category 3 or 4 and Performance Levels (PL) PLd or PLe. So far, these regulations are usually implemented by hydraulic cylinders and machines for the applications mentioned are driven by constant-speed asynchronous motors and electrically controlled directional and safety valves.
  • WO 2010/020427 discloses a cylinder of an axle with a suspended load. This has a piston that separates two cylinder chambers in the cylinder. To a respective cylinder chamber, a hydraulic pump for supplying and discharging pressure medium is connected. A respective hydraulic pump is each of an electric motor driven. A rotational speed and a direction of rotation of a respective electric motor can be controlled via a converter.
  • DE 10 2009 058 408 A1 shows a hydraulic axis with an approximately vertically extending cylinder with a suspended load.
  • the cylinder in this case has a piston from which a piston rod extends vertically downwards and which separates a cylinder space in the cylinder from an annular space.
  • safety valves separate the cylinder from a hydraulic power supply and additionally block connections to its annulus (outlet side). The blocking of the annular space is required to build up a braking force.
  • a control electronics is provided for the hydraulic power supply, via which the power supply is used only in the normal operating state, if
  • a disadvantage of the known axes is that to achieve the requirements in terms of PLe and category 4, a high device complexity
  • the invention has for its object to provide a hydraulic axis that meets high safety requirements and / or increased safety level compared to the prior art and device technology is designed simply and inexpensively. Furthermore, it is an object of the invention to provide a simple method for a hydraulic axle, with which the safety is increased. This object is achieved with respect to the hydraulic axis according to the features of claim 1 and with respect to the method according to the features of
  • the hydraulic axis has at least one cylinder or press cylinder. This has a piston which separates two cylinder chambers from each other. Furthermore, at least one hydraulic machine is provided, which can preferably be used as a hydraulic pump and hydraulic motor. The hydraulic machine is in this case fluidly connected to one of the cylinder chambers, wherein the cylinder over the
  • Hydraulic machine is hydraulically actuated.
  • the hydraulic machine can be variable in speed, in particular in both directions of rotation, driven and / can be pivoted, in particular souschwenkbar be.
  • the hydraulic machine can be used in a four-quadrant operation.
  • the hydraulic machine in addition to the actuation of the cylinder, the hydraulic machine additionally assumes at least one safety-relevant function.
  • This solution has the advantage that it is possible to dispense with hydraulic components by taking over safety-relevant functions from the hydraulic machine and its drive.
  • a control device which controls the hydraulic machine such that it functions as a safety function of a
  • Pressure relief valve takes over.
  • the control device controls the hydraulic machine in such a way that it can handle the
  • the hydraulic machine is controlled such that a pressure relief valve and / or suction valve is no longer necessary / are.
  • the function of the pressure relief valve - preferably by a pressure regulator for the hydraulic machine - and / or the Suction valve - preferably by a pressure regulator for the hydraulic machine - for a flow path between the hydraulic machine and the cylinder chamber
  • Suction valve leads to a simple piping. Furthermore, it is no longer necessary to monitor such valves.
  • control device in a further embodiment of the invention, a particular hydraulic or electronic pressure regulator for the
  • Hydromaschine or it is provided in addition to the control device, a pressure regulator.
  • This preferably acts in one or both directions of conveyance of the hydraulic machine.
  • the function of the hydraulic machine as a pressure limiting valve and / or suction valve device can be easily executed.
  • the pressure regulator may keep a predetermined pressure substantially constant
  • the pressure regulator can also compensate for fluctuating oil flows of the pump to the cylinder chamber, which, for example, in a compression and decompression of the
  • Cylinders can arise. If several hydraulic machines are provided, then at least one of the hydraulic machines is adjustably equipped with a pressure regulator. Due to the adjustability of the hydraulic machine and the equipment with the pressure regulator is advantageous in that an adaptation of fluid quantities to a
  • Cylinder geometry is ensured, which further contributes to the fact that no load-holding valve - which can be dispensed with in particular when using an inverter - and / or no Nachsaugventil and / or no pressure relief valve is required.
  • a dynamics of the pressure regulator is preferably designed for the intended system function ,
  • one or more system parameters of the hydraulic machine and / or a drive chain from the hydraulic machine (including the drive) to the cylinder are monitored by at least one sensor. It can thus be a mechanical Load capacity or load rigidity of the, in particular hydraulic, range from
  • Cylinder to the hydraulic machine or the hydraulic machine to be monitored and reproduced If necessary, then, in particular by appropriate control of the hydraulic machine, intervene. This contributes to the fact that no load-holding valve and / or suction valve and / or pressure relief valve must be provided. In particular, the monitoring is performed by the control device.
  • Leakage monitoring ensures that in particular a leakage of
  • Hydraulic machine does not rise so far that this is no longer able to
  • the leakage of the hydraulic machine and / or other unwanted leaks such as due to worn cylinder or piston seals occurring leakage can be found). It is further conceivable, for example, to allow a leakage in which the piston is maximally at a speed of e.g. 2 mm / s drops.
  • the cylinder is designed such that it can be used for a suspended / pulling load, wherein the hydraulic machine can be connected to the decreasing when lowering the load cylinder space.
  • the hydraulic machine can be connected to the decreasing when lowering the load cylinder space.
  • Cylinder space no or at most provided a load-holding valve.
  • no or at most one suction valve may be arranged in the flow path between the hydraulic machine and the cylinder space.
  • no or at most one valve is arranged in the flow path between the hydraulic machine and the cylinder space via which the
  • Flow path with a drain or tank is connectable.
  • no or highest pressure relief valve is arranged in the flow path between the hydraulic machine and the cylinder space.
  • the hydraulic machine is designed and / or designed and / or is controlled by the control device such that on the one hand, an outlet-side pressure or pressure, in the cylinder space, via which the piston can be acted upon with pressure medium in the retraction, can be safely controlled and limited and On the other hand, damage to the hydraulic machine is avoided by cavitation.
  • the suction valve is defective, for example, in that it does not close or does not completely close, for example, the hydraulic machine is bypassed as a safety-relevant component.
  • an additional valve for the safe shut-off of the decreasing cylinder space when lowering the load is necessary.
  • the control device for the hydraulic machine is thus capable of or so precisely metering a quantity of pressure medium on the side of the cylinder chamber (exhaust side) decreasing when the load is lowered, so that an after-suction valve is not required.
  • Cylinder rod and pressing load are monitored in the drive chain and / or in the hydraulic machine.
  • system parameters are monitored in the drive chain and / or in the hydraulic machine.
  • the monitoring can detect wear in good time and take appropriate measures before failure occurs.
  • a sensor may in this case be provided in the form of a rotary encoder for the hydraulic machine or for the drive shaft of the hydraulic machine.
  • at least one motor is provided for driving the hydraulic machine and a sensor in the form of a rotary encoder for the motor is arranged.
  • a monitored system parameter or monitored system parameters may then be a sensor signal of the sensor or
  • an engine brake for one or the engine or other engines can be provided. This is preferably monitored by a sensor or is designed as an intrinsically safe brake.
  • the engine brake leads, especially in large hanging / pulling loads, to an increase in
  • Monitoring the drive chain can be extended. Alternatively or additionally, it may be provided to arrange a brake on the hydraulic machine or on the drive shaft of the engine or the hydraulic machine.
  • a sensor for measuring a pivot angle of the hydraulic machine is provided.
  • a sensor for measuring a, in particular actual, speed or movement of the piston of the cylinder can be provided. It is conceivable that the monitoring of the drive chain and / or the hydraulic machine takes place continuously or cyclically.
  • Hydromachine driving motor is preferably provided a control device or a converter, which may be part of the control device, is provided, whereby in particular a direction of travel and a speed of the cylinder are controllable. If the control device or the converter controls the motor, it can
  • a speed and / or direction of rotation of the motor to be controlled may be controlled.
  • the controller and / or the inverter may / may have security features
  • Safety functions of the control device or inverter preferably can always be switched on or remain operational, whereby he leakage on the outlet side, in particular in the hydraulic machine, which is connected to the decreasing when lowering the cylinder space, can compensate automatically.
  • the inverter with the integrated safety functions can monitor unwanted movement of the cylinder and leakage.
  • a displacement volume of the cylinder or a cylinder surface piston speed is preferably compared with a flow rate of the hydraulic machine or an engine speed ⁇ hydraulic machine displacement volume. It can thereby be detected leakage of the hydraulic machine and also a leakage of the cylinder.
  • a system parameter in the form of a drive torque of the hydraulic machine is monitored or measured, for example via a sensor.
  • a wear of mechanical components of the hydraulic machine can be monitored and it offers the opportunity, for example, an operator, a necessary replacement of affected components before, especially long before, indicate a total failure. This in turn allows planned maintenance and increased safety levels.
  • a pump pressure ⁇ a pump displacement volume can be monitored. In other words, it is possible because of leakage of the hydraulic machine and the cylinder
  • the (first) hydraulic machine which is connected with a machine connection to the (first) cylinder chamber, which reduces in size when the load is lowered, is connected to a tank via its further machine connection.
  • pressure medium can be conveyed from the tank via the hydraulic machine to the cylinder space, and conversely, pressure medium flow from the cylinder space to the tank.
  • a further (second) hydraulic machine is additionally arranged in the flow path between the tank and a (second) cylinder space of the cylinder, which increases when the load is lowered or via which the piston can be acted upon with pressure medium in the extension direction.
  • Pressure medium can then be conveyed from the tank into the second cylinder space via the second hydraulic machine, and conversely, pressure medium can flow from the second cylinder space via the hydraulic machine to the tank.
  • a respective hydraulic machine is connected on the one hand to the cylinder and on the other hand to the tank.
  • the hydraulic machines are device-driven simply via a common drive shaft.
  • the cylinder is designed and used for a suspended load.
  • a longitudinal axis of the cylinder can be approximately in Extend vertical direction.
  • the cylinder is designed as a differential cylinder, wherein the cylinder has a piston whose piston rod extends approximately vertically in the downward direction.
  • the piston can limit one or the first cylinder chamber on its piston side facing the piston rod and one or the second cylinder chamber on its side facing away from the piston rod side piston side.
  • the cylinder is designed as a rapid traverse cylinder.
  • the piston can then be acted upon in the extension direction via a first and second pressure surface with pressure medium.
  • the first pressure surface or both pressure surfaces may be connected to the hydraulic machine.
  • rapid traverse in the extension direction of the piston rod is preferably made possible by its own weight, for example by a mass of the piston with its piston rod and / or by additional masses connected to the piston.
  • an after-suction valve is advantageously connected to the (second) cylinder space, which increases in the extension direction of the piston.
  • the valve body of the Nachsaugventils is then biased for example via a spring in the closing direction. It may additionally include a valve, in particular a
  • Switching valve be provided that in rapid traverse under its own weight a connection to a control line, which is provided for controlling the Nachsaugventils, and the (first) cylinder chamber, which decreases in the extension direction of the piston, auf Strukturt.
  • the valve can control the connection and in this case, for example, relieve the control line to the tank.
  • the (first) cylinder chamber is not connected to the tank, but only with the control line.
  • the valve is in this case via a feed line with the flow path between the (first)
  • a throttle may be arranged.
  • a pressure limiting valve is provided, which is connected to the side of the cylinder, from the pressure medium during retraction of the piston rod flows.
  • the pressure limiting valve is connected, for example, with the second cylinder chamber.
  • the converter or the control device is used to control a direction of travel of the cylinder and a speed of the cylinder.
  • the converter or the control device with the integrated safety function can then increase the pressure in the extension direction of the piston (second)
  • Hydromachine can drive via the drive shaft allows. As a result, a force build-up over the second cylinder chamber according to PLc without further
  • Occurring leakage in the drive chain through the at least one hydraulic machine is preferably continuously or continuously or at any time compensated.
  • Weight compensation in particular of the piston, provided.
  • a hydraulic filter for one side or can be provided for both sides of the cylinder, a hydraulic filter.
  • the controller or a controller with increasing leakage indicates an exchange of wear parts to reduce this leakage, especially before the leakage a professional
  • Safety-related limit reached In order to monitor a mechanical wear of the hydraulic machine or hydraulic machines, it may be provided to detect a drive torque of the hydraulic machine or of a respective hydraulic machine, in particular via a sensor.
  • Temperature of the pressure medium in particular via a sensor, and / or as
  • Hydromachine housing in particular via a sensor, and / or as
  • Hydromachines in particular via a sensor, and / or as a system parameter noise or noise properties of the hydraulic machine or hydraulic machines, in particular via a sensor to monitor.
  • the monitoring is preferably carried out continuously or cyclically.
  • Machine control and the state of safety-related components are monitored. This is not only a failure of safety-related components are recognized, but by monitoring the behavior change already in advance a corresponding error message can be generated. This can significantly reduce the consequences of a system failure. It is particularly advantageous that the most important system parameters can be detected with sensors that are present anyway, so that there is no additional effort on the hardware side.
  • a method for monitoring a hydraulic axis according to one or more of the preceding aspects is provided.
  • a stopping of a motor driving the at least one hydraulic machine is initially provided, which takes place regularly or at regular time intervals or cyclically.
  • Connection is for example a movement of the piston of the cylinder
  • the monitoring method is carried out, for example, regularly after a predetermined number of strokes, in particular automatically.
  • the process is carried out under reproducible circumstances.
  • a pivoting angle of the hydraulic machine or of the hydraulic machines in the implementation of the method is the same or substantially the same.
  • the piston may also be arranged in a predetermined position.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a hydraulic axis according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows a sequence of a method according to the invention.
  • a press with a hydraulic axis 1 is shown.
  • This has a cylinder 2 in the form of a differential cylinder, which is actuated via a first and second hydraulic machine 4, 6.
  • the hydraulic machines 4, 6 are in this case jointly driven by a motor 8.
  • the motor 8 is connected to a common drive shaft of the hydraulic machines 4, 6 via a gear 10.
  • the cylinder 2 has a piston 12 which separates a cylinder chamber 14 or second cylinder chamber from an annular cylinder chamber 16 or first cylinder chamber.
  • the cylinder chamber 16 is formed by a piston rod 18 which extends approximately in the vertical direction from the piston 12 and projects downwards out of the cylinder 2. With its piston surface pointing away from the piston rod 18, the piston 12 delimits the cylinder chamber 14.
  • the first cylinder chamber 16 is connected via a flow path 20 to a connection of the first hydraulic machine 4. This is further connected to a tank 22. Pressure medium can thus be conveyed into the first cylinder chamber 16 or discharged from it via the first hydraulic machine 4.
  • the second cylinder chamber 14 is connected to a port of the second hydraulic machine 6, which is also also in communication with the tank 22.
  • pressure medium can be conveyed from the second hydraulic machine 6 from the tank 22 to the second cylinder chamber 14 and discharged via the second hydraulic machine 6 into the tank 22.
  • the hydraulic machines 4, 6 are variable speed driven with adjustable
  • Flow path 20 are arranged.
  • Hydraulic machine 6 a Nachsaugventil 26 is connected according to Figure 1, which is connected to the tank 22. Furthermore, a pressure limiting valve 28 which opens toward the tank 22 is connected to the flow path 24.
  • a movement of the piston rod 18 is via a safe or redundant
  • Encoder 29 detects that is connected to a converter 30 with integrated safety functions. This is further electrically connected to the motor 8. A Thebwelle 31 of the motor 8, which is connected to the transmission 10, can be braked via a brake 32.
  • control device 33 is shown in FIG.
  • Control lines to the motor 8 and to the hydraulic machines 4 and 6 is connected, wherein the inverter 30 may be part of the control device 33.
  • Controller 33 may be connected to one or more of the sensors for acquiring the system parameters.
  • the control device 33 which further has a respective pressure regulator for the hydraulic machines 4 and 6, thus, for example, no pressure relief valve for the flow path 20 is necessary because a desired pressure in the flow path 20 via the pressure regulator for the hydraulic machine 4 in
  • a suction valve connected to the flow path 20, in particular for the hydraulic machine 4 can likewise be dispensed with, since a state in which the hydraulic machine 4 would have to draw in pressure medium from the tank 22 no longer occurs by the control device 33.
  • a drive shaft 34 of the hydraulic machines 4, 6 is shown. This is not connected via a transmission, but via a coupling 36 with the drive shaft 31 of the motor 8.
  • a pressure regulator 38, 40 is shown for a respective hydraulic machine 4, 6.
  • a mass 42 is shown, which is attached to the piston rod 18. From the flow path 20 branches off, according to Figure 1, no valve, with a connection to the tank 22 is alsêtbar. According to FIG. 2, however, a switching valve 44 is connected to the flow path 20 via a throttle 46. With the switching valve 44, the flow path 20 with a
  • Control line 48 are connected, which is connected to a suction valve 50. Furthermore, with the switching valve 44, the connection of the flow path 20 to the control line 48 can be shut off, and in this case the control line 48 connected to the tank 22.
  • the switching valve 44 can be actuated, for example via an electromagnetic actuator.
  • the suction valve 50 is connected to the second cylinder chamber 14, that is connected to the flow path 24. It can be controlled via the control line 48 when it is connected via the switching valve 44 to the flow path 20, so that the piston 12 can be moved in rapid traverse under its own weight by pressure fluid from the tank 22 via the suction valve 50 is sucked.
  • the Suction valve 50 has a valve body 52 which is biased by a spring in a closed position.
  • the control device 33 is shown in FIG.
  • the pressure regulators 38, 40 may be part of the control device 33.
  • Rapid traverse cylinder 54 a blind hole 55 is introduced into the piston 12 and into the piston rod 18 approximately coaxially with the longitudinal axis thereof from the second cylinder chamber 14.
  • a housing rod 56 which is fixed to the housing bottom of the rapid traverse cylinder 54.
  • the second cylinder chamber 14 is annularly bounded by the housing rod 56.
  • the housing rod 56 then delimits a third cylinder space 58 in the blind bore 55 at the front.
  • a flow path 60 extends through the housing rod 56 and ends in the flow path 24, with which it is connected to the second hydraulic machine 6.
  • a switching valve 62 is arranged, with which a
  • Hydromachine 6 is provided. Thus, via the second hydraulic machine 6
  • FIG. 3 shows the control device 33.
  • a first step 64 in this case the motor 8 is stopped, and in a second step 66 a movement of the piston 12 is measured.
  • a hydraulic axle with a cylinder having a piston. This separates a first cylinder chamber from a second cylinder chamber. About the first cylinder chamber of the piston in the retraction of a piston rod attached to the piston can be acted upon with pressure medium.
  • a hydraulic machine is connected to the first cylinder chamber. In the flow path between the hydraulic machine and the first cylinder chamber in this case no valve is provided, the one Can connect pressure fluid to a drain or tank. In particular, no pressure relief valve or suction valve or load-holding valve is provided.
  • the hydraulic machine in addition to the operation of the cylinder additionally assumes at least one safety-related function for the hydraulic axis.

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Achse mit einem Zylinder, der einen Kolben aufweist. Dieser trennt einen ersten Zylinderraum von einem zweiten Zylinderraum. Über den ersten Zylinderraum ist der Kolben in Einfahrrichtung einer an dem Kolben befestigten Kolbenstange mit Druckmittel beaufschlagbar. An den ersten Zylinderraum ist eine Hydromaschine angeschlossen. Im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem ersten Zylinderraum ist hierbei kein Ventil vorgesehen, das eine Druckmittelverbindung zu einem Ablauf oder Tank herstellen kann. Insbesondere ist kein Druckbegrenzungsventil oder Nachsaugventil oder Lasthalteventil vorgesehen. Die Hydromaschine neben der Betätigung des Zylinders übernimmt zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion für die hydraulische Achse.

Description

Hydraulische Achse für eine Presse
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Achse für eine Presse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer derartigen hydraulischen Achse.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind elektro-hydraulische Achsen bekannt, die in
Maschinen und Anlagen für verschiedenste Anwendungen verwendet werden. Bei vielen Einsatzfällen müssen diese Antriebe hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, insbesondere bei hydraulischen Pressen, Spritzgießmaschinen, Scheren,
Richtmaschinen, Fertigungs- und Montageeinrichtungen oder Walzwerken. Aufgrund des Gefährdungspotenzials, die von derartigen Achsen ausgehen, sind für viele diese Maschinengattungen eigene Sicherheitsnormen veröffentlicht worden, wie
beispielsweise die EN 693 für hydraulische Pressen zur Kaltbearbeitung von Metallen, die EN 12622 für Abkantpressen, die EN 289 für Kunststoff- und Gummipressen oder die EN 201 für Spritzgießmaschinen. Für die meisten Anwendungen sind nach ISO 13849 Steuerungen erforderlich, die die Kategorie 3 oder 4 und Performance Levels (PL) PLd oder PLe erfüllen. Bisher werden diese Vorschriften üblicherweise realisiert, indem Hydraulikzylinder und -maschinen für die genannten Anwendungen durch mit konstanter Drehzahl betriebenen Asynchron-Motoren und elektrisch gesteuerten Richtungs- und Sicherheitsventilen angetrieben werden.
Die WO 2010/020427 offenbart einen Zylinder einer Achse mit einer hängenden Last. Dieser hat einen Kolben, der im Zylinder zwei Zylinderräume voneinander trennt. An einen jeweiligen Zylinderraum ist eine Hydropumpe zur Zu- und Abfuhr von Druckmittel angeschlossen. Eine jeweilige Hydropumpe ist jeweils von einem Elektromotor angetrieben. Eine Drehzahl und eine Drehrichtung eines jeweiligen Elektromotors sind über einen Umrichter steuerbar.
In der WO 2012/1 10259 sind zwei von einem Kolben getrennte Zylinderräume eines Zylinders jeweils mit einer Hydropumpe verbunden. Die Hydropumpen sind über eine gemeinsame Triebwelle von einem Elektromotor angetrieben.
Die DE 10 2009 058 408 A1 zeigt eine hydraulische Achse mit einem sich etwa in Vertikalrichtung erstreckenden Zylinder mit einer hängenden Last. Der Zylinder hat hierbei einen Kolben, von dem aus eine Kolbenstange sich vertikal nach unten erstreckt und der im Zylinder einen Zylinderraum von einem Ringraum trennt. Bei Bedarf trennen Sicherheitsventile hierbei den Zylinder von einer hydraulischen Energieversorgung und sperren zusätzlich Anschlüsse zu seinem Ringraum (Auslassseite) ab. Die Absperrung des Ringraums ist erforderlich, um eine Bremskraft aufzubauen. Für die hydraulische Energieversorgung ist des Weiteren eine Ansteuerelektronik vorgesehen, über die die Energieversorgung erst dann im normalen Betriebszustand eingesetzt ist, wenn
Freigabesignale der Sicherheitsventile vorliegen.
Nachteilig bei den bekannten Achsen ist, dass zum Erreichen der Anforderungen hinsichtlich PLe und Kategorie 4 ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand
vorgesehen werden muss. Insbesondere ist es notwendig Druckbegrenzungsventile und Nachsaugventile fluidisch an die Zylinderräume und/oder die Hydromaschinen anzuschließen oder bei einem Einsatz des Zylinders als vertikale Achse
Hochhalteventile und Sicherheitsventile vorzusehen.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Achse zu schaffen, die hohen Sicherheitsanforderungen genügt und/oder ein Sicherheitsniveau im Vergleich zum Stand der Technik erhöht und vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren für eine hydraulische Achse zu schaffen, mit dem die Sicherheit erhöht wird. Diese Aufgabe wird hinsichtlich der hydraulischen Achse gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Achse für eine Presse oder eine
elektrohydraulische Achse oder eine Presse, insbesondere eine Richtpresse oder Umformpresse vorgesehen. Die hydraulische Achse hat zumindest einen Zylinder oder Presszylinder. Dieser weist einen Kolben auf, der zwei Zylinderräume voneinander trennt. Des Weiteren ist zumindest eine Hydromaschine vorgesehen, die vorzugsweise als Hydropumpe und Hydromotor einsetzbar ist. Die Hydromaschine ist hierbei mit einem der Zylinderräume fluidisch verbunden, wobei der Zylinder über die
Hydromaschine hydraulisch betätigbar ist. Die Hydromaschine kann drehzahlvariabel, insbesondere in beide Drehrichtungen, angetrieben sein und/ kann verschwenkbar, insbesondere durchschwenkbar, sein. Insbesondere ist die Hydromaschine in einem Vierquadrantenbetrieb einsetzbar. Vorteilhafterweise übernimmt die Hydromaschine neben der Betätigung des Zylinders zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf hydraulischen Bauteile verzichtet werden kann, indem von der Hydromaschine und ihrer Antrieb sicherheitsrelevante Funktionen übernehmbar sind.
Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Hydromaschine derart ansteuert, dass diese als Sicherheitsfunktion die Funktion eines
Druckbegrenzungsventils übernimmt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung die Hydromaschine derart ansteuert, dass diese die
Funktion eines Nachsaugventils übernimmt. Somit ist die Hydromaschine derart angesteuert, dass ein Druckbegrenzungsventil und/oder Nachsaugventil nicht mehr notwendig ist/sind. Insbesondere kann die Funktion des Druckbegrenzungsventils - vorzugsweise durch einen Druckregler für die Hydromaschine - und/oder des Nachsaugventils - vorzugsweise durch einen Druckregler für die Hydromaschine - für einen Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum
übernommen werden. Dies hat den Vorteil, dass auf ein Nachsaugventil und/oder ein Druckbegrenzungsventil verzichtet werden kann. Hierdurch können mögliche
fehlerbehaftete Abflüsse, mit Ausnahme der Hydromaschine, aus dem Ablaufpfad oder Auslass, also aus dem Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem
Zylinderraum möglichst entfernt werden. Außerdem sinkt ein vorrichtungstechnischer Aufwand, da ein fehlendes Druckbegrenzungsventil und/oder ein fehlendes
Nachsaugventil zu einer einfachen Verrohrung führt. Des Weiteren ist es nicht mehr erforderlich, derartige Ventile zu überwachen.
Bevorzugterweise hat die Steuervorrichtung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einen, insbesondere hydraulischen oder elektronischen Druckregler für die
Hydromaschine oder es ist neben der Steuervorrichtung ein Druckregler vorgesehen. Dieser wirkt vorzugsweise in eine oder beide Förderrichtungen der Hydromaschine. Hierdurch kann die Funktion der Hydromaschine als Druckbegrenzungsventil und/oder Nachsaugventil vorrichtungstechnisch einfach ausgeführt werden. Der Druckregler kann beispielsweise einen vorgegebenen Druck im Wesentlichen konstant halten,
insbesondere im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum. Der Druckregler kann zudem schwankende Ölströme der Pumpe zum Zylinderraum ausgleichen, die beispielsweise bei einer Kompression und Dekompression des
Zylinders entstehen können. Sind mehrere Hydromaschinen vorgesehen, so ist zumindest eine der Hydromaschinen verstellbar mit einem Druckregler ausgestattet. Durch die Verstellbarkeit der Hydromaschine und der Ausstattung mit dem Druckregler ist vorteilhaft, dass hierdurch eine Anpassung von Fluidmengen an eine
Zylindergeometrie gewährleistet ist, was weiter dazu beiträgt, dass kein Lasthalteventil - auf das insbesondere bei einem Einsatz eines Umrichters verzichtet werden kann - und/oder kein Nachsaugventil und/oder kein Druckbegrenzungsventil benötigt wird.. Eine Dynamik des Druckreglers ist vorzugsweise für die vorgesehene Anlagenfunktion ausgelegt.
Weiter vorzugsweise ist ein oder sind mehrere Systemparameter der Hydromaschine und/oder einer Antriebskette von der Hydromaschine (einschließlich Antrieb) bis zum Zylinder durch zumindest einen Sensor überwacht. Es kann somit eine mechanische Tragfähigkeit oder Laststeif ig keit der, insbesondere hydraulischen, Strecke vom
Zylinder zur Hydromaschine oder der Hydromaschine überwacht und nachvollzogen werden. Bei Bedarf kann dann, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung der Hydromaschine, eingegriffen werden. Dies trägt dazu bei, dass kein Lasthalteventil und/oder Nachsaugventil und/oder Druckbegrenzungsventil vorgesehen werden muss. Insbesondere erfolgt die Überwachung durch die Steuervorrichtung.
Als überwachter Systemparameter ist insbesondere eine Leckage der Hydromaschine und/oder des Zylinders und/oder der Antriebskette vorgesehen. Durch die
Leckageüberwachung ist sichergestellt, dass insbesondere eine Leckage der
Hydromaschine nicht soweit steigt, dass diese nicht mehr in der Lage ist, den
Zylinderraum, insbesondere den sich beim Absenken einer Last verkleinernden
Zylinderraum (Auslassseite), sicher abzusperren. Durch die Überwachung von verschiedenen Systemparametern werden Schäden und Verschleiß rechtzeitig erkannt und bei Bedarf ein weiterer Betrieb der Hydromaschine der Achse verhindert. Im Stand der Technik konnte es bisher nicht ausgeschlossen werden, dass die Hydromaschine versagt, weswegen zusätzliche Ventile zur sicheren Absperrung der Auslassseite erforderlich waren. Somit übernimmt die Hydromaschine Sicherheitsfunktionen, wodurch Ventile entfallen können, was neben den Material kosten auch den Aufwand für Installation, Energieverbrauch und Instandhaltungskosten reduziert. Die Leckage der Hydromaschine und/oder des Zylinders und/oder der Antriebskette kann beispielsweise regelmäßig durch das untenstehend angeführte Verfahren, insbesondere automatisch, überwacht werden. Somit kann mit der Überwachung der Leckage die Leckage der Hydromaschine und/oder andere unerwünschte Leckagen, wie beispielsweise aufgrund von verschlissenen Zylinder- oder Kolbendichtungen auftretende Leckage, festgestellt werden). Es ist weiter beispielsweise denkbar eine Leckage zuzulassen, bei der der Kolben maximal mit einer Geschwindigkeit von z.B. 2 mm/s absinkt.
Vorzugsweise ist der Zylinder derart ausgestaltet, dass er für eine hängende/ziehende Last einsetzbar ist, wobei die Hydromaschine an den sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum angeschlossen sein kann. Vorteilhafterweise ist im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem
Zylinderraum kein oder höchstens ein Lasthalteventil vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchstens ein Nachsaugventil angeordnet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass alternativ oder zusätzlich im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchstens ein Ventil angeordnet ist, über das der
Strömungspfad mit einem Ablauf oder Tank verbindbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchsten ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
Die Hydromaschine ist derart ausgestaltet und/oder konzipiert und/oder wird von der Steuervorrichtung derart angesteuert, dass einerseits ein auslassseitiger Druck oder ein Druck, in dem Zylinderraum, über den der Kolben mit Druckmittel in Einfahrrichtung beaufschlagbar ist, sicher geregelt und begrenzt werden kann und andererseits eine Beschädigung der Hydromaschine durch Kavitation vermieden ist.
Bei bisherigen Lösungen konnte nicht verhindert werden, dass die Hydromaschine zu viel Druckmittel aus dem sich beispielsweise beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum entnimmt, weswegen ein mit dem Zylinderraum verbundenes
Nachsaugventil zur Vermeidung einer Kavitation im Stand der Technik erforderlich ist. Ist das Nachsaugventil beispielsweise defekt, indem es beispielsweise nicht oder nicht vollständig schließt, so wird die Hydromaschine als sicherheitsrelevantes Bauteil umgangen. Hierdurch ist im Stand der Technik neben dem Nachsaugventil ein zusätzliches Ventil zur sicheren Absperrung des sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraums notwendig. Bei der erfindungsgemäßen Achse ist somit die Steuervorrichtung für die Hydromaschine in der Lage oder derart ausgestaltet, eine Menge von Druckmittel auf Seiten des beim Absenken der Last sich verkleinernden Zylinderraums (Auslassseite) derart genau zu dosieren, dass ein Nachsaugventil nicht benötigt ist.
Denkbar ist auch eine Lösung mit senkrechtem Zylinder, nach oben gerichteter
Zylinderstange und drückende Last. Insbesondere sind bei der Antriebskette und/oder bei der Hydromaschine Systemparameter überwacht. Durch die Auswertung der Systemparameter kann im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik eine höhere Sicherheit erreicht werden, bei denen erst nach einem Ausfall eines Bauteils der Achse, beispielsweise der Hydromaschine, eine Reaktion erfolgt.
Durch die Überwachung kann des Weiteren ein Verschleiß rechtzeitig erkannt und geeignete Maßnahmen unternommen werden, bevor es zu einem Ausfall kommt.
Zudem kann auch eine erhöhte Leckage an der Hydromaschine und/oder am Zylinder rechtzeitig erkannt werden.
Wie vorstehend bereits erläutert, wird die Hydromaschine und/oder die Antriebskette durch einen oder mehrere Sensoren überwacht. Ein Sensor kann hierbei in Form eines Drehgebers für die Hydromaschine oder für die Triebwelle der Hydromaschine vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass zumindest ein Motor zum Antreiben der Hydromaschine vorgesehen ist und ein Sensor in Form eines Drehgebers für den Motor angeordnet ist. Ein überwachter Systemparameter oder überwachte Systemparameter kann/ können dann ein Sensorsignal des Sensors oder
Sensorsignale der Sensoren sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Motorbremse für einen oder den Motor oder weitere Motoren vorgesehen sein. Dieser wird vorzugsweise durch einen Sensor überwacht oder ist als eigensichere Bremse ausgelegt. Die Motorbremse führt, insbesondere bei großen hängenden/ziehenden Lasten, zu einer Erhöhung der
Sicherheit. Mit dem Sensor der Motorbremse kann auch vorteilhafterweise die
Überwachung der Antriebskette erweitert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein eine Bremse an der Hydromaschine oder an der Triebwelle des Motors oder der Hydromaschine anzuordnen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass ein Sensor zur Messung eines Schwenkwinkels der Hydromaschine vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensor zur Messung einer, insbesondere tatsächlichen, Geschwindigkeit oder Bewegung des Kolbens des Zylinders vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass die Überwachung der Antriebskette und/oder der Hydromaschine laufend oder zyklisch erfolgt.
Zum Steuern der Hydromaschine und/oder zum Steuern eines oder des die
Hydromaschine antreibenden Motors ist vorzugsweise eine Steuervorrichtung oder ein Umrichter vorgesehen, der Teil der Steuervorrichtung sein kann, vorgesehen, womit insbesondere eine Verfahrrichtung und eine Geschwindigkeit des Zylinders steuerbar sind. Steuert die Steuervorrichtung oder der Umrichter den Motor, so kann
insbesondere eine Drehzahl und/oder Drehrichtung des Motores gesteuert sein. Die Steuervorrichtung und/oder der Umrichter kann/können Sicherheitsfunktionen
aufweisen, die insbesondere auf die Messwerte des Sensors oder der Sensoren, wie beispielsweise einem Wegsensor für den Kolben, zurückgreifen. Mit diesen kann dann ein ungewolltes Absinken des Kolbens durch Schwerkraft verhindert werden. Somit sind mit dem Umrichter beispielsweise keine Sicherheits- oder Lasthalteventile mehr notwendig. Im laufenden Betrieb kann der Kolben des Zylinders somit, insbesondere bei hohen anhängenden Lasten, bei Bedarf exakt in seiner Position gehalten werden, da der die Hydromaschine antreibende Motor aufgrund einer Nutzung der
Sicherheitsfunktionen der Steuervorrichtung oder Umrichters vorzugsweise ständig eingeschaltet oder betriebsbereit bleiben kann, wodurch er Leckage auslassseitig, insbesondere bei der Hydromaschine, die an den sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum angeschlossen ist, selbsttätig ausgleichen kann. Mit anderen Worten kann durch den Umrichter mit den integrierten Sicherheitsfunktionen eine ungewollte Bewegung des Zylinders und eine Leckage überwacht werden.
Vorzugsweise ist, insbesondere im laufenden Betrieb, ein Verhältnis
Kolbengeschwindigkeit des Zylinders/Förderstrom der Hydromaschine zu
Motordrehzahl gemessen. Insbesondere wird vorzugsweise ein Verdrängungsvolumen des Zylinders oder eine Zylinderfläche Kolbengeschwindigkeit mit einem Förderstrom der Hydromaschine oder einer Motordrehzahl χ Hydromaschinenverdrängungsvolumen verglichen. Es kann hierdurch eine Leckage der Hydromaschine und auch eine Leckage des Zylinders erfasst werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Systemparameter in Form eines Antriebsmoments der Hydromaschine überwacht oder gemessen, beispielsweise über einen Sensor. Hierdurch wiederum kann ein Verschleiß mechanischer Bauteile der Hydromaschine überwacht werden und es bietet sich die Möglichkeit, beispielsweise einen Betreiber, einen notwendigen Austausch betroffener Bauteile vor, insbesondere lange vor, einem Totalausfall anzuzeigen. Dies wiederum ermöglicht eine geplante Instandhaltung und ein gesteigertes Sicherheitsniveau. Hierbei kann beispielsweise ein Pumpendruck χ ein Pumpenverdrängungsvolumen überwacht sein. Mit anderen Worten ist es möglich, da eine Leckage der Hydromaschine und des Zylinders
erfahrungsgemäß nicht schlagartig ansteigt, über die Steuerung dem Betreiber einen notwendigen Austausch der Verschleißteile lange vor dem Erreichen der fachüblichen sicherheitsbedingten Grenzwerte anzuzeigen. Dies ermöglicht eine geplante
Instandhaltung und ein gesteigertes Sicherheitsniveau.
Mit Vorteil ist die (erste) Hydromaschine, die mit einem Maschinenanschluss an den sich beim Absenken der Last verkleinernden (ersten) Zylinderraum angeschlossen ist, über ihren weiteren Maschinenanschluss mit einem Tank verbunden. Hierdurch kann Druckmittel vom Tank über die Hydromaschine zum Zylinderraum gefördert werden, und umgekehrt Druckmittel vom Zylinderraum zum Tank fließen. Vorzugsweise ist zusätzlich eine weitere (zweite) Hydromaschine im Strömungspfad zwischen dem Tank und einem (zweiten) Zylinderraum des Zylinders angeordnet, der sich beim Absenken der Last vergrößert oder über den der Kolben in Ausfahrrichtung mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Über die zweite Hydromaschine kann dann Druckmittel vom Tank in den zweiten Zylinderraum gefördert werden, und umgekehrt kann Druckmittel vom zweiten Zylinderraum über die Hydromaschine zum Tank fließen. Somit ist eine jeweilige Hydromaschine einerseits mit dem Zylinder und andererseits mit dem Tank verbunden.
Vorzugsweise sind die Hydromaschinen vorrichtungstechnisch einfach über eine gemeinsame Triebwelle angetrieben.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist der Zylinder für eine hängende Last ausgebildet und eingesetzt. Eine Längsachse des Zylinders kann sich hierbei etwa in Vertikalrichtung erstrecken. Weiter vorzugsweise ist der Zylinder als Differentialzylinder ausgebildet, wobei der Zylinder einen Kolben hat, dessen Kolbenstange sich etwa in Vertikalrichtung nach unten erstreckt. Der Kolben kann auf seiner zur Kolbenstange weisenden Kolbenseite einen oder den ersten Zylinderraum und auf seiner von der Kolbenstangenseite wegweisenden Kolbenseite einen oder den zweiten Zylinderraum begrenzen.
Denkbar ist auch, dass der Zylinder als Eilgangzylinder ausgebildet ist. Der Kolben kann dann in Ausfahrrichtung über eine erste und zweite Druckfläche mit Druckmittel beaufschlagbar sein. Wahlweise kann dann die erste Druckfläche oder es können beide Druckflächen mit der Hydromaschine verbunden sein.
Vorzugsweise ist bei der Achse ein Eilgang in Ausfahrrichtung der Kolbenstange durch ein Eigengewicht ermöglicht, beispielsweise durch eine Masse des Kolbens mit seiner Kolbenstange und/oder durch zusätzliche mit dem Kolben verbundene Massen.
Hierdurch muss im Wesentlichen keine zusätzliche hydraulische Arbeit aufgebracht werden. Für den Eilgang unter Eigengewicht ist mit Vorteil ein Nachsaugventil mit dem (zweiten) Zylinderraum verbunden, der sich in Ausfahrrichtung des Kolbens vergrößert. Der Ventil körper des Nachsaugventils ist dann beispielsweise über eine Feder in Schließrichtung vorgespannt. Es kann zusätzlich ein Ventil, insbesondere ein
Schaltventil, vorgesehen sein, dass im Eilgang unter Eigengewicht eine Verbindung zu einer Steuerleitung, die zum Aufsteuern des Nachsaugventils vorgesehen ist, und dem (ersten) Zylinderraum, der sich in Ausfahrrichtung des Kolbens verkleinert, aufsteuert. Im Übrigen kann das Ventil die Verbindung zusteuern und hierbei beispielsweise die Steuerleitung zum Tank entlasten. Mit dem Ventil wird somit der (erste) Zylinderraum nicht mit dem Tank verbunden, sondern lediglich mit der Steuerleitung. Das Ventil ist hierbei über eine Zuführleitung mit dem Strömungspfad zwischen der (ersten)
Hydromaschine und dem (ersten) Zylinderraum verbunden. In dieser Zuführleitung kann eine Drossel angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das an derjenigen Seite des Zylinders angeschlossen ist, aus der Druckmittel beim Einfahren der Kolbenstange strömt. Das Druckbegrenzungsventil ist beispielsweise mit dem zweiten Zylinderraum verbunden.
In weiterer Ausgestaltung dient der Umrichter oder die Steuervorrichtung zum Steuern einer Verfahrrichtung des Zylinders und einer Geschwindigkeit des Zylinders. Der Umrichter oder die Steuervorrichtung mit der integrierten Sicherheitsfunktion kann dann einen Druckaufbau im in Ausfahrrichtung des Kolbens wirkenden (zweiten)
Zylinderraum und/oder einen Druckabfall im in Einfahrrichtung des Kolbens wirkenden (ersten) Zylinderraum verhindern. Durch die Sicherheitsfunktionen des Umrichters oder der Steuervorrichtung ist ein sicheres Stillsetzen, eine sichere begrenzte
Geschwindigkeit, sowie eine sichere Bewegungsrichtung des Zylinders durch entsprechende Ansteuerung des Motors, der die Hydromaschinen oder die
Hydromaschine über die Triebwelle antreiben kann, ermöglicht. Hierdurch ist ein Kraftaufbau über die zweite Zylinderkammer entsprechend PLc ohne weitere
Maßnahmen ebenso ausgeschlossen wie ein ungewolltes Absinken aufgrund von Leckage.
Auftretende Leckage in der Antriebskette durch die zumindest eine Hydromaschine ist vorzugsweise kontinuierlich oder laufend oder zu jeder Zeit ausgleichbar.
Vorzugsweise ist ein hydraulischer oder mechanischer oder pneumatischer
Gewichtsausgleich, insbesondere des Kolbens, vorgesehen.
Weiter vorzugsweise kann für eine Seite oder können für beide Seiten des Zylinders ein hydraulischer Filter vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung oder eine Steuerung, bei steigender Leckage einen Austausch von Verschleißteilen zur Senkung dieser Leckage anzeigt, insbesondere bevor die Leckage einen fachüblichen
sicherheitsbedingten Grenzwert erreicht. Um einen mechanischen Verschleiß der Hydromaschine oder der Hydromaschinen zu überwachen, kann vorgesehen sein, ein Antriebsmoment der Hydromaschine oder einer jeweiligen Hydromaschine, insbesondere über einen Sensor, zu erfassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, als Systemparameter eine
Temperatur des Druckmittels, insbesondere über einen Sensor, und/oder als
Systemparameter eine Temperatur des Hydromaschinengehäuses oder der
Hydromaschinengehäuse, insbesondere über einen Sensor, und/oder als
Systemparameter Strömungseigenschaften der Hydromaschine oder der
Hydromaschinen, insbesondere über einen Sensor, und/oder als Systemparameter Lärm- oder Geräuscheigenschaften der Hydromaschine oder der Hydromaschinen, insbesondere über einen Sensor, zu überwachen. Die Überwachung erfolgt hierbei vorzugsweise laufend oder zyklisch. Durch die Heranziehung einer oder mehrerer dieser Systemparameter kann eine Steuerung der Hydromaschine oder der
Hydromaschinen und/oder Auswerte- und Vorwarnmöglichkeiten weiter verfeinert werden.
Mit anderen Worten soll im Sinne der Condition Monitoring Philosophy und des Prinzips Industrie 4.0 mit neuartigen Prozessüberwachungs-Algorithmen der
Maschinensteuerung auch der Zustand sicherheitsrelevanter Bauteile überwacht werden. Hiermit soll nicht mehr nur ein Versagen von sicherheitsrelevanten Bauteilen erkannt werden, sondern durch Überwachung der Verhaltensänderung bereits im Vorfeld eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden. So können die Folgen eines Anlagenausfalls deutlich reduziert werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass die wichtigsten Systemparameter mit ohnehin vorhandenen Sensoren erfasst werden können, so dass hardwareseitig kein Zusatzaufwand entsteht.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Achse gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Hierbei ist zunächst ein Stillsetzen eines die zumindest eine Hydromaschine antreibenden Motors vorgesehen, das regelmäßig oder in regelmäßigen Zeitabständen oder zyklisch stattfindet. Im
Anschluss wird beispielsweise eine Bewegung des Kolbens des Zylinders,
insbesondere eine AbSinkgeschwindigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft, gemessen, um beispielsweise Rückschlüsse auf die Leckage zu ziehen. Das Überwachungsverfahren wird beispielsweise regelmäßig nach einer vorbestimmten Hubanzahl, insbesondere automatisch, ausgeführt.
Vorzugsweise wird das Verfahren unter reproduzierbaren Umständen durchgeführt. So ist beispielsweise ein Schwenkwinkel der Hydromaschine oder der Hydromaschinen bei der Durchführung des Verfahrens gleich oder im Wesentlichen gleich. Der Kolben kann auch in einer vorbestimmten Position angeordnet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einem Schaltplan eine erfindungsgemäße hydraulische Achse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 in einem Schaltplan die hydraulische Achse gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
Figur 3 in einem Schaltplan die hydraulische Achse gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel; und
Figur 4 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß Figur 1 ist eine Presse mit einer hydraulischen Achse 1 dargestellt. Diese hat einen Zylinder 2 in Form eines Differentialzylinders, der über eine erste und zweite Hydromaschine 4, 6 betätigbar ist. Die Hydromaschinen 4, 6 sind hierbei über einen Motor 8 gemeinsam antreibbar. Der Motor 8 ist dabei mit einer gemeinsamen Triebwelle der Hydromaschinen 4, 6 über ein Getriebe 10 verbunden. Der Zylinder 2 hat einen Kolben 12, der einen Zylinderraum 14 oder zweiten Zylinderraum von einem ringförmigen Zylinderraum 16 oder ersten Zylinderraum trennt. Der Zylinderraum 16 ist durch eine sich etwa in Vertikalrichtung vom Kolben 12 aus erstreckende Kolbenstange 18 gebildet, die aus dem Zylinder 2 nach unten auskragt. Mit seiner von der Kolbenstange 18 wegweisenden Kolbenfläche begrenzt der Kolben 12 den Zylinderraum 14. Der erste Zylinderraum 16 ist über einen Strömungspfad 20 mit einem Anschluss der ersten Hydromaschine 4 verbunden. Diese ist des Weiteren mit einem Tank 22 verbunden. Über die erste Hydromaschine 4 kann somit Druckmittel in den ersten Zylinderraum 16 gefördert werden oder von diesem entlassen werden.
Der zweite Zylinderraum 14 ist mit einem Anschluss der zweiten Hydromaschine 6 verbunden, die des Weiteren ebenfalls mit dem Tank 22 in Verbindung steht. Somit kann Druckmittel von der zweiten Hydromaschine 6 aus dem Tank 22 zum zweiten Zylinderraum 14 gefördert werden und über die zweite Hydromaschine 6 in den Tank 22 entlassen werden.
Die Hydromaschinen 4, 6 sind drehzahlvariabel angetrieben mit verstellbarem
Verdrängungsvolumen.
Im Strömungspfad 20 ist kein Ventil vorgesehen, womit somit keine fehlerbehafteten Abflüsse außer der ersten Hydromaschine 4 in dem Strömungspfad 20 oder am
Strömungspfad 20 angeordnet sind.
Am Strömungspfad 24 zwischen dem zweiten Zylinderraum 14 und der zweiten
Hydromaschine 6 ist gemäß Figur 1 ein Nachsaugventil 26 angeschlossen, das mit dem Tank 22 verbunden ist. Des Weiteren ist an dem Strömungspfad 24 ein zum Tank 22 hin öffnendes Druckbegrenzungsventil 28 angeschlossen.
Eine Bewegung der Kolbenstange 18 ist über einen sicheren bzw. redundanten
Weggeber 29 erfasst, der mit einem Umrichter 30 mit integrierten Sicherheitsfunktionen verbunden ist. Dieser ist des Weiteren mit dem Motor 8 elektrisch verbunden. Eine Thebwelle 31 des Motors 8, die mit dem Getriebe 10 verbunden ist, ist über eine Bremse 32 abbremsbar.
Des Weiteren ist gemäß Figur 1 eine Steuervorrichtung 33 dargestellt, die über
Steuerleitungen mit dem Motor 8 und mit den Hydromaschinen 4 und 6 verbunden ist, wobei der Umrichter 30 ein Teil der Steuervorrichtung 33 sein kann. Die
Steuervorrichtung 33 kann mit einem oder mehreren der Sensoren zum Erfassen der Systemparameter verbunden sein. Durch die Steuervorrichtung 33, die des Weiteren jeweils einen Druckregler für die Hydromaschinen 4 und 6 hat, ist somit beispielsweise kein Druckbegrenzungsventil für den Strömungspfad 20 notwendig, da ein gewünschter Druck im Strömungspfad 20 über den Druckregler für die Hydromaschine 4 im
Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Auf ein an den Strömungspfad 20 angeschlossenes Nachsaugventil, insbesondere für die Hydromaschine 4, kann ebenfalls verzichtet werden, da ein Zustand, bei dem die Hydromaschine 4 Druckmittel vom Tank 22 nachsaugen müsste, durch die Steuervorrichtung 33 nicht mehr eintritt.
Gemäß Figur 2 ist eine Triebwelle 34 der Hydromaschinen 4, 6 dargestellt. Diese ist hierbei nicht über ein Getriebe, sondern über eine Kupplung 36 mit der Triebwelle 31 des Motors 8 verbunden. Gemäß Figur 2 ist für eine jeweilige Hydromaschine 4, 6 ein Druckregler 38, 40 dargestellt. Des Weiteren ist eine Masse 42 dargestellt, die an der Kolbenstange 18 befestigt ist. Vom Strömungspfad 20 zweigt, entsprechend Figur 1 , kein Ventil ab, mit dem eine Verbindung zum Tank 22 aufsteuerbar ist. Gemäß Figur 2 ist allerdings an den Strömungspfad 20 ein Schaltventil 44 über eine Drossel 46 angeschlossen. Mit dem Schaltventil 44 kann der Strömungspfad 20 mit einer
Steuerleitung 48 verbunden werden, die mit einem Nachsaugventil 50 verbunden ist. Des Weiteren ist mit dem Schaltventil 44 die Verbindung des Strömungspfads 20 zur Steuerleitung 48 absperrbar, und hierbei die Steuerleitung 48 mit dem Tank 22 verbindbar. Das Schaltventil 44 ist beispielsweise über einen elektromagnetischen Aktor betätigbar. Das Nachsaugventil 50 ist mit dem zweiten Zylinderraum 14 verbunden, also an den Strömungspfad 24 angeschlossen. Es kann über die Steuerleitung 48, wenn diese über das Schaltventil 44 mit dem Strömungspfad 20 verbunden ist, aufgesteuert werden, damit der Kolben 12 im Eilgang unter Eigengewicht verfahrbar ist, indem Druckmittel vom Tank 22 über das Nachsaugventil 50 nachgesaugt ist. Das Nachsaugventil 50 hat einen Ventilkörper 52, der über eine Feder in einer Schließstellung vorgespannt ist. Des Weiteren ist in Figur 2 die Steuervorrichtung 33 dargestellt. Die Druckregler 38, 40 können Teil der Steuervorrichtung 33 sein.
Gemäß Figur 3 hat die hydraulische Achse 1 anstelle des Zylinders 2 einen
Eilgangzylinder 54. Hierbei ist in den Kolben 12 und in die Kolbenstange 18 etwa koaxial zu deren Längsachse vom zweiten Zylinderraum 14 her eine Sacklochbohrung 55 eingebracht. In diese taucht eine Gehäusestange 56 ein, die am Gehäuseboden des Eilgangzylinders 54 befestigt ist. Hierdurch ist der zweite Zylinderraum 14 ringförmig durch die Gehäusestange 56 begrenzt. Die Gehäusestange 56 begrenzt dann in der Sacklochbohrung 55 stirnseitig einen dritten Zylinderraum 58. Von diesem wiederum erstreckt sich ein Strömungspfad 60 durch die Gehäusestange 56 und mündet im Strömungspfad 24, womit er mit der zweiten Hydromaschine 6 verbunden ist. Im ersten Strömungspfad 24 ist ein Schaltventil 62 angeordnet, mit dem eine
Druckmittelverbindung zwischen der zweiten Hydromaschine 6 und dem zweiten Zylinderraum 14 auf- und zusteuerbar ist. Die Mündung des Strömungspfads 60 in den Strömungspfad 24 ist dabei zwischen dem Schaltventil 62 und der zweiten
Hydromaschine 6 vorgesehen. Somit kann über die zweite Hydromaschine 6
Druckmittel in den dritten Zylinderraum 58 allein oder bei geöffnetem Schaltventil 62 zusätzlich in den zweiten Zylinderraum 14 gefördert werden oder entsprechend entlassen werden. Des Weiteren zeigt Figur 3 die Steuervorrichtung 33.
Gemäß Figur 4 sind zwei Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Überwachung der hydraulischen Achse 1 aus den Figuren 1 bis 3 dargestellt. In einem ersten Schritt 64 wird hierbei der Motor 8 stillgesetzt, und in einem zweiten Schritt 66 eine Bewegung des Kolbens 12 gemessen.
Offenbart ist eine hydraulische Achse mit einem Zylinder, der einen Kolben aufweist. Dieser trennt einen ersten Zylinderraum von einem zweiten Zylinderraum. Über den ersten Zylinderraum ist der Kolben in Einfahrrichtung einer an dem Kolben befestigten Kolbenstange mit Druckmittel beaufschlagbar. An den ersten Zylinderraum ist eine Hydromaschine angeschlossen. Im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem ersten Zylinderraum ist hierbei kein Ventil vorgesehen, das eine Druckmittelverbindung zu einem Ablauf oder Tank herstellen kann. Insbesondere ist kein Druckbegrenzungsventil oder Nachsaugventil oder Lasthalteventil vorgesehen. Die Hydromaschine neben der Betätigung des Zylinders übernimmt zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion für die hydraulische Achse.
Bezugszeichenliste
1 hydraulische Achse
2 Zylinder
4 erste Hydromaschine
6 zweite Hydromaschine
8 Motor
10 Getriebe
12 Kolben
14 zweiter Zylinderraum
16 erster Zylinderraum
18 Kolbenstange
20 Strömungspfad
22 Tank
24 Strömungspfad
26 Nachsaugventil
28 Druckbegrenzungsventil
29 Weggeber
30 Umrichter
31 Triebwelle
32 Bremse
33 Steuervorrichtung
34 Triebwelle
36 Kupplung
38 Druckregler
40 Druckregler
42 Masse
44 Schaltventil
46 Drossel
48 Steuerleitung
50 Nachsaugventil
52 Ventil körper
54 Eilgangzylinder Sackloch bohrung Gehäusestange dritter Zylinderraum Ström ungspfad Schaltventil erster Schritt zweiter Schritt

Claims

Patentansprüche:
1 . Hydraulische Achse für eine Presse mit einem Zylinder (2), der einen Kolben (12) hat, der zwei Zylinderräume (14, 16) voneinander trennt, wobei zumindest eine Hydromaschine (4) vorgesehen ist, die mit einem der Zylinderräume (14, 16) fluidisch verbunden ist und mittels der der Zylinder (2) hydraulisch betätigbar ist, wobei die Hydromaschine (4) drehzahlvariabel angetrieben und/oder mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromaschine (4) neben der Betätigung des Zylinders (2) zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion für die hydraulische Achse übernimmt.
2. Hydraulische Achse nach Anspruch 1 , wobei eine Steuervorrichtung (33)
vorgesehen ist, die die Hydromaschine (4) derart ansteuert, dass diese als Sicherheitsfunktion die Funktion eines Druckbegrenzungsventils und/oder die Funktion eines Nachsaugventils und/oder die Funktion eines Lasthalteventils für einen Strömungspfad zwischen ihr und dem Zylinderraum, an den sie
angeschlossen ist, übernimmt.
3. Hydraulische Achse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die oder eine
Steuervorrichtung (33) für die Hydromaschine (4) einen Druckregler (38) für die Hydromaschine (4) aufweist oder wobei ein Druckregler (38) für die
Hydromaschine (4) vorgesehen ist, der in eine oder beide Förderrichtungen der Hydromaschine (4) wirkt.
4. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein
Systemparameter oder mehrere Systemparameter der Hydromaschine (4), insbesondere durch zumindest einen Sensor, überwacht ist/sind.
5. Hydraulische Achse nach Anspruch 4, wobei als überwachter Systemparameter eine Leckage der Hydromaschine (4) und/oder des Zylinders (2) vorgesehen ist.
6. Hydraulische Achse nach Anspruch 4 oder 5, wobei als überwachter
Systemparanneter ein Antriebsmoment der Hydromaschine (4) überwacht ist.
7. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Zylinder (2) derart ausgestaltet ist, dass er für eine hängende Last einsetzbar ist, wobei die Hydromaschine (4) an den sich beim Absenken der Last
verkleinernden Zylinderraum (16) angeschlossen ist.
8. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuervorrichtung (33) vorgesehen ist, die einen Verschiebeweg und/oder eine Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens (12) erfasst und die in Abhängigkeit des Verschiebewegs und/oder der Geschwindigkeit einen Antrieb (8) der
Hydromaschine (4) steuert.
9. Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei als
Systemparameter der Stellgrad des Verdrängungsvolumens der Hydromaschine (4) überwacht ist und/oder wobei als Systemparameter eine Geschwindigkeit und/oder ein Verschiebeweg des Kolbens (12) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter eine Temperatur des Druckmittels der hydraulischen Achse (1 ) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter eine Temperatur eines Maschinengehäuses der Hydromaschine (4) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter Schwingungseigenschaften der Hydromaschine (4) überwacht sind, und/oder wobei als Systemparameter Lärmeigenschaften der
Hydromaschine (4) überwacht sind.
10. Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Überwachung laufend oder zyklisch erfolgt.
1 1 . Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Zylinder als Eilgangzylinder (54) ausgebildet ist.
12. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Eilgang in Ausfahrrichtung einer Kolbenstange (18) durch Eigengewicht ermöglicht ist.
13. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein hydraulischer oder mechanischer oder pneumatischer Gewichtsausgleich, insbesondere des Kolbens (12), vorgesehen ist.
14. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Seite oder für beide Seiten des Zylinders (2) ein hydraulischer Filter vorgesehen ist.
15. Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Achse gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
- Stillsetzen eines die zumindest eine Hydromaschine (4) antreibenden Motors (8),
- Messen einer Bewegung der Kolbens (12) des Zylinders (2).
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