DE102019004338A1 - HYDRAULLIC CYLINDER DRIVE AND HYDRAULLIC PRESS DRIVE AND HYDRAULIC DRIVE PROCESS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zylinderantrieb (1) umfassend zumindest eine an zumindest einem Zylinder angeordnete Zylinder-Kolben-Einrichtung (2) mit einem Zylinder-Kolben (3), einem Zylinder-Kolbenraum (4) und, bevorzugt, einem Zylinder-Ringraum (5), einer fluidisch mit der Zylinder-Kolben-Einrichtung (2) verbundene Zylinder-Pumpenanordnung (7) mit zumindest einer Zylinder-Pumpe (8, 9), und den Zylinder-Ringraum (5) und/oder den Zylinder-Kolbenraum (4) mit einem Druckmittel (6) fluidisch versorgende Druckleitungen (D1, D2, D3). Die Zylinder-Kolben-Einrichtung (2) umfasst einen reversibel arbeitenden Zylinder, insbesondere Differentialzylinder. Die Zylinder-Pumpenanordnung (7) ist drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbar. Die zumindest eine Zylinder-Pumpe (8, 9) ist als Verstellpumpe mit variablem Zylinder-Pumpen-Schwenkwinkel gebildet.The invention relates to a hydraulic cylinder drive (1) comprising at least one cylinder-piston device (2) arranged on at least one cylinder with a cylinder-piston (3), a cylinder-piston chamber (4) and, preferably, a cylinder-annular chamber ( 5), a cylinder pump arrangement (7) fluidly connected to the cylinder piston device (2) with at least one cylinder pump (8, 9), and the cylinder annulus (5) and / or the cylinder piston chamber ( 4) with a pressure medium (6) fluidly supplying pressure lines (D1, D2, D3). The cylinder-piston device (2) comprises a reversible cylinder, in particular a differential cylinder. The cylinder pump arrangement (7) can be driven in terms of speed and / or direction of rotation. The at least one cylinder pump (8, 9) is designed as a variable displacement pump with a variable cylinder pump swivel angle.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Zylinderantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Etwa für Ziehkissen-Anwendungen oder für Umformanwendungen im Allgemeinen, beispielsweise für Umformvorgänge mit Gegenhaltekräften, für Verdränger-Einrichtungen oder für durch ein Zylinder-Ensemble eingespannte Prozesse, oder für Ziehkissen bei Ziehpressen zur Blechumformung, für Gegenhalter bei Verzahnungspressen mit Gegendruckprinzip, für Gegenhalter bei Kaltfließpressen mit Gegendruckprinzip, oder für Gegendruckzylinder bei Rohrbögenpressen werden derartige Zylinder eingesetzt respektive verwendet. Die hierin beschriebenen Zylinder werden regelmäßig beim maschinellen Umformen, insbesondere beim Tiefziehen, oder bei anderen maschinellen Pressvorgängen verwendet. Mit Hilfe von hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Ziehkissen werden Umformprozesse lokal beeinflusst, etwa um Faltenbildungen zu vermeiden.The invention relates to a hydraulic cylinder drive according to the preamble of
Der hierin beschriebene Zylinderantrieb für die verschiedenen Press- und/oder Umformvorgänge umfasst zumindest eine an zumindest einem Zylinder angeordnete Zylinder-Kolben-Einrichtung mit einem Zylinder-Kolben und einem Zylinder-Kolbenraum. Die Kolben-Einrichtung kann Merkmale einer Plungerpumpe respektive einer Plungerkolbens aufweisen. Es kann, bevorzugt, ein Zylinder-Ringraum vorgesehen sein. Der Zylinder-Kolben begrenzt Kolbenraum und Ringraum und ist darin beweglich. Der Zylinderantrieb umfasst ferner eine fluidisch mit der Zylinder-Kolben-Einrichtung verbundene Zylinder-Pumpenanordnung mit zumindest einer Zylinder-Pumpe. Außerdem umfasst der Zylinderantrieb Druckleitungen, welche den Zylinder-Ringraum und den Zylinder-Kolbenraum mit einem Druckmittel fluidisch versorgen.The cylinder drive described here for the various pressing and / or forming processes comprises at least one cylinder-piston device arranged on at least one cylinder with a cylinder-piston and a cylinder-piston chamber. The piston device can have features of a plunger pump or a plunger. A cylinder annulus can, preferably, be provided. The cylinder-piston delimits the piston space and the annular space and is movable therein. The cylinder drive further comprises a cylinder pump arrangement with at least one cylinder pump that is fluidly connected to the cylinder piston device. In addition, the cylinder drive comprises pressure lines which fluidly supply the cylinder annulus and the cylinder piston space with a pressure medium.
Die Erfindung betrifft ferner eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung zum Antreiben einer einen (zusätzlichen) Zylinder für Umformeinrichtungen umfassenden Presseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Die Presseinrichtung umfasst dabei eine Pressen-Kolben-Einrichtung, welche über eine Pressen-Pumpenanordnung und über damit verbundene Druckleitungen hydraulisch antreibbar ist. Die Pressen-Kolben-Einrichtung verfügt über zumindest eine, eine Pumpenwelle umfassende, Pressen-Pumpe, welche bevorzugt drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbar ist. Die Pressen-Kolben-Einrichtung verfügt auch über einen Pressen-Pumpenantrieb, welcher die zumindest eine Pressen-Pumpe antreibt. Die zumindest eine Pressen-Pumpe ist als Verstellpumpe mit variablem Pressen-Pumpen-Schwenkwinkel gebildet und sie ist, insbesondere mittels einer (pumpenexternen) Pressen-Stelleinrichtung schwenkbar.The invention further relates to an accumulator-free hydraulic drive arrangement for driving a pressing device comprising an (additional) cylinder for forming devices according to the preamble of
Schließlich betrifft die Erfindung hydraulische Antriebsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16, und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17 und 18.Finally, the invention relates to hydraulic drive methods according to the preamble of
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUNDTECHNOLOGICAL BACKGROUND
Beispielsweise bei Ziehkissen-Anwendungen verdrängt ein Stößel das Ziehkissen, wobei die Verdrängungskräfte etwa 30% der Presskraft erreichen. Die Verdrängungskräfte dienen auch dem gezielten „Bremsen“ der Nachrückbewegung des Bleches beim Tiefziehen. Die Kraft des Ziehkissens wird in den meisten Fällen hydraulisch erzeugt. Je nach apparativen Vorgaben betreffend die Regelbarkeit und/oder die Gleichmäßigkeit des Zieh- oder Umformvorgangs sind alternativ pneumatisch betriebene Kissenvorrichtungen anzutreffen.For example, in die cushion applications, a plunger displaces the die cushion, with the displacement forces reaching about 30% of the pressing force. The displacement forces also serve to "brake" the sheet's advancing movement during deep drawing. The force of the die cushion is generated hydraulically in most cases. Depending on the apparatus specifications regarding the controllability and / or the uniformity of the drawing or forming process, pneumatically operated cushion devices can alternatively be found.
Bei anderen Umformanwendungen wird ebenfalls ein Stößel oder ein Zylinderbauteil mit Druck/Kraft beaufschlagt und gegen ein Werkstück oder mittels Werkzeug gegen die umzuformende Form bewegt.In other forming applications, a ram or a cylinder component is also subjected to pressure / force and moved against a workpiece or by means of a tool against the form to be formed.
Die von diesem Zylinder beim Betrieb des Zylinderantriebs aufgebrachte Gegenkraft ist abhängig von den Anforderungen des Werkzeugs. Oft reicht eine über den gesamten Hub im Wesentlichen konstante Kraft aus. Meist wird der Antrieb jedoch mit einem über den Hub veränderlichen Kraftprofil beaufschlagt. Die Anforderungen an die genaue Einhaltung des Kraft-Weg-Verlaufs sind häufig vergleichsweise hoch, was üblicherweise die Verwendung von dynamisch regelnden Druckventilen innerhalb der Antriebsanordnung begründet.The counterforce exerted by this cylinder during operation of the cylinder drive depends on the requirements of the tool. A force that is essentially constant over the entire stroke is often sufficient. Most of the time, however, the drive is subjected to a force profile that varies over the stroke. The requirements for the exact observance of the force-displacement curve are often comparatively high, which usually justifies the use of dynamically regulating pressure valves within the drive arrangement.
Beim Verdrängen des unter Druck stehenden Zylinders durch die Vorrichtung wird Öl im Kolbenraum über ein Druckventil entspannt und in einen Tank abgeführt. Dabei entsteht eine hohe Verlustleistung, die einerseits die Energiebilanz der Vorrichtung beeinträchtigt und andererseits zu einer unerwünschten Ölerwärmung führt, die wiederum durch aufwändige und kostenintensive Kühlungsmaßnahen zu beseitigen wäre.When the pressurized cylinder is displaced by the device, oil in the piston chamber is expanded via a pressure valve and discharged into a tank. This results in a high power loss, which on the one hand affects the energy balance of the device and on the other hand leads to undesired oil heating, which in turn would have to be eliminated by complex and costly cooling measures.
Im Angesicht dieser Nachteile wurden bisweilen hydraulische Antriebskonzepte entworfen, wobei die „abgeführte“ Energie zumindest anteilig rekuperiert werden soll. Dabei wurde auch überlegt, einen Pumpenantrieb (Motor) beim Zieh- respektive Umformvorgang als Generator zu verwenden, so dass die erzeugte elektrische Energie der Vorrichtung zumindest anteilig wieder zugeführt werden soll.In view of these disadvantages, hydraulic drive concepts have sometimes been designed, whereby the "dissipated" energy is to be recuperated at least in part. It was also considered to use a pump drive (motor) as a generator during the drawing or forming process, so that the electrical energy generated should at least partially be returned to the device.
Der hierfür nicht unerhebliche apparative Aufwand ist problematisch, ebenso die bei der mehrfachen Energieumwandlung (hydraulisch in elektrisch - elektrisch in hydraulisch - usw.) beobachteten Verluste. Hier setzt die Erfindung ein. The not inconsiderable expenditure on equipment is problematic, as are the losses observed in the case of multiple energy conversion (hydraulic to electrical - electrical to hydraulic - etc.). This is where the invention comes in.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Konzept bereitzustellen, das effizienter ist im Hinblick auf den Betriebs- respektive Umform-Energieaufwand, insbesondere bei reduzierten (Leistungs-)Verlusten. Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Zylinderantrieb nach Anspruch 1 gelöst. Der Zylinderantrieb eignet sich zum Antreiben eines Zylinderbauteils als Komponente einer Umformeinrichtung respektive eines Umformwerkzeugs im Allgemeinen, beispielsweise einer Ziehkisseneinrichtung, einer Gegendruckeinrichtung, einer Rohrbiegeeinrichtung oder ähnlichem. Bei dem Zylinderantrieb ist eine Zylinder-Kolben-Einrichtung vorgesehen, welche einen reversibel arbeitenden (Differential-)Zylinder umfasst und bei der die Zylinder-Pumpenanordnung drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbar ist. Die zumindest eine Zylinder-Pumpe ist als Verstellpumpe gebildet mit variablem Zylinder-Pumpen-Schwenkwinkel.The object of the invention is to provide a hydraulic concept which is more efficient with regard to the operating and forming energy expenditure, in particular with reduced (power) losses. This object is achieved by a hydraulic cylinder drive according to
Die Pumpe oder die Pumpen können beispielsweise als schwenkbare Axialkolbenpumpe gebildet sein, wobei Betriebsparameter wie etwa Druck, Fördervolumen und/oder Pumpleistung unter anderem vom Schwenkwinkel der Verstellpumpe abhängen. Etwa bei einer Ziehkisseneinrichtung folgt die Ziehkissen-Abwärtsbewegung zwangsweise dem Stößel. Im Regelfall folgt das Kissen auch der anschließenden Aufwärtsbewegung des Stößels, dabei wird das gezogene Bauteil ausgeworfen. Indem ein reversibel arbeitender (Differential-)Zylinder vorgesehen ist, kann der Zylinder etwa beim Einrichten des Werkzeugs auch autark in beiden Richtungen betrieben werden. Der doppeltwirkende Differentialzylinder bietet zudem den Vorteil den Zylinder vor dem Auftreffen des Stößels zu beschleunigen, um den entstehenden Schlag zu dämpfen.The pump or pumps can be designed, for example, as a pivotable axial piston pump, with operating parameters such as pressure, delivery volume and / or pump output depending, among other things, on the pivoting angle of the variable displacement pump. In the case of a die cushion device, the die cushion downward movement forcibly follows the ram. As a rule, the cushion also follows the subsequent upward movement of the ram, the pulled component is ejected. By providing a reversible (differential) cylinder, the cylinder can also be operated independently in both directions, for example when setting up the tool. The double-acting differential cylinder also offers the advantage of accelerating the cylinder before it hits the plunger in order to dampen the impact.
Bevorzugt umfasst die Zylinder-Pumpenanordnung zwei Zylinder-Pumpen mit variablem Schwenkwinkel, welche mit einem (gemeinsamen) drehzahlvariablen Zylinder-Pumpenantrieb (Antriebsmotor) etwa über eine gemeinsame Antriebswelle verbunden sind. Motordrehzahl und optional auch -richtung werden über einen Controller und/oder einen Umrichter gesteuert. Es kann vorgesehen sein, dass der Umrichter Controllerfunktionen übernimmt.The cylinder pump arrangement preferably comprises two cylinder pumps with a variable swivel angle, which are connected to a (common) variable-speed cylinder pump drive (drive motor), for example via a common drive shaft. Motor speed and optionally also direction are controlled via a controller and / or a converter. It can be provided that the converter takes on controller functions.
Das Fördervolumen der beiden Zylinder-Pumpen ist im Wesentlichen eine Funktion des Flächenverhältnisses des im Zylinderantrieb enthaltenen Differentialzylinders. Die Bewegungsrichtung des Zylinder-Kolbens wird durch Änderung der Drehrichtung des Zylinder-Pumpenantriebs erzeugt, bei Installation einer externen Stelleinrichtung und einer von -100% bis +100% Fördervolumen schwenkbaren Pumpe alternativ auch durch Schwenken in den jeweils anderen „Vorzeichenbereich“ (Quadranten). Das Schwenken der Verstellpumpe wird dabei durch Algorithmen gesteuert, die in einer Steuereinheit abgearbeitet werden, beispielsweise innerhalb des Umrichters.The delivery volume of the two cylinder pumps is essentially a function of the area ratio of the differential cylinder contained in the cylinder drive. The direction of movement of the cylinder piston is generated by changing the direction of rotation of the cylinder pump drive, when installing an external control device and a pump that can be swiveled from -100% to + 100% delivery volume, alternatively also by swiveling in the other “sign area” (quadrants). The pivoting of the variable pump is controlled by algorithms that are processed in a control unit, for example within the converter.
Für die Regelung der Zylinderkraft des Zylinderantriebs wird letztlich das Motormoment verwendet, was ein in apparativer und sicherheitsrelevanter Hinsicht kostengünstiger Umrichter zu erfüllen vermag, wodurch der apparative Aufwand im Zusammenhang mit Steuerungsaspekten reduziert wird. Eine aufwändige und womöglich störungsanfällige Steuereinheit kann entfallen.Ultimately, the engine torque is used to regulate the cylinder force of the cylinder drive, which a converter that is inexpensive in terms of equipment and safety is able to fulfill, as a result of which the expenditure on equipment in connection with control aspects is reduced. An elaborate control unit, which is possibly prone to failure, can be dispensed with.
Indem eine Pumpe vorgesehen ist oder vorzugsweise zwei Pumpen mit variablem Schwenkwinkel vorgesehen sind, ist - je nach anstehendem Druck - das Fördervolumen je Motorumdrehung veränderbar. Auf diese Weise kann das maximale Moment des angeschlossenen Motors reduziert werden, weil bei hohem Druck die Zylindergeschwindigkeit in gleicher Weise reduziert wird wie es beim Pressenstößel ohnehin üblich ist. Damit ist ein kleinerer, preiswerterer und letztlich energieeffizienterer Motor einsetzbar.By providing one pump or preferably two pumps with a variable swivel angle, the delivery volume per engine revolution can be changed, depending on the pressure present. In this way, the maximum torque of the connected motor can be reduced, because at high pressure the cylinder speed is reduced in the same way as is usual with the press ram anyway. This means that a smaller, cheaper and ultimately more energy-efficient motor can be used.
Ein weiterer Effizienzgewinn wird dadurch erreicht, dass durch den Einsatz von zwei Pumpen eine Anpassung der Förderströme für Ring- und Kolbenseite des Differentialzylinders möglich wird. Etwaige im Stand der Technik beschriebene Schaltventile, Rückschlagventile oder Akkumulatoren können entfallen, was die Apparatur vereinfacht, weniger störanfällig macht und Anschaffungs- und Betriebskosten reduziert. Die Entbehrlichkeit von Ventilen und Akkumulatoren mach den Zylinderantrieb außerdem sicherer. So besteht die hydraulische Seite der Zylindersteuerung aus nahezu ausfallsicheren Elementen wie Pumpen und Druckleitungen. Damit wird etwa mittels der im Umrichter integrierten und demnach zertifizierten Sicherheitsfunktionen (z. B. „sicherer Halt“, „sichere Bewegungsrichtung“, „sicher reduzierte Drehzahl“) auf effiziente und kostengünstige Weise ein Zylinderantrieb realisiert, der ohne weitere Zusatzeinrichtungen den gesetzlichen Sicherheitsanforderungen entspricht. Beispielsweise sind ohne nennenswerten apparativen Mehraufwand Einricht-Bewegungen der Vorrichtung mit sicher reduzierter Geschwindigkeit möglich.A further gain in efficiency is achieved by using two pumps to adjust the flow rates for the ring and piston side of the differential cylinder. Any switching valves, check valves or accumulators described in the prior art can be dispensed with, which simplifies the apparatus, makes it less susceptible to faults and reduces acquisition and operating costs. The need for valves and accumulators also makes the cylinder drive safer. The hydraulic side of the cylinder control consists of almost fail-safe elements such as pumps and pressure lines. With the safety functions integrated in the converter and certified accordingly (e.g. "safe stop", "safe direction of movement", "safely reduced speed"), a cylinder drive can be implemented in an efficient and cost-effective manner that meets the legal safety requirements without any additional equipment , For example, set-up movements of the device at a safely reduced speed are possible without any significant additional outlay in terms of apparatus.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Zylinderantrieb autark arbeitet ohne direkte Verbindung zur Antriebstechnik anderer Einrichtungen, Apparate und/oder Vorrichtungen. Es ist demnach eine Verwendung für hydraulische Pressen denkbar oder für elektromechanisch angetriebene Pressen. Die im Zylinderantrieb gewonnene elektrische Energie kann sowohl bei hydraulischen wie auch bei elektromechanischen Anlagen zum Antrieb eines Pressenstößels wiedergewonnen werden.Another advantage is that the cylinder drive works autonomously without a direct connection to the drive technology of other devices, apparatus and / or devices. So it's one Can be used for hydraulic presses or for electromechanically driven presses. The electrical energy obtained in the cylinder drive can be recovered in both hydraulic and electromechanical systems for driving a press ram.
Im Ergebnis wird ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Zylinderantriebskonzept verwirklicht, einerseits mit dem beschriebenen Rekuperationsmerkmal unter Umgehung einer doppelten Energieumwandlung, andererseits als „Low-Cost“-Konzept für vergleichsweise einfache Anwendungen.As a result, a cylinder drive concept that is improved compared to the prior art is realized, on the one hand with the described recuperation feature while avoiding double energy conversion, and on the other hand as a “low-cost” concept for comparatively simple applications.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Zylinderantriebs kann die Zylinder-Pumpenanordnung einen Zylinder-Pumpenantrieb, etwa einen Elektromotor, zum Antreiben der Zylinder-Pumpe umfassen. Es kann eine Zylinder-Getriebeanordnung vorgesehen sein, insbesondere zur Anpassung der Drehzahlen, vorzugsweise der Maximaldrehzahlen, von Zylinder-Pumpenantrieb und Zylinder-Pumpe, wobei die Zylinder-Getriebeanordnung zwischen der zumindest einen Zylinder-Pumpe und dem Zylinder-Pumpenantrieb angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the cylinder drive, the cylinder pump arrangement can comprise a cylinder pump drive, for example an electric motor, for driving the cylinder pump. A cylinder gear arrangement can be provided, in particular for adapting the speeds, preferably the maximum speeds, of the cylinder pump drive and the cylinder pump, the cylinder gear arrangement being arranged between the at least one cylinder pump and the cylinder pump drive.
Ein Umrichter kann zum Steuern von Zylinder-Pumpenantriebs-Parametern verwendet werden, wobei die Parameter insbesondere umfassen: Drehrichtung und/oder Drehzahl und/oder Drehmoment des Zylinder-Pumpenantriebs (Motors) und/oder Schwenkwinkel der Zylinder-Verstellpumpe.A converter can be used to control cylinder pump drive parameters, the parameters in particular comprising: direction of rotation and / or speed and / or torque of the cylinder pump drive (motor) and / or swivel angle of the cylinder variable displacement pump.
Ein Verstellen des Zylinder-Pumpen-Schwenkwinkels der Verstellpumpe kann pumpenintern erfolgen, insbesondere mittels Druck und/oder Moment des Zylinder-Pumpenantriebs. Alternativ kann ein Verstellen des Zylinder-Pumpen-Schwenkwinkels der Verstellpumpe mittels zumindest einer, insbesondere pumpenextemen und/oder elektromechanisch antreibbaren, Stelleinrichtung erfolgen, welche vorzugsweise hydraulisch oder elektromechanisch betreibbar ist. Zum Steuern dieser Stelleinrichtung(en) kann zumindest ein (vorzugsweise jeweils ein) Umrichter vorgesehen sein. Es kann zumindest ein Steuerventil vorgesehen sein, insbesondere bei einer hydraulisch verstellbaren Pumpe.The cylinder pump swivel angle of the variable pump can be adjusted internally in the pump, in particular by means of pressure and / or torque of the cylinder pump drive. Alternatively, the cylinder-pump pivoting angle of the variable pump can be adjusted by means of at least one, in particular pump-specific and / or electromechanically drivable, actuating device, which can preferably be operated hydraulically or electromechanically. At least one (preferably one) converter can be provided to control this actuating device (s). At least one control valve can be provided, in particular in the case of a hydraulically adjustable pump.
Bei einer Variante des Zylinderantriebskonzeptes kann zumindest ein Druck-Regelventil vorgesehen sein, welches insbesondere in einer den Kolbenraum oder den Ringraum mit einem Druckmitteltank verbindenden Druckleitung angeordnet ist. Insbesondere wenn die Dynamik der Regelung der Motordrehzahl und/oder der Pumpenschwenkeinrichtung nicht ausreicht, um den geforderten Verlauf des Kraft-Weg-Verlaufs des Zylinders darzustellen, kann ein Druck-Regelventil zweckmäßig sein.In a variant of the cylinder drive concept, at least one pressure control valve can be provided, which is arranged in particular in a pressure line connecting the piston space or the annular space with a pressure medium tank. In particular, if the dynamics of the regulation of the engine speed and / or the pump swiveling device are not sufficient to represent the required course of the force-displacement course of the cylinder, a pressure control valve can be expedient.
Ein hydraulisches Konzept, das effizienter ist im Hinblick auf den Betriebs- respektive Umform-Energieaufwand, insbesondere bei reduzierten (Leistungs-)Verlusten, wird ferner durch eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung zum Antreiben einer einen Zylinder für Umformeinrichtungen umfassenden Presseinrichtung nach Anspruch 9 verwirklicht. Bei dieser Antriebsanordnung ist der Zylinder für Umformeinrichtungen mittels eines hierin beschriebenen Zylinderantriebs antreibbar. Bei Pressen mit mehreren Zylindern für Umformeinrichtungen kann optional jeder Zylinder mit einem eigenen Pumpenaggregat ausgestattet und damit individuell betrieben werden.A hydraulic concept, which is more efficient with regard to the operating or forming energy expenditure, in particular with reduced (power) losses, is further realized by an accumulator-free hydraulic drive arrangement for driving a pressing device comprising a cylinder for forming devices. In this drive arrangement, the cylinder for forming devices can be driven by means of a cylinder drive described here. In the case of presses with several cylinders for forming devices, each cylinder can optionally be equipped with its own pump unit and thus operated individually.
Ein, insbesondere eigenständiges, hydraulisches Konzept, das ebenfalls effizienter ist im Hinblick auf den Betriebs- respektive Umform-Energieaufwand, insbesondere bei reduzierten (Leistungs-)Verlusten, wird außerdem durch eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung zum Antreiben einer einen Zylinder für Umformeinrichtungen umfassenden Presseinrichtung nach Anspruch 10 verwirklicht. Hierbei ist die Pumpenwelle eine gemeinsame Welle der Pressen-Pumpe(n) und der Zylinder-Pumpe(n).A, in particular independent, hydraulic concept, which is also more efficient with regard to the operating or forming energy expenditure, in particular with reduced (power) losses, is furthermore achieved by a pressure-free hydraulic drive arrangement for driving a pressing device comprising a cylinder for forming
Es kann zweckmäßig sein, wenn eine Pressen-Getriebeanordnung vorgesehen ist, insbesondere zur Anpassung der Drehzahlen, vorzugsweise der Maximaldrehzahlen, von Pressen-Pumpenantrieb und Pressen-Pumpe(n), wobei die Pressen-Getriebeanordnung zwischen der zumindest einen Pressen-Pumpe respektive den Pressen-Pumpen und dem Pressen-Pumpenantrieb angeordnet ist.It may be expedient if a press gear arrangement is provided, in particular for adapting the speeds, preferably the maximum speeds, of the press pump drive and press pump (s), the press gear arrangement between the at least one press pump or the presses -Pumps and the press pump drive is arranged.
Die Pressen-Kolben-Einrichtung kann einen Eilgangkolben umfassen. Es kann ferner eine Hilfs-Pumpenanordnung vorgesehen sein, welche fluidisch verbunden ist mit dem Zylinder-Kolbenraum und/oder mit dem Zylinder-Ringraum und/oder mit einem Raum, etwa einem Kolben- oder Ringraum des Eilgangkolbens, der Pressen-Kolben-Einrichtung.The press-piston device can comprise a rapid-motion piston. An auxiliary pump arrangement can also be provided, which is fluidly connected to the cylinder-piston chamber and / or to the cylinder-ring chamber and / or to a chamber, for example a piston or ring chamber of the rapid-motion piston, of the press-piston device.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Pressen-Pumpenanordnung eine erste Pressen-Pumpe und eine zweite Pressen-Pumpe umfasst. Einzelne oder jede der Pressen-Pumpen können als Doppel- oder Mehrfachpumpe(n) ausgebildet sein, insbesondere mit jeweils eigenen Stelleinrichtungen. Die erste Pressen-Pumpe ist fluidisch mit dem Pressen-Kolbenraum der Pressen-Kolben-Einrichtung verbunden. Die zweite Pressen-Pumpe ist mit dem Pressen-Ringraum der Pressen-Kolben-Einrichtung fluidisch verbunden. Die erste Pressen-Pumpe, die zweite Pressen-Pumpe und die Zylinder-Pumpe weisen eine gemeinsame Pumpenwelle auf. Ein Verstellen eines ersten Pressen-Pumpen-Schwenkwinkels der ersten Pressen-Pumpe erfolgt demnach mittels zumindest einer, insbesondere pumpenexternen, ersten Pressen-Stelleinrichtung, welche vorzugsweise hydraulisch oder elektromechanisch betreibbar ist. Ein Verstellen eines zweiten Pressen-Pumpen Schwenkwinkels der zweiten Pressen-Pumpe erfolgt mittels zumindest einer, insbesondere pumpenexternen, zweiten Pressen-Stelleinrichtung, welche vorzugsweise hydraulisch oder elektromechanisch betreibbar ist. Ein Verstellen des Zylinder-Pumpen-Schwenkwinkels der Zylinder-Pumpe erfolgt mittels zumindest einer, insbesondere pumpenexternen, Zylinder-Stelleinrichtung, welche vorzugsweise hydraulisch oder elektromechanisch betreibbar ist. Vorzugsweise kann einen Umrichter-Anordnung vorgesehen sein, welche einen ersten Umrichter zum Steuern der ersten Pressen-Stelleinrichtung, einen zweiten Umrichter zum Steuern der zweiten Pressen-Stelleinrichtung und einen dritten Umrichter zum Steuern der Zylinder-Stelleinrichtung umfasst.According to a preferred variant, it is provided that the press pump arrangement comprises a first press pump and a second press pump. Individual or each of the press pumps can be designed as a double or multiple pump (s), in particular with their own actuating devices. The first press pump is fluidly connected to the press piston chamber of the press piston device. The second press pump is fluidly connected to the press annulus of the press piston device. The first press pump, the second press pump and the cylinder pump have a common pump shaft. A first press pump swivel angle of the first press pump is accordingly adjusted by means of at least one, in particular pump-external, first press actuating device, which can preferably be operated hydraulically or electromechanically. A second press pump swivel angle of the second press pump is adjusted by means of at least one, in particular pump-external, second press actuating device, which can preferably be operated hydraulically or electromechanically. The cylinder pump swivel angle of the cylinder pump is adjusted by means of at least one, in particular pump-external, cylinder actuating device, which can preferably be operated hydraulically or electromechanically. A converter arrangement can preferably be provided, which comprises a first converter for controlling the first press actuating device, a second converter for controlling the second press actuating device and a third converter for controlling the cylinder actuating device.
Die Rekuperation kann unmittelbar von der „bremsenden“ Zylinderpumpe über die gemeinsame Welle in die Hauptkolben-Pumpe erfolgen. Somit werden die zweifachen Umwandlungsverluste (Hydraulik - Elektrik und Elektrik - Hydraulik) vermieden. Dies führt erfahrungs- und versuchsgemäß zu etwa 10% höheren Rückspeisewerten. Bei einer Zylinderleistung von etwa 20 kW würden demnach etwa 2 kW zurückgespeist, d. h. etwa 2 kW mehr als gemäß Stand der Technik zu erwarten wäre. Dies bewirkt eine erhebliche Effizienzsteigerung der Vorrichtung.The recuperation can take place directly from the "braking" cylinder pump via the common shaft into the main piston pump. This avoids double conversion losses (hydraulics - electrics and electrics - hydraulics). Experience has shown that this leads to approximately 10% higher feedback values. At a cylinder output of approximately 20 kW, approximately 2 kW would be fed back, i.e. H. about 2 kW more than would be expected according to the prior art. This brings about a considerable increase in the efficiency of the device.
Besonders vorteilhaft ist, dass die rückgespeiste Zylinderenergie die Bewegung des Hauptstößels beschleunigt. Ist beispielsweise ein Antriebsmotor mit einem maximalen Moment von etwa 200 Nm im Einsatz, so könnte bei einem über den Zylinder zurückgespeisten Moment von etwa 60 Nm die Kolbenpumpe des Pressenstößels mit im Wesentlichen
Bei Einsatz einer motorischen Schwenkwinkelverstellung mit Servomotoren, Kugelrollspindel und entsprechend sicherem Drehwinkelgeber am Motor kann allein durch die im Umrichter integrierten, zertifizierten Sicherheitsfunktionen (z. B. „sicherer Halt“, „sichere Bewegungsrichtung“, „sicher reduzierte Drehzahl“) auf einfache Weise ein Antrieb realisiert werden, der ohne weitere Zusatzeinrichtungen den gesetzlichen Sicherheitsanforderungen entspricht. So sind auch hier Einricht-Bewegungen mit sicher reduzierter Geschwindigkeit möglich. Durch die zusätzliche Bremse am Motor können auch höchste Sicherheitsanforderungen erfüllt werden (z. B. PLe nach EN 13849-1).When using a motorized swivel angle adjustment with servo motors, ball screw and correspondingly safe angle encoder on the motor, the safety functions integrated in the converter (e.g. "safe stop", "safe direction of movement", "safely reduced speed") can be used in a simple manner Drive can be realized that meets the legal safety requirements without additional equipment. This means that setup movements are also possible at a safely reduced speed. The additional brake on the motor means that even the highest safety requirements can be met (e.g. PLe according to EN 13849-1).
Das hierin beschriebene Pressenantriebskonzept kann außer für Tiefziehpressen auch für viele andere hydraulischen Maschinen mit mehreren, bevorzugt gegeneinander wirkenden Zylindern genutzt werden, beispielsweise für Rohr-Biegeanlagen.In addition to deep-drawing presses, the press drive concept described here can also be used for many other hydraulic machines with several, preferably counteracting, cylinders, for example for tube bending systems.
Ein insbesondere eigenständiges hydraulisches Konzept, das effizienter ist im Hinblick auf den Betriebs- respektive Umform-Energieaufwand, insbesondere bei reduzierten (Leistungs-)Verlusten, wird außerdem durch ein hydraulisches Antriebsverfahren zum Antreiben eines Zylinders nach Anspruch 16, 17 und 18 verwirklicht. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die rekuperierte Energie Leistung dem verwendeten Zylinder und/oder der verwendeten Presse zugeführt wird.A particularly independent hydraulic concept, which is more efficient with regard to the operating or forming energy expenditure, in particular with reduced (power) losses, is also realized by a hydraulic drive method for driving a cylinder according to
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The size, shape, material selection and technical conception of the above-mentioned components as well as the components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to any special exceptional conditions, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Antriebskonzeptes für Zylinder respektive für Pressen dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the subclaims, as well as from the following description and the associated drawing, in which an exemplary embodiment of a hydraulic drive concept for cylinders or for presses is shown. Individual features of the claims or the embodiments can also be combined with other features of other claims and embodiments.
Figurenlistelist of figures
In der Zeichnung zeigen
-
1A /B Varianten eines Zylinderantriebs, jeweils in schematischer Darstellung, -
2 ein Antrieb einer Presseinrichtung mit Zylinder in schematischer Darstellung und -
3A /B Varianten eines Pressenantriebs, bei dem Pressen-Pumpen und Zylinderpumpe auf einer gemeinsamen Pumpenwelle angeordnet sind, in schematischer Darstellung.
-
1A / B variants of a cylinder drive, each in a schematic representation, -
2 a drive of a pressing device with cylinder in a schematic representation and -
3A / B Variants of a press drive, in which press pumps and cylinder pumps are arranged on a common pump shaft, in a schematic representation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Ein Schema eines Zylinderantriebs
Der hydraulische Zylinderantrieb
Die an dem Zylinder-Kolbenraum
Gemäß
Indem die Pumpen
Bei der in
Eine druckspeicherlose hydraulische Antriebseinrichtung
Die gemeinsame Pumpenwelle
Die Presseinrichtung
Die Pressenantriebs-Varianten gemäß der
Die Anordnung dreier wellenseitig gekoppelter Verstellpumpen
Gemäß der in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylinderantriebcylinder drive
- 22
- Zylinder-Kolben-EinrichtungCylinder-piston means
- 33
- Zylinder-KolbenCylinder piston
- 44
- Zylinder-KolbenraumCylinder piston chamber
- 55
- Zylinder-RingraumCylinder annulus
- 66
- Druckmittellever
- 77
- Zylinder-PumpenanordnungCylinder pump assembly
- 88th
- Pumpepump
- 99
- Pumpepump
- 1010
- Pumpenwellepump shaft
- 1111
- Zylinder-Pumpenantrieb, MotorCylinder pump drive, motor
- 1212
- Umrichterinverter
- 1313
- Zylinder-GetriebeCylinder gear
- 1414
- Druckseitepressure side
- 1515
- Controllercontroller
- 1616
- Positionssensorposition sensor
- 1717
- DruckregelventilPressure control valve
- 1818
- DruckmitteltankPressure tank
- 1919
- Stelleinrichtungsetting device
- 2020
- Umrichterinverter
- 2121
- Umrichter-AnordnungInverter arrangement
- 2222
- Saugseite suction
- 100100
- Antriebseinrichtungdriving means
- 102102
- Pressen-Kolben-EinrichtungPressing-piston device
- 103103
- Pressen-KolbenPressing piston
- 104104
- Pressen-KolbenraumPress piston chamber
- 105105
- Pressen-RingraumPresses annulus
- 107107
- Pressen-PumpenanordnungPress pump assembly
- 108108
- Pumpepump
- 109109
- Pumpepump
- 110110
- Pumpenwellepump shaft
- 111111
- Pressen-Pumpenantrieb, MotorPress pump drive, motor
- 112112
- Umrichterinverter
- 113113
- Pressen-GetriebePresses transmission
- 114114
- Druckseitepressure side
- 115115
- Controllercontroller
- 116116
- Positionssensorposition sensor
- 119119
- Stelleinrichtungsetting device
- 120120
- Umrichterinverter
- 121121
- Umrichter-AnordnungInverter arrangement
- 122122
- Saugseitesuction
- 150150
- Presseinrichtungpresser
- 151151
- EilgangkolbenEilgangkolben
- 152152
- EilgangkolbenraumEilgangkolbenraum
- 153153
- Hilfsmotorauxiliary engine
- 154154
- Hilfspumpe auxiliary pump
- D1D1
- Druckleitungpressure line
- D2D2
- Druckleitungpressure line
- D3D3
- Druckleitungpressure line
- L1L1
- Druckleitungpressure line
- L2L2
- Druckleitungpressure line
- L3L3
- Druckleitungpressure line
- L4L4
- Druckleitungpressure line
- L5L5
- Druckleitungpressure line
- L6L6
- Druckleitungpressure line
- L7L7
- Druckleitungpressure line
Claims (18)
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