DE102016120068A1 - Hydraulischer Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse - Google Patents

Hydraulischer Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für eine hydraulische Achse wie beispielsweise eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse, mit einer Fluidpumpe zur Bereitstellung eines Volumenstroms für einen Ziehvorgang von einem Fluidvorrat zu einem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hydraulische Antrieb eine Motorpumpeneinheit, eine Zirkulationsleitung und eine Ventilvorrichtung umfasst, wobei die Ventilvorrichtung zwischen der Fluidpumpe und dem Hydraulikzylinder angeordnet ist und wobei über die Ventilvorrichtung ein Volumenstrom von der Fluidpumpe zu dem Hydraulikzylinder und/oder von dem Hydraulikzylinder zu der Fluidpumpe führbar ist und wobei über die Zirkulationsleitung ein Zirkulationsvolumenstrom mittels der Fluidpumpe von dem Fluidvorrat zu der Fluidpumpe und von der Fluidpumpe zu dem Fluidvorrat zirkulierbar ist.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines solchen hydraulischen Antriebs.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse, wobei der hydraulische Antrieb eine Fluidpumpe zur Bereitstellung eines Volumenstroms von der Fluidpumpe zu einem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder zu der Fluidpumpe umfasst.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ziehkissen werden beispielsweise in Ziehpressen dazu eingesetzt, bei einem Pressvorgang eine der Bewegung des Stößels entgegen gerichtete und genau definierte Niederhaltekraft zu erzeugen, um ein kontrolliertes Nachfließen des Werkstoffs in das Ziehwerkzeug zu gewährleisten. Da die aufzubringende Ziehkissenkraft groß sein kann, muss von einem solchen Ziehkissen eine entsprechend große Energiemenge umgesetzt werden. Bei üblichen Pressenarbeitsgeschwindigkeiten können dabei in Ziehkissen bzw. an entsprechenden Krafterzeugungseinrichtungen Verlustleistungen im Kilowatt- bis Megawattbereich auftreten.
  • Es sind Lösungen mit elektromagnetisch basierter Rekuperation der Verlustleistungen bekannt. Des Weiteren sind Anordnungen zur Rückgewinnung der Verlustleistung im Einsatz, welche als Kombinationen aus Motor und Pumpe den beim Ziehvorgang entstehenden Volumenstrom volumetrisch dem Hauptkolben des Stößels wieder einspeisen. Hierfür sind entsprechend große Motoren bzw. Generatoren und Pumpen mit verhältnismäßig hoher Massenträgheit der bewegten Teile einzusetzen. Diese Massenträgheiten bedingen große Beschleunigungszeiten, bis die entsprechenden Auslegungszahlen bzw. Nenndrehzahlen erreicht werden. Zudem ist eine bezüglich Zeit und Position sehr genaue Synchronisierung eines Pumpenvolumenstroms und der Werkzeugbewegung notwendig. Dies hat sich in der Praxis als problematisch herausgestellt.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2006 058 630 A1 ist ein elektrohydraulischer Ziehkissenantrieb beschrieben. Das dort beschriebene hybride Konzept weist einen regelbaren, auch als Generator betreibbaren, Elektromotor auf, der ein Ziehkissen über ein hydraulisches Getriebe antreibt. Es kann somit eine hohe Regeldynamik beispielsweise über in dem Hydraulikkreis des Hydraulikgetriebes vorgesehene Regelventile erreichen und gleichzeitig eine Energierückgewinnung ermöglichen. Allerdings kann aufgrund der großen Trägheitsmassen keine hohe Dynamik bei einer Beschleunigung erreicht werden.
  • Die Druckschrift EP 1 882 534 B1 beschreibt eine elektro-hydraulische Ziehkissenvorrichtung für eine Presse. die eine Steuerung des Fluiddrucks ohne Vorbeschleunigung des Ziehkissens ermöglicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen hydraulischen Antriebs anzugeben, welche die genannten Nachteile lindern, insbesondere eine Reduzierung der hydraulischen Verlustleistung und gleichzeitig eine reproduzierbare und hinreichend genaue Einhaltung der Vorgaben für Position und Kraft über der Zeit ermöglichen. Insbesondere ist eine massenträgheitsunabhängige Beschleunigungsmöglichkeit der Antriebseinrichtung wünschenswert.
  • Die Aufgabe wird durch einen hydraulischen Antrieb gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb für eine hydraulische Achse, beispielsweise eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse, beispielsweise einer Blechpresse, weist eine Fluidpumpe zur Bereitstellung eines Volumenstroms für einen Ziehvorgang von einem Fluidvorrat zu einem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat. Der Fluidvorrat kann dabei Teil des hydraulischen Systems (geschlossenes System) oder außerhalb des hydraulischen Systems (offenes System) angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der hydraulische Antrieb eine Motorpumpeneinheit, eine Zirkulationsleitung und eine Ventilvorrichtung umfasst, wobei die Ventilvorrichtung zwischen der Fluidpumpe und dem Hydraulikzylinder angeordnet ist und wobei über die Ventilvorrichtung ein Volumenstrom von der Fluidpumpe zu dem Hydraulikzylinder und/oder von dem Hydraulikzylinder zu der Fluidpumpe führbar sind und über die Zirkulationsleitung ein Zirkulationsvolumenstrom mittels der Fluidpumpe von dem Fluidvorrat zu der Fluidpumpe und von der Fluidpumpe zu dem Fluidvorrat zirkulierbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist es mittels der Ventilvorrichtung möglich, den Hydraulikzylinder von der Fluidpumpe zu entkoppeln. Unter Entkoppeln wird verstanden, den Volumenstrom durch die Ventilvorrichtung mindestens auf ein Zehntel, bevorzugt mindestens auf ein Hundertstel des maximal möglichen Volumenstroms zu reduzieren. Gleichzeitig ist es möglich, mit der Fluidpumpe das in den Zu- und Ableitungen befindliche Fluid zu beschleunigen. Die Beschleunigung von Fluidpumpe und einem beteiligten Motor kann dabei unabhängig von einem Betriebszustand der Ziehkissenvorrichtung oder/und des Hydraulikzylinders und insbesondere vor dem eigentlichen Ziehvorgang erfolgen. Dies erlaubt es, die hierfür benötigten Komponenten für kleinere oder größere Leistungen jedoch mit einer reduzierten Dynamik auszulegen. Die Beschleunigung von Motor und Pumpe kann somit zeitlich entkoppelt vom eigentlichen Ziehprozess mit reduzierter Dynamik erfolgen. In einigen Anwendungsfällen können dadurch kleinere Antriebe zur Beschleunigung der Pumpe eingesetzt werden, da eine Beschleunigung in einem längeren Zeitraum erfolgen kann. Es kann aber auch sein, dass es vorteilhaft ist z.B. eine größeren Motor zur Beschleunigung der Pumpe vorzusehen, der eine größere Massenträgheit aufweist und somit nicht so schnell beschleunigt werden kann, einzusetzen. Nachteile daraus resultieren für das System nicht, da eine Beschleunigung der Motorpumpeneinheit bereits vor dem eigentlichen Ziehprozess erfolgen kann.
  • Somit ist erfindungsgemäß ein hydraulischer Antrieb angegeben, der sowohl in einem offenen als auch in einem geschlossenen hydraulischen Kreis betrieben werden kann und vorzugsweise für eine Ziehkissenvorrichtung einer elektrisch oder hydraulisch betriebenen Presse eingesetzt werden kann. Der hydraulische, insbesondere vorzugsweise reversierbar betreibbare, Ziehkissenantrieb kann einen Hydraulikzylinder, eine Ventilsteuerung, eine Motorpumpeneinheit sowie ein Bypassventil mit einem optionalen Pumpenabsicherungsventil umfassen und zeitlich unabhängig von der eigentlichen Bewegung der Presse oder einer anderen hydraulischen Achse seine Trägheitsmassen vorbeschleunigen und den zu erwartenden Fluidstrom (beispielsweise ein Hydrauliköl) von dem Ziehkissenzylinder einstellen, ohne dass sich eine vorher programmierte und an gefahrene obere Ziehkissenposition ändern muss.
  • Somit kann die Fluidpumpe auf eine für den Ziehvorgang geeignete Betriebsgeschwindigkeit unter Aufbau des Zirkulationsvolumenstromes beschleunigt werden. Dadurch baut sich ein Zirkulationsvolumenstrom auf. Bei der Zirkulationsleitung kann es sich beispielsweise um eine Bypassleitung handeln, die von dem Fluidvorrat gegenläufig parallel zu der Fluidpumpe in Richtung des Hydraulikzylinders verläuft und oberhalb der Fluidpumpe in eine Leitung von dem Hydraulikzylinder zu der Fluidpumpe mündet.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Motorpumpeneinheit dazu ausgelegt ist, das Fluid von dem Fluidvorrat in Richtung Hydraulikzylinder oder von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat zu fördern. Es kann also erfindungsgemäß möglich sein, für einen Abstrom eines Fluids von dem Hydraulikzylinder die Motorpumpeneinheit sowie weitere beteiligte Komponenten zu beschleunigen. Alternativ oder zusätzlich können für einen Zustrom eines Fluids zu dem Hydraulikzylinder die beteiligten Komponenten moduliert werden. Mittels des Zustroms kann beispielsweise der Hydraulikzylinder bewegt werden.
  • Bevorzugt ermöglicht der Zirkulationsvolumenstrom eine Beschleunigung der Fluidpumpe auf eine für einen Ziehvorgang geeignete Betriebsgeschwindigkeit. Beispielsweise ist der Zirkulationsvolumenstrom von einer Größe, die einem Volumenstrom entspricht, der bei einem Ziehvorgang entsteht. Allerdings können zum Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit der Fluidpumpe auch bereits kleinere Volumenströme ausreichend sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann, beispielsweise in der Bypassleitung, ein Bypassventil zur Parallelführung eines Volumenstroms parallel zu der Fluidpumpe vorgesehen sein, wobei der Zirkulationsvolumenstrom mittels der Fluidpumpe von dem Fluidvorrat über das Bypassventil in Richtung des Hydraulikzylinders und von dem Hydraulikzylinder über die Fluidpumpe zu dem Fluidvorrat förderbar ist. Es kann also ein Fluidvolumenstrom beispielsweise durch die Fluidpumpe hindurch und mittels der Fluidpumpe gefördert und somit beschleunigt werden. Beispielsweise bei einer Geschlossenstellung des Zustromventils und des Abstromventils der Ventilvorrichtung kann somit der verbleibende, durch die Fluidpumpe förderbare Fluidvolumenstrom beschleunigt werden und in den Leitungen zirkulieren. Da dieses Beschleunigen ohne zeitliche oder druckmäßige Kopplung an die Ziehpressenvorrichtung erfolgen kann, können die beteiligten Komponenten kleiner oder größer und für geringere Beschleunigungen ausgelegt werden.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der hydraulische Antrieb eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Synchronisierungsvolumenstrom von der Ziehkissenvorrichtung, insbesondere von dem Hydraulikzylinder, zu der Fluidpumpe zu erzeugen, wobei der Synchronisierungsvolumenstrom einem Volumenstrom entspricht, der bei einem Ziehvorgang auftritt. Es kann also der bei einem Ziehvorgang auftretende und durch den Ziehvorgang ausgelöste Volumenstrom bereits vorab beispielsweise mittels der Fluidpumpe als Synchronisierungsvolumenstrom erzeugt werden. Somit steht beispielsweise bei kritischen Zeitpunkten, wie beispielsweise beim Auftreffen eines Oberwerkzeugs auf ein Unterwerkzeug, das beispielsweise von einem Ziehkissen gebildet werden kann, ein vorbestimmter Volumenstrom bereits zur Verfügung.
  • In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Synchronisierungsvolumenstrom in einer Zeit zu erzeugen, die größer ist als eine Zeit, die zum Aufbau eines entsprechenden Volumenstroms während eines Ziehvorgangs benötigt wird. Dies ermöglicht, wie bereits oben erläutert, das Verwenden einer hinsichtlich der Beschleunigung kleiner ausgelegten Anlage, was wiederum auftretende Verluste und dergleichen reduziert.
  • Besonders vorteilhaft kann bei einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den Synchronisierungsvolumenstrom zeitlich entkoppelt von einem Ziehvorgang zu steuern. Beispielsweise kann die Bereitstellung des Synchronisierungsvolumenstroms vor dem eigentlichen Auftreten des zugeordneten tatsächlichen Volumenstroms von dem Hydraulikzylinder erfolgen.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der hydraulische Antrieb einen Sensor zur Bereitstellung eines Wegsignals und/oder eines Drucksignals aufweist. Mittels eines solchen Sensors kann der Betriebszustand der Ziehkissenvorrichtung, insbesondere des Hydraulikzylinders, erfasst werden. Beispielsweise kann so ein aktueller oder ein zu erwartender Volumenstrom, verursacht durch einen Ziehvorgang, erkannt oder prognostiziert werden und so der Zirkulationsvolumenstrom oder/und der Synchronisationsvolumenstrom mit einem ausreichenden zeitlichen Vorlauf erzeugt und/oder synchronisiert werden. Dieser zusätzliche zeitliche Vorlauf erlaubt eine geringere Dimensionierung der beteiligten Komponenten wie beispielsweise die Fluidpumpe, ein die Fluidpumpe antreibender Motor oder dergleichen.
  • Bei einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wegsignal mit einer Stellung des Hydraulikzylinders der Ziehkissenvorrichtung korreliert. Somit kann beispielsweise anhand der Stellung des Kolbens des Hydraulikzylinders oder anhand des zeitlichen Verlaufs der Stellung des Kolbens Aussagen über einen tatsächlichen oder einen zu erwartenden Volumenstromverlauf getroffen und der Synchronisierungsvolumenstrom oder der Zirkulationsvolumenstrom entsprechend vorbereitet oder erzeugt werden.
  • Dies ist bei einer konkreten Ausführungsform realisiert, die vorsieht, dass unter Einbeziehung des Wegsignals oder/und des Drucksignals der Synchronisierungsvolumenstrom oder/und der Zirkulationsvolumenstrom steuerbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, den Synchronisierungsvolumenstrom an den zu erwartenden Volumenstrom zu synchronisieren. Unter dem Synchronisierungsvolumenstrom wird ein Volumenstrom durch die Fluidpumpe verstanden, der vor oder gleichzeitig zu einem stattfindenden Ziehvorgang erzeugt wird und an einen Volumenstrom angepasst ist, der durch einen stattfindenden Ziehvorgang erzeugt wird oder erwartet wird. Der Synchronisierungsvolumenstrom steht nach einem Öffnen der Ventilvorrichtung mit dem Volumenstrom, der durch den Ziehvorgang erzeugt wird, in fluidischer Verbindung.
  • Der Zirkulationsvolumenstrom hingegen dient der Beschleunigung der beteiligten Komponenten wie Fluidpumpe oder Pumpenmotor und gegebenenfalls zur Erzeugung eines ausreichend großen Volumenstroms vor einem zu erwartenden Volumenstrom durch einen Ziehvorgang und ist von dem zu erwartenden Volumenstrom fluidisch (noch) getrennt, beispielsweise durch die Ventilvorrichtung. Der Zirkulationsvolumenstrom kann kleiner als ein Synchronisationsvolumenstrom oder als ein Volumenstrom sein, der während eines Ziehvorgangs entsteht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für das Abstromventil der Ventilvorrichtung ein Vorspanndruck vorgebbar ist. Der Vorspanndruck kann beispielsweise dazu geeignet sein, das Eigengewicht des Hydraulikzylinders und des Ziehkissens zu tragen. Somit kann durch das druckgesteuerte Schließen des Abstromventils eine Ruheposition des Ziehkissens gehalten werden. Unter der Ruheposition oder Stillstand wird neben einem absoluten Stillstand auch eine Bewegung von 1 mm/sec bis 1 mm/min verstanden.
  • Bei einer konkreten Ausgestaltung des hydraulischen Antriebs kann vorgesehen sein, dass auf der Saugseite der Fluidpumpe eine Vorpumpe und/oder ein Druckspeicher zur Erzeugung eines Vordrucks für die Fluidpumpe vorgesehen sind. Dies unterstützt die Fluidpumpe und erlaubt gegebenenfalls eine kleinere Auslegung der Fluidpumpe, kann aber jedenfalls zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Fluidpumpe beitragen.
  • Bei einer Weiterbildung des hydraulischen Antriebs ist vorgesehen, über das Abstromventil einen Beschleunigungsvolumenstrom zu erzeugen, der dazu geeignet ist, das Ziehkissen vorzubeschleunigen. Es kann also beispielsweise vor einem Auftreffen eines Stößels auf das Ziehkissen dasselbe durch einen geeigneten Beschleunigungsvolumenstrom vorbeschleunigt werden. Der beim Auftreffen auf das Ziehkissen übertragene Impuls kann dadurch entscheidend verringert werden. Diese Möglichkeit zu so genannten Aufsynchronisierung des Ziehkissenzylinder kann beispielsweise über eine ringseitig verfügbare Fläche und eine entsprechende Ansteuerung erfolgen.
  • Es kann bei einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Abstromventil als Lasthalteventil ausgebildet ist. Das Lasthalteventil kann mehrere unterschiedlich vorgespannte Rückschlagventile ersetzen und weist den Vorteil auf, dass eine Einstellung auf unterschiedliche Werkzeuge, insbesondere auf verschiedene Werkzeuge mit unterschiedlichem Gewicht, auf einfache Weise möglich ist. Beispielsweise kann es notwendig sein, eine Verstellung von einem Werkzeug mit 2,5 t Gewicht auf ein Werkzeug mit 4 t Gewicht vorzunehmen. Dies kann besonders einfach mittels eines einstellbaren Lasthalteventils durchgeführt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des hydraulischen Antriebs ist eine Druckquelle zur Vorspannung eines Druckraums des Hydraulikzylinders der Ziehvorrichtung vorgesehen. Bei der Druckquelle kann es sich beispielsweise um einen Druckspeicher handeln. Somit kann die Abwärtsbewegung des Ziehkissens, ansonsten ausschließlich getrieben durch die Schwerkraft, unterstützt werden. Statt des Druckspeichers als Druckquelle oder zusätzlich kann eine steuerbare Druckquelle wie beispielsweise eine Motorpumpe-Kombination eingesetzt werden. Die Druckquelle für die Vorbeschleunigung kann auch zu Sicherheitszwecken trennbar sein, beispielsweise über ein Schaltventil. Zusätzlich kann über ein solches Schaltventil eine sehr reproduzierbare aktive Vorbeschleunigung des Kolbens ausgelöst werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des hydraulischen Antriebs sieht vor, dass ein erster und ein zweiter Druckraum des Hydraulikzylinders schaltbar miteinander verbunden sind. Das schaltbare Verbinden bzw. Koppeln der beiden Druckräume des Aktuators erlaubt auch ein Vorbeschleunigen des Kolbens des Hydraulikzylinders.
  • Bei einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung der Findung ist vorgesehen, dass die Motorpumpeneinheit dazu ausgelegt ist, aus einem Flur Volumenstrom in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie zu gewinnen. Diese so wieder gewonnene Energie kann durch entsprechende Maßnahmen wiederverwendet werden.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung einer Fluidpumpe sowie einer Ventilvorrichtung für einen hydraulischen Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse gemäß dem unabhängigen Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in dem abhängigen Anspruch angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Fluidpumpe sowie einer Ventilvorrichtung für einen hydraulischen Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse sieht vor, dass mittels der Fluidpumpe ein Volumenstrom von einem Fluidvorrat über die Ventilvorrichtung zu einem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder über die Ventilvorrichtung zu dem Fluidvorrat erzeugbar und über die Ventilvorrichtung steuerbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Fluidpumpe beschleunigt wird, wobei ein Zirkulationsstrom mittels der Fluidpumpe von dem Fluidvorrat zu der Fluidpumpe und von der Fluidpumpe zu dem Fluidvorrat in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung rundgeführt wird. In der Geschlossenstellung der Ventilvorrichtung ist die Fluidpumpe von dem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung entkoppelt und kann zeitlich entkoppelt vom eigentlichen Ziehprozess mit reduzierter Dynamik beschleunigt werden. Dies erlaubt eine Auslegung beispielsweise der Fluidpumpe oder anderer beteiligter Komponenten auf geringere Beschleunigungswerte. Gleichzeitig ist eine Implementierung in bestehende Anlagen möglich.
  • Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach Erreichen einer Betriebsgeschwindigkeit der Fluidpumpe, bei der ein für einen Ziehvorgang ausreichender Volumenstrom förderbar ist, die Ventilvorrichtung geöffnet wird und ein Ziehvolumenstrom von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat verläuft. Das Öffnen der Ventilvorrichtung kann dabei beispielsweise automatisch ablaufen. Somit kann nach dem Beschleunigen der Fluidpumpe auf ihre Betriebsgeschwindigkeit, das beispielsweise bei dem Ziehvolumenstrom oder auch bei einem niedrigeren Volumenstrom als dem eigentlichen Ziehvolumenstrom erfolgen kann, der eigentliche bei dem Ziehvorgang entstehende Ziehvolumenstrom zu dem Fluidvorrat gefördert werden.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs,
    • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs,
    • 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs,
    • 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform als Alternative zu der dritten Ausführungsform des hydraulischen Antriebs der 3,
    • 5 eine schematische Darstellung eine alternativen Ausführungsform der 1;
    • 6 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung der Ausführungsform der 1;
    • 7 eine schematische Detaildarstellung einer Alternative der in 6 dargestellten Ausführungsform,
    • 8 eine schematische Detaildarstellung einer weiteren Alternative zu den in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen,
    • 9 eine schematische Detaildarstellung einer die in den vorhergehenden Figuren dargestellten Ausführungsformen ergänzenden Ausführungsform,
    • 10 eine schematische Detaildarstellung einer die in den vorhergehenden Figuren dargestellten Ausführungsformen ergänzenden Ausführungsform,
    • 11 eine schematische Detaildarstellung einer die in den vorhergehenden Figuren dargestellten Ausführungsformen ergänzenden Ausführungsform,
    • 12 eine schematische Darstellung einer Weiterbildung des hydraulischen Antriebs.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung einen hydraulischen Antrieb 10 für einen Ziehkissenzylinder 12 einer Ziehkissenvorrichtung einer Presse (nicht abgebildet).
  • Der Hydraulikzylinder 12 weist einen Ziehkolben 13, einen sich bei einem Ziehvorgang verkleinernden Druckraum 19 und einen sich bei einem Ziehvorgang vergrößernden stangenseitigen Druckraum 21 auf.
  • Der hydraulische Antrieb 10 weist Ventile 14, 15, 16 auf, die mit der Fluidpumpe 18 des hydraulischen Antriebs 10 verbunden sind. Die Fluidpumpe 18 wird über einen Motor 20 in bekannter Weise angetrieben und über einen Fluidvorrat 23 gespeist und kann in diesen Fluidvorrat 23 zurückfördern. Der Motor 20 ist reversierbar und kann in zwei Richtungen antreiben oder als Generator angetrieben werden. Die Ventile 14, 15, 16 bilden eine Ventileinrichtung 17.
  • In der Ventileinrichtung 17 der 1 sind beispielsweise zwei Ventile 14, 15 hintereinander geschaltet und erlauben einen Volumenstrom von einem Druckraum 19 des Ziehkissenzylinders 12 zu der Pumpe 18 und weiter zu dem Fluidvorrat 23. Sie sind deshalb als Abstromventile 14, 15 bezeichnet. Das Ventil 16 erlaubt einen Volumenstrom von dem Fluidvorrat 23 über die Fluidpumpe 18 in einen Druckraum 19 des Ziehkissenzylinders 12 und wird als Zustromventil 16 bezeichnet.
  • Neben den bereits genannten Ventilen 14, 15, 16 ist ein Bypassventil 22 parallel zur Pumpe 18 vorgesehen. Das Bypassventil 22 ist als Rückschlagventil, wie die Ventile 14, 15, 16, ausgebildet und ermöglicht einen Betrieb der Pumpe 18 bei geschlossenen Abstromventilen 14, 15 durch eine Speisung aus dem Fluidvorrat 23, der beispielsweise als Tank ausgebildet sein kann, wie später noch ausführlicher erläutert werden wird. Als Absicherung gegen Überdruck ist ein Ventil 24 vorgesehen, das eine Druckentlastung bei zu hohem Systemdruck ermöglicht.
  • Des Weiteren ist eine Steuereinrichtung 11 vorgesehen, die über gestrichelt angedeutete Informations- oder/und Steuerleitungen mit allen relevanten Bauteilen des hydraulischen Antriebs 10 verbunden ist. Bei der Steuereinrichtung kann es sich um eine lokal verortete oder um eine delokalisierte Steuereinrichtung handeln, die beispielsweise von einem anderen Standort aus mit den Bauteilen verbunden ist. Bei den Steuerleitungen kann es sich um drahtgebunden Leitungen wie beispielsweise Kabel, um drahtlose Leitungen wie beispielsweise Funkverbindungen oder beispielsweise um Kanäle eines Bussystems handeln oder fluidisch oder mechanische Ankoppelungen. Es ist auch nicht zwangsläufig notwendig, alle relevanten Bauteile mittels Steuerleitungen zu verbinden. Beispielsweise können auch einzelne Bauteile wie beispielsweise die Ventileinrichtung 17 unverbunden und alleine über einen Lastwechsel schaltbar sein.
  • Es sind verschiedene Betriebsmodi des hydraulischen Antriebs 10 möglich und vorgesehen, die im Folgenden zunächst anhand der 1 erläutert werden.
  • Bei zunächst abgeschalteter Pumpe 18 ist der Vorspanndruck der Abstromventile 14, 15 so gewählt, dass er das Eigengewicht des Kolben 13 des Ziehkissenzylinders 12 sowie ein daran angebrachtes Ziehkissen (nicht abgebildet) tragen kann. Mit dieser fluidischen Trennung des Ziehkissenzylinders 12 von dem hydraulischen Antrieb 10 kann der Motor 20 mit der Pumpe 18 auf eine zu erwartende Ziehgeschwindigkeit, d.h. einen zu erwartenden Ziehvolumenstrom, beschleunigt werden. In diesem Betriebszustand fließt kein Hydraulikfluid aus dem Druckraum 19 des Hydraulikzylinders 12.
  • Vielmehr fördert die Pumpe 18 über das Bypassventil 22 aus dem Fluidvorrat 23. Der so entstehende Zirkulationsvolumenstrom ermöglicht eine Beschleunigung von Motor 20 und Pumpe 18 auf einen zu erwartenden Ziehvolumenstrom, kann aber aufgrund der fluidischen Entkopplung über die Abstromventile 14, 15 zeitlich entkoppelt vor dem eigentlichen Ziehprozess erfolgen. Somit muss die Beschleunigung nicht mit einer Dynamik erfolgen, die an den Ziehprozess angepasst ist und kann entsprechend reduziert sein. Es können somit geringere Anforderungen an die Komponenten wie Motor 20 und Pumpe 18 gestellt werden.
  • Wenn nun während eines Ziehprozesses ein Oberwerkzeug auf ein Unterwerkzeug, also ein Ziehkissen, trifft, entsteht durch die zusätzliche Kraft, die auf den Ziehkissenkolben 13 ausgeübt und über den Druckraum 19 an den hydraulischen Antrieb 10 weitergegeben wird, ein zusätzlicher Druck, der den Vorspanndruck der Abstromventile 14, 15 übersteigt. Die Abstromventile 14, 15 öffnen sich und es entsteht ein durch den Ziehprozess bestimmter Ziehprozess-Volumenstrom. Durch den zuvor herrschenden Zirkulationsvolumenstrom sind Motor 20 und Pumpe 18 auf entsprechende Drehzahlen beschleunigt und auf den zu erwartenden Volumenstrom synchronisiert, d.h. sie haben den Synchronisierungsvolumenstrom erreicht. Der während des Ziehprozesses herrschende Volumenstrom kann zu dem Fluidvorrat 23 abfließen und es kann die den Ziehprozess regelnde Prozessregelung einsetzen.
  • Während des eigentlichen Ziehprozesses werden in Abhängigkeit von der Werkstückgüte Drehzahl-Zeit- und/oder Drehzahl-Positionskorrelationen beachtet. Dabei sind keine druck- oder kraftaufnehmenden Umformer des hydraulischen Antriebs 10 in den Regelkreis eingebunden. Sie können aber für eine Überwachung des Ziehprozesses eingesetzt werden. Dieser Umstand ermöglicht eine Implementierung des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 10 in bereits bestehende Anlagen.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform des hydraulischen Antriebs 100. Für gleiche oder vergleichbare Merkmale sind gleiche Bezugszeichen vergeben. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet. Neue oder geänderte Merkmale werden mit Bezugszeichen bezeichnet, die im Vergleich zu 1 um 100 erhöht sind.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform des hydraulischen Antriebs 100 ist auf der Saugseite der Fluidpumpe 18 eine weitere Sekundärpumpe 118 vorgesehen, welche das Betriebsverhalten der Fluidpumpe 18 verbessert.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 200.
  • Für gleiche oder vergleichbare Merkmale sind gleiche Bezugszeichen vergeben. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet. Neue oder geänderte Merkmale werden mit Bezugszeichen bezeichnet, die im Vergleich zu 2 um 100 erhöht sind.
  • Neben der Fluidpumpe 18 ist mit dem stangenseitigen Druckraum 21 eine weitere Sekundärpumpe 218 mit angeschlossenem Motor 220 verbunden. Mit dieser Anordnung kann das mit dem Ziehkolben 13 verbundene Ziehkissen (nicht abgebildet) vorbeschleunigt werden.
  • Des Weiteren ist an der Fluidpumpe 18 ein Druckspeicher 219 vorgesehen. Es liegt bei dem Fluidkreislauf der 3 ein geschlossener Kreislauf ohne offenen Vorratstank vor. Der Druckspeicher 219 ist als geschlossener Tank ausgebildet und liefert einen Vordruck, der das Betriebsverhalten der Fluidpumpe 18 verbessern kann.
  • Der hydraulische Antrieb der 3 ist hier beispielhaft ohne Steuereinrichtungen ausgelegt. Beispielsweise kann das Öffnen der Abstromventile 14, 15 passivisch durch entsprechende Schwellenwerte, d.h. bei einem Überschreiten eines bestimmten Drucks, erfolgen.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs 300 als Alternative zu der dritten Ausführungsform, wie sie in 3 gezeigt ist.
  • Für gleiche oder vergleichbare Merkmale sind gleiche Bezugszeichen vergeben. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet. Neue oder geänderte Merkmale werden mit Bezugszeichen bezeichnet, die im Vergleich zu 3 um 100 erhöht sind.
  • Anstatt der bei der dritten Ausführungsform des hydraulischen Antriebs 200 vorgesehenen Sekundärpumpe 218 ist ein mittels eines Proportional- oder Schaltventils 321 zu- und abschaltbarer Druckspeicher 319 in dem stangenseitigen Druckraum 21 des Hydraulikzylinders 12 vorgesehen. Durch die Abschaltbarkeit weist diese Vorbeschleunigungsmöglichkeit eine größere Sicherheit auf.
  • Zusätzlich ist der Druckspeicher 219 mit einer weiteren Pumpe 318 mit einem entsprechenden Motor 320 vorspannbar.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs 400 zu der ersten Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist.
  • Für gleiche oder vergleichbare Merkmale sind gleiche Bezugszeichen vergeben. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet. Neue oder geänderte Merkmale werden mit Bezugszeichen bezeichnet, die im Vergleich zu 4 um 100 erhöht sind.
  • Anstelle der Ventilvorrichtung 17 der 1 ist ein Lasthalteventil 417 vorgesehen. Dieses hat den Vorteil, dass in der Ziehvorrichtung eine Einstellung auf unterschiedliche Werkzeuge, insbesondere mit unterschiedlichem Gewicht, auf einfache Weise möglich ist. Beispielsweise kann eine Verstellung von 2,5 t Gewicht auf 4 t Gewicht ohne weiteren Umbau der Ventilvorrichtung 417 vorgenommen werden.
  • Gleichzeitig ist in der Ausführungsform der 5 ein Wegsensor 428 zur Ermittlung der Position oder/und des Bewegungszustandes des Kolbens 13 in dem Hydraulikzylinder 12 dargestellt. Dieses Merkmal kann sowohl alleine als auch in Kombination mit anderen Merkmalen dieser und anderen in dieser Anmeldung dargestellten Ausführungsformen realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich zu dem Wegsensor 428 können weitere Wegsensoren oder auch Drucksensoren eingesetzt werden, um den Bewegungs- oder/und Betriebszustand der Ziehvorrichtung und insbesondere des Hydraulikzylinders zu bestimmen.
  • 6 zeigt in einer schematischen Teildarstellung eine Weiterbildung der Ausführungsform des hydraulischen Antriebs 10 der 1.
  • Für gleiche oder vergleichbare Merkmale sind gleiche Bezugszeichen vergeben. Auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale wird verzichtet. Neue oder geänderte Merkmale werden mit Bezugszeichen bezeichnet, die im Vergleich zu 5 um 100 erhöht sind.
  • Der in 6 gezeigte hydraulische Antrieb 500 ist, verglichen mit dem hydraulischen Antrieb 10 der 1, um eine Druckquelle für den stangenseitigen Druckraum 21 des Hydraulikzylinders 12 ergänzt, die in der vorliegenden Ausführungsform als Druckspeicher 519 ausgeführt ist.
  • Wie des Weiteren in der schematischen Teildarstellung der 7 gezeigt ist, kann bei einem hydraulischen Antrieb 600 anstelle des Druckspeichers 519 auch eine steuerbare Druckquelle, beispielsweise eine Pumpe 618 mit einem Motor 620.
  • Wie weiter in der schematischen Teildarstellung der 8 dargestellt ist, kann bei einer Ausführungsform des hydraulischen Antriebs 700 die Druckquelle 519, beispielsweise zu Sicherheitszwecken, von dem stangenseitigen Druckraum 21 mittels eines Proportional- oder Schaltventils 724 trennbar sein. Als weiterer Vorteil kann über das Proportional- oder Schaltventil 724 eine sehr reproduzierbare aktive Vorbeschleunigung des Ziehkolbens 13 ausgelöst werden.
  • In der 9 ist in einer schematischen Teildarstellung dargestellt, dass bei einer weiteren Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs 800 der Tankanschluss der Fluidpumpe 18 über das Bypassventil 22 mit einer Speisepumpe 818 mit einem Motor 820 erfolgen kann, um das Saugverhalten der Fluidpumpe 18 zu verbessern und eine Kavitationsneigung zu verringern.
  • Weiter kann, wie bei einer in 10 gezeigten weiteren Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs 900, die Speisepumpe 818 durch einen Druckspeicher 919 gestützt werden.
  • Der Tank kann, wie bei einer in der schematischen Teildarstellung der 11 gezeigten Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs 1000, als geschlossenes System 1026 ausgeführt sein.
  • Als Weiterbildung der Erfindung können, wie dies in dem in der schematischen Teildarstellung der 12 dargestellten hydraulischen Antrieb 1100 veranschaulicht ist, die beiden Druckräume 19, 21 des Hydraulikzylinders 12 miteinander schaltbar gekoppelt sein, beispielsweise durch ein Schaltventil 1124. Dies hat den Vorteil, dass auch der Kolben 13 des Hydraulikzylinders vorbeschleunigt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006058630 A1 [0004]
    • EP 1882534 B1 [0005]

Claims (15)

  1. Hydraulischer Antrieb (10) für eine hydraulische Achse, mit einer Fluidpumpe (18) zur Bereitstellung eines Volumenstroms für einen Ziehvorgang von einem Fluidvorrat zu einem Hydraulikzylinder (12) der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder (12) zu dem Fluidvorrat (18), dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Antrieb (10) eine Motorpumpeneinheit (18, 20), eine Zirkulationsleitung (22) und eine Ventilvorrichtung (17) umfasst, wobei die Ventilvorrichtung (17) zwischen der Fluidpumpe (18) und dem Hydraulikzylinder (12) angeordnet ist und wobei über die Ventilvorrichtung (17) ein Volumenstrom von der Fluidpumpe (18) zu dem Hydraulikzylinder (12) und/oder von dem Hydraulikzylinder (12) zu der Fluidpumpe (18) führbar ist und wobei über die Zirkulationsleitung (22) ein Zirkulationsvolumenstrom mittels der Fluidpumpe (18) von dem Fluidvorrat (23) zu der Fluidpumpe (18) und von der Fluidpumpe (18) zu dem Fluidvorrat (23) zirkulierbar ist.
  2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, wobei die Motorpumpeneinheit dazu ausgelegt ist, das Fluid von dem Fluidvorrat in Richtung Hydraulikzylinder oder von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat zu fördern.
  3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fluidpumpe (18) auf eine für den Ziehvorgang geeignete Betriebsgeschwindigkeit unter Aufbau des Zirkulationsvolumenstromes beschleunigbar ist.
  4. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, mit einem Bypassventil (22) zur Parallelführung des Zirkulationsvolumenstroms parallel zu der Fluidpumpe (18), wobei der Zirkulationsvolumenstrom mittels der Fluidpumpe (18) von dem Fluidvorrat (23) über das Bypassventil (22) in Richtung des Hydraulikzylinders (12) und von dem Hydraulikzylinder (12) über die Fluidpumpe (18) zu dem Fluidvorrat (23) förderbar ist.
  5. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung (11), die dazu eingerichtet ist, einen Synchronisierungsvolumenstrom von der Ziehkissenvorrichtung zu der Fluidpumpe (18) zu erzeugen, der einem Volumenstrom entspricht, der bei einem Ziehvorgang auftritt.
  6. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu eingerichtet ist, den Synchronisierungsvolumenstrom in einer Zeit zu erzeugen, die größer ist als eine Zeit, die zum Aufbau eines entsprechenden Volumenstroms während eines Ziehvorgangs benötigt wird.
  7. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu geeignet ist, den Synchronisierungsvolumenstrom zeitlich entkoppelt von einem Ziehvorgang zu steuern.
  8. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hydraulische Antrieb (10) einen Sensor (428) zur Bereitstellung eines Wegsignals und/oder eines Drucksignals aufweist, wobei das Wegsignal oder/und das Drucksignal mit einer Stellung des Hydraulikzylinders (12) der Ziehkissenvorrichtung korreliert.
  9. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 8, wobei der Synchronisierungsvolumenstrom unter Einbeziehung des Wegsignals oder/und des Drucksignals steuerbar ist.
  10. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Ventilvorrichtung (17) ein Vorspanndruck vorgebbar ist.
  11. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über die Ventilvorrichtung (17) ein Beschleunigungsvolumenstrom erzeugbar ist, der dazu geeignet ist, das Ziehkissen vorzubeschleunigen.
  12. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster (19) und ein zweiter (21) Druckraum des Hydraulikzylinders (12) schaltbar miteinander verbunden sind.
  13. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motorpumpeneinheit dazu ausgelegt ist, aus einem Fluidvolumenstrom in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie zu gewinnen.
  14. Verfahren zur Steuerung einer Fluidpumpe sowie einer Ventilvorrichtung für einen hydraulischen Antrieb für eine Ziehkissenvorrichtung einer Presse, wobei mittels der Fluidpumpe ein Volumenstrom von einem Fluidvorrat über die Ventilvorrichtung zu einem Hydraulikzylinder der Ziehkissenvorrichtung und von dem Hydraulikzylinder über die Ventilvorrichtung zu dem Fluidvorrat erzeugbar und über die Ventilvorrichtung steuerbar ist, umfassend: Beschleunigen der Fluidpumpe, wobei ein Zirkulationsstrom mittels der Fluidpumpe von dem Fluidvorrat zu der Fluidpumpe und von der Fluidpumpe zu dem Fluidvorrat in einem geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung rundgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei nach Erreichen einer Betriebsgeschwindigkeit der Fluidpumpe, bei der ein für einen Ziehvorgang ausreichender Volumenstrom förderbar ist, die Ventilvorrichtung geöffnet wird und ein Ziehvolumenstrom von dem Hydraulikzylinder zu dem Fluidvorrat verläuft.
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