DE102019209335A1

DE102019209335A1 - Hydraulik-Steuerblock und hydraulische Achse mit dem Steuerblock

Info

Publication number: DE102019209335A1
Application number: DE102019209335.3A
Authority: DE
Inventors: Manuel Rumpel; Johannes Schwacke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-12-31
Also published as: US11788560B2; WO2020260124A1; CN113994104A; US20220282741A1; EP3990789A1

Abstract

Offenbart ist ein Hydraulik-Steuerblock zur Steuerung einer Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders einer hydraulischen Achse. Zudem ist eine hydraulische Achse mit dem Steuerblock offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulik-Steuerblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine hydraulische Achse mit dem Steuerblock gemäß Patentanspruch 15.
Eine hydraulische Achse, insbesondere Linearachse, insbesondere Kompaktachse, weist einen Hydrozylinder in geschlossenem, oder bei notwendiger Kompensation von Differenzvolumen in teilgeschlossenem, hydraulischen Kreis auf. Bei geringem Ölvolumen, kann mittels der Achse mit hoher Dynamik, Präzision und Kraft gepresst, gefügt oder geschlossen werden. Typische Anwendungen für derartige Achsen sind Pressen, Spritzgussmaschinen, Hexapode für Simulatoren oder dergleichen. Weist die Achse einen zusätzlichen Servoantrieb auf, ist zusätzlich eine extrem hohe Positioniergenauigkeit und zudem eine gute elektrische/elektronische Vernetzbarkeit gegeben.
Eine gattungsgemäße servohydraulische Achse zeigt das Datenblatt RD 08137 / 2018 - 02 der Anmelderin. Die kompakt aufgebaute Achse hat einen Servoaktor, einen Hydraulik-Steuerblock, sowie einen Hydraulikzylinder, einen Hydrospeicher und Steuerelemente wie beispielsweise Ventile, sowie eine Leistungselektronik.
Neben aufgelösten Bauformen der Achse, in denen die genannten Komponenten durch Schläuche, Leitungen, Rohre an den zentralen Steuerblock angebunden sind, sind auch Kompaktbauformen mit direkter mechanischer und hydraulischer und elektrischer Anbindung an den Steuerblock möglich.
Der Steuerblock muss dabei in der Konstruktion und in der Fertigung individuell auf jeden spezifischen Hydrozylinder bezüglich Druckmittevolumenstrom und insbesondere der Anzahl druckmittelversorgter Arbeitsraume angepasst sein, was kostenintensiv ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen günstigeren Hydraulik-Steuerblock für eine hydraulische oder servohydraulische Achse zu schaffen, sowie eine entsprechende Achse damit.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen Hydraulik-Steuerblock mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite Aufgabe durch eine hydraulische Achse mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Ein hydraulischer Steuerblock zur Steuerung der Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders einer hydraulischen oder servohydraulischen Achse hat eine hydraulische Schaltungsstruktur. Diese weist insbesondere feste und schaltbare hydraulische Komponenten und Mittel, wie beispielsweise Druckmittelkanäle und Ventile, auf, die zur Steuerung notwendig sind. Erfindungsgemäß ist die Schaltungsstruktur generisch mit Bezug zu mehreren spezifischen Hydrozylindern mit unterschiedlicher Kolbenflächenzahl. Die generische Schaltungsstruktur ist derart, dass aus ihr wahlweise eine aus mehreren spezifischen hydraulischen Schaltungsstrukturen konfigurierbar ist. Eine jeweilige Schaltungsstruktur ist dabei einem jeweiligen der spezifischen Hydrozylinder zugeordnet.
In anderen Worten enthält der Steuerblock feste und schaltbare hydraulische Mittel, insbesondere Komponenten und Druckmittelkanäle, für mehrere spezifische Schaltungsstrukturen. Aus dieser Menge Schaltungsstrukturen ist in Abhängigkeit des spezifischen Hydrozylinders, der über den Steuerblock gesteuert werden soll, wahlweise eine spezifische Schaltungsstruktur auswählbar und konfigurierbar.
Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, für jeden spezifischen Hydrozylinder mit spezifischer Kolbenflächenzahl einen spezifischen Steuerblock zu fertigen, sondern es kann ein generischer Steuerblock für verschiedene, spezifische Hydrozylinder gefertigt werden, was zu Stückzahleneffekten und verringerten Kosten führt.
Der Hydrozylinder, dessen Druckmittelversorgung über den Steuerblock steuerbar oder gesteuert ist, hat in einer Weiterbildung ein, zwei, drei oder vier Kolbenflächen. In der Ausprägung mit zwei Kolbenflächen ist er beispielsweise als Gleichgang- oder als Differentialzylinder ausgestaltet. Im Falle von drei, vier oder mehr Kolbenflächen, sind Bauformen als Tandemzylinder, Eilgangzylinder oder Teleskopzylinder möglich.
In einer Weiterbildung sind in einer ersten konfigurierten der Schaltungsstrukturen Versorgungsanschlüsse des Steuerblocks, die mit einer Hoch- und mit einer Niederdruckseite einer Hydromaschine oder Hydropumpe fluidisch verbindbar sind, jeweils mit nur einem Arbeitsanschluss des Steuerblocks, der in der ersten Schaltungsstruktur einer der Kolbenflächen des Hydrozylinders fest zuordenbar oder zugeordnet ist, fluidisch verbindbar oder verbunden. Eine solche Schaltungsstruktur kann beispielsweise den Hydrozylinder in der Ausprägung mit zwei Kolbenflächen oder hydrostatischen Arbeitsräumen steuern und ist bei der Anmelderin unter der Bezeichnung „A“-Schaltungsstruktur für einen Differentialzylinder und „B“-Schaltungsstruktur für einen Gleichgangzylinder bekannt.
In einer Weiterbildung ist in einer zweiten konfigurierten der Schaltungsstrukturen wenigstens einer der Versorgungsanschlüsse mit mehreren von Arbeitsanschlüssen des Steuerblocks, die in der zweiten Schaltungsstruktur jeweils einer der Kolbenflächen des Hydrozylinders fest zuordenbar oder zugeordnet sind, fluidisch verbindbar oder verbunden. Eine solche Schaltungsstruktur kann beispielsweise den Hydrozylinder in der Ausprägung mit drei oder mehr Kolbenflächen oder hydrostatischen Arbeitsräumen steuern und ist bei der Anmelderin unter der Bezeichnung „E“-Schaltungsstruktur bekannt.
In einer Weiterbildung hat der Steuerblock ein, insbesondere genau oder nur ein, lösbar anordenbares Verschlussmittel, über dessen wahlweise Anordnung und/oder Lösung und einen damit einhergehenden, zumindest abschnittsweisen hydraulischen Verschluss eines im Steuerblock ausgestalteten Strömungspfades, eine der Schaltungsstrukturen konfigurierbar oder konfiguriert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Verschlussmittel von außerhalb des Steuerblocks zugänglich lösbar anordenbar oder angeordnet.
Vorzugsweise ist das Verschlussmittel eine Schraube oder ein druckfest anordenbarer Stopfen.
Alternativ kann das Verschlussmittel als in Abhängigkeit der gewünschten Konfiguration betätigbares Ventil oder eine Ventilanordnung vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung hat der Steuerblock eine erste und eine zweite Versorgungsschnittstelle, von denen die erste mit einer Hochdruckseite einer Hydromaschine der Achse und die zweite mit einer Niederdruckseite der Hydromaschine fluidisch verbindbar oder verbunden ist, und/oder umgekehrt.
In einer Weiterbildung hat der Steuerblock einen ersten Arbeitsströmungspfad oder Druckmittelkanal, der mit der ersten Versorgungsschnittstelle fluidisch verbindbar oder verbunden ist, und einen zweiten Arbeitsströmungspfad oder Druckmittelkanal, der mit der zweiten Versorgungsschnittstelle fluidisch verbindbar oder verbunden ist. Über die beiden Arbeitsströmungspfade oder Druckmittelkanäle können somit zumindest Hydrozylinder mit zwei, insbesondere einander entgegenwirkenden, Kolbenflächen mit Druckmittel versorgt werden. Zu nennen sind hier beispielsweise der Differential- und alternativ der Gleichgangzylinder.
Um auch eine dritte Kolbenfläche, insbesondere im Falle eines Tandemzylinders, mit Druckmittel über die Hydromaschine versorgen zu können, weist in einer Weiterbildung der Steuerblock einen dritten Arbeitsströmungspfad oder Druckmittelkanal auf, der parallel zum ersten Arbeitsströmungspfad oder Druckmittelkanal mit der ersten Versorgungsschnittstelle fluidisch verbindbar oder verbunden ist.
Vorzugsweise zweigen der erste und dritte Arbeitsströmungspfad oder Druckmittelkanal aus einer gemeinsamen Verbindungsstelle ab.
In einer Weiterbildung des Steuerblocks ist wenigstens einer der Versorgungsanschlüsse in Abhängigkeit der konfigurierten Schaltungsstruktur entweder mit nur einem oder mit mehreren der Arbeitsströmungspfade fluidisch verbindbar oder verbunden.
In einer Weiterbildung weist der Steuerblock einen Umlaufströmungspfad, über den der zweite mit dem dritten Arbeitsströmungspfad fluidisch verbindbar oder verbunden ist, auf.
Dieser kann insbesondere zur energetischen Optimierung einer „A“-Schaltungsstruktur mit angeschlossenem Differentialzylinder genutzt werden.
Hierzu ist der Umlaufströmungspfad in einer Weiterbildung zyklusabhängig schaltbar.
Eine dauerhafte Verbindung oder Schaltung des Umlaufströmungspfades kommt im Falle einer „A“-Schaltungsstruktur mit Differentialzylinder einem Kurzschluss gleich, bei einer „E“-Schaltungsstruktur dem Betrieb eines Gleichgangzylinders.
Ein Differenzvolumen, insbesondere aus dem Umlaufströmungspfad, ist in einer Weiterbildung von einem Hydrospeicher aufgenommen.
Zur Steuerung des Umlaufs weist in einer Weiterbildung der Steuerblock ein Umlaufventil im Umlaufströmungspfad auf, über das dieser schaltbar, das heißt sperrbar und/oder aufsteuerbar, ist.
Das Umlaufventil kann beispielsweise ein elektromagnetisch betätigbares Wegeventil, insbesondere ein Schalt- oder Logikventil sein. Es kann ein 2/2-Wegeventil mit einer insbesondere federvorbelasteten Sperr- und einer betätigbaren Durchflussstellung sein. Alternativ kann es ein 4/2-Wegeventil mit zwei Durchflussstellungen sein, von denen eine, eine insbesondere federvorbelastete Grundstellung ist, in der der zweite und dritte Arbeitsströmungspfad jeweils mit sich selbst verbunden sind, wobei in der betätigbaren Durchflussstellung der zweite und dritte Arbeitsströmungspfad über zwei Durchflussquerschnitte verbunden sind. Alternativ ist ein Sitzventil möglich.
Die Ansteuerung des Umlaufventils, aber auch aller anderen in dieser Schrift genannten Ventile, kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch sein.
In einer Weiterbildung zweigen vom ersten Arbeitsströmungspfad wenigstens ein erster Arbeitsanschluss, vom zweiten Arbeitsströmungspfad wenigstens ein zweiter Arbeitsanschluss und vom dritten Arbeitsströmungspfad wenigstens ein dritter Arbeitsanschluss ab.
Die Arbeitsanschlüsse sind fluidisch mit jeweils einer der Kolbenflächen verbindbar oder verbunden, und/oder sie sind verschließbar oder verschlossen, in Abhängigkeit der jeweils konfigurierten Schaltungsstruktur. Über den genannten Verschluss erfolgt die einfache Stilllegung/Deaktivierung des betreffenden Arbeitsanschlusses.
In einer Weiterbildung sind die Arbeitsanschlüsse in Gruppen zusammengefasst, die jeweils einer der konfigurierten Schaltungsstrukturen zugeordnet sind. Die Gruppen weisen vorzugsweise wenigstens den ersten Arbeitsanschluss und den zweiten Arbeitsanschluss auf, wobei wenigstens eine der Gruppen den dritten Arbeitsanschluss aufweist. Auch Gruppen mit vier Arbeitsanschlüssen oder mehr sind möglich, je nach Kolbenflächenanzahl des zugeordneten Hydrozylinders.
Trotz einer Vielzahl konfigurierbarer Schaltungsstrukturen erweist sich eine Weiterbildung als fertigungstechnisch weniger aufwendig, bei der die Gruppen eine Schnittmenge haben. So ist wenigstens einer der Arbeitsanschlüsse für mehrere spezifische Hydrozylinder, also in verschiedenen spezifischen konfigurierten Schaltungsstrukturen offen und anschließbar.
Insbesondere enthält die Schnittmenge den ersten und den zweiten Arbeitsanschluss, sodass für Hydrozylinder mit wenigstens zwei Kolbenflächen die notwendige Druckmittelverbindung mit der Niederdruck- und der Hochdruckseite der Hydromaschine gewährleistet ist.
Die Gruppen können zur Übersichtlichkeit an unterschiedlichen Seiten des Steuerblocks angeordnet sein.
In einer Weiterbildung ist im dritten Arbeitsströmungspfad ein Ventil angeordnet, über das dieser sperrbar und aufsteuerbar ist. Das kann ein insbesondere elektromagnetisch betätigbares Wegeventil, insbesondere Schaltventil sein. Es kann ein 2/2-Wegeventil mit einer insbesondere federvorbelasteten Sperr- und einer betätigbaren Durchflussstellung sein. Auch bezüglich dieses Ventils gelten die bereits weiter oben genannten Ausgestaltungs- und Betätigungsalternativen.
In einer Weiterbildung des Steuerblocks ist ein Verbindungsströmungspfad vorgesehen, der vom ersten Arbeitsströmungspfad abzweigt oder mit diesem verbunden ist, und der in den dritten Arbeitsströmungspfad in einem Abschnitt des dritten Arbeitsströmungspfades zwischen dem zuletzt genannten Ventil und dem dritten Arbeitsanschluss mündet.
In einer Weiterbildung ist der Umlaufkanal in Abhängigkeit der Betätigung des zuletzt genannten Ventils im dritten Arbeitsströmungspfad sperrbar und aufsteuerbar.
In einer Weiterbildung ist jeweils eine Aufnahme für ein Verschlussmittel, insbesondere dasjenige gemäß der vorhergehenden Beschreibung, im ersten Arbeitsströmungspfad und im Verbindungsströmungspfad vorgesehen, wobei das Verschlussmittel wahlweise in nur einer der Aufnahmen angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Aufnahmen gleich ausgestaltet, sodass nur ein einziges Verschlussmittel zur wahlweisen Anordnung in den Aufnahmen vorgesehen sein muss.
Bei unterschiedlicher Ausgestaltung der Aufnahmen, sind zwei Verschlussmittel vorzuhalten, von denen bei konfigurierter Schaltungsstruktur immer nur eins angeordnet und das jeweils andere entfernt ist. Auf diese Weise kann eine versehentliche Falschverschraubung noch besser vermieden werden.
In einer ersten konfigurierten der Schaltungsstrukturen ist der dritte Arbeitsanschluss oder sind die dritten Arbeitsanschlüsse verschlossen und das Verschlussmittel ist in der Aufnahme im ersten Arbeitsströmungspfad angeordnet, wobei die Aufnahme im Verbindungsströmungspfad frei ist. Dies entspricht der bereits weiter oben besprochenen „A“ oder „B“-Schaltungsstruktur, wobei das Ventil im dritten Arbeitsströmungspfad dann über die Sperrung oder Druckmittelversorgung des am ersten Arbeitsanschluss anschließbaren oder angeschlossen Arbeitsraumes des Hydrozylinders entscheidet.
In einer zweiten konfigurierten der Schaltungsstrukturen ist die Aufnahme im ersten Arbeitsströmungspfad frei und das Verschlussmittel ist in der Aufnahme im Verbindungsströmungspfad angeordnet. Dies entspricht der bereits weiter oben besprochenen „E“-Schaltungsstruktur, wobei das Ventil im dritten Arbeitsströmungspfad dann über die Zuschaltung oder Trennung des dritten Arbeitsanschlusses von der ersten Versorgungsschnittstelle entscheidet.
In einer Weiterbildung, insbesondere in der „E“-Schaltungsstruktur, bildet der erste Arbeitsströmungspfad den Zulauf eines, insbesondere im Steuerblock anordenbaren oder angeordneten, Filters. Alternativ, in der „A“ oder „B“-Schaltungsstruktur bilden Abschnitte des ersten Arbeitsströmungspfades, des dritten Arbeitsströmungspfades und des Verbindungsströmungspfades den Zulauf eines, insbesondere im Steuerblock anordenbaren oder angeordneten, Filters. In beiden Fällen kann der Filter so stets zwischen der Hochdruckseite und einer der druckmittelbeaufschlagbaren Kolbenflächen angeordnet sein, wodurch unabhängig von der konfigurierten Schaltungsstruktur immer ein zur Filterung ausreichender Druckmittelvolumenstrom über den Filter gegeben ist.
In einer Weiterbildung weist der Steuerblock einen Speicherströmungspfad und einen damit fluidisch verbindbaren oder verbundenen Hydrospeicher auf. Insbesondere ist der Speicherströmungspfad mit zumindest zwei der Arbeitsströmungspfade, insbesondere mit dem ersten und zweiten, fluidisch verbindbar, insbesondere über je ein Rückschlagventil.
In einer Weiterbildung sind elektrisch oder hydraulisch betätigbare Dekompressionsventile vorgesehen, über die der Speicherströmungspfad einerseits mit dem ersten und andererseits mit dem zweiten Arbeitsströmungspfad druckmittelverbindbar ist.
Eine hydraulische Achse hat einen Hydraulik-Steuerblock, der gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist. Des Weiteren ist die generische Schaltungsstruktur mittels dem Verschlussmittel auf eine spezifische Schaltungsstruktur eines spezifischen Hydrozylinders konfiguriert, dessen Arbeitsräume mit dem jeweils zugeordneten Arbeitsanschluss fluidisch verbunden sind. Des Weiteren kann die Achse eine Hydromaschine aufweisen, deren Hoch- und Niederdruckseite jeweils mit der ersten und der zweiten Versorgungsschnittstelle fluidisch verbunden ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulik-Steuerblocks und einer erfindungsgemäßen hydraulischen Achse ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nunmehr erläutert.
In einer Weiterbildung sind die Arbeitsanschlüsse am Steuerblock derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass eine erste räumliche Anordnung des Hydrozylinders und eine zweite räumliche Anordnung, die zur ersten insbesondere gedreht ist, ermöglicht ist.
In einer Weiterbildung ist im ersten Arbeitsströmungspfad und/oder im zweiten Arbeitsströmungspfad wenigstens ein Sicherheitsventil angeordnet, über das der jeweilige Arbeitsströmungspfad absperrbar ist. Insbesondere sind dabei zur Redundanz zwei Sicherheitsventile im Arbeitsströmungspfad vorgesehen.
Es zeigen:

1 eine hydraulische Achse mit einem Hydraulik-Steuerblock mit generischer hydraulischer Schaltstruktur und zwei konfigurierbaren, spezifischen Schaltstrukturen,
2 den Hydraulik-Steuerblock gemäß 1 in einer perspektivischen, teiltransparenten Ansicht,
3 den Hydraulik-Steuerblock gemäß 1 und 2 in einer teiltransparenten Seitenansicht, und
4 den Hydraulik-Steuerblock gemäß den vorangegangenen Figuren in einem Querschnitt.

Eine hydraulische Achse 1 hat gemäß 1 einen Hydraulik-Steuerblock 2, sowie eine daran angeschlossene Hydromaschine 4 und einen von dieser druckmittelversorgten, und an den Steuerblock 2 wahlweise angeschlossenen Hydrozylinder 6, beziehungsweise 8. Der Steuerblock 2 hat eine generische hydraulische Schaltstruktur.
Der Begriff „generisch“ ist in dieser Schrift so zu verstehen, dass aus der generischen Schaltstruktur mehrere spezifische Schaltstrukturen, im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies zwei, A und E, wahlweise konfigurierbar sind, wobei wie bereits oben erwähnt die Schaltungsstruktur A bei Anbindung eines Gleichgangzylinders mit B bezeichnet werden kann.
In anderen Worten enthält der Steuerblock 2 alle notwendigen festen und schaltbaren hydraulischen Mittel, insbesondere Komponenten und Druckmittelkanäle, um mehrere spezifische Schaltstrukturen konfigurieren zu können.
Eine jeweilige Schaltstruktur A, E ist dabei einem spezifischen Hydrozylinder 6 beziehungsweise 8 zugeordnet. So weist der Hydrozylinder 6 zwei Arbeitsanschlüsse und der optional dargestellte Hydrozylinder 8 drei Arbeitsanschlüsse auf. Jeder Arbeitsanschluss ist dabei mit einer konkreten Kolbenfläche oder einem konkreten Arbeitsraum des jeweiligen Hydrozylinders 6, 8 fluidverbindbar. Dabei können in der Schaltstruktur A (B) zwei verschiedene Hydrozylinder-Bauarten angeschlossen werden (Gleichgang/Differential).
Im Detail hat der Steuerblock 2 eine erste Versorgungsschnittstelle 10, von der ein erster Arbeitsströmungspfad 12 ausgeht und eine zweite Versorgungsschnittstelle 14, von der ein zweiter Arbeitsströmungspfad 16 ausgeht. Die Versorgungsschnittstellen 10, 14 sind als Versorgungsanschlüsse ausgeführt. Alternativ können sie als Mündungen im Steuerblock 2 oder dergleichen ausgestaltet sein.
Fluidisch mit ihnen verbunden ist jeweils eine Hochdruck- und Niederdruckseite der Hydromaschine 4. Dabei kann in Abhängigkeit der Drehrichtung der Hydromaschine 4, die mit konstantem Fördervolumen ausgestaltet ist, der erste Versorgungsanschluss 10 mit der Hochdruckseite und der zweite Versorgungsanschluss 14 mit der Niederdruckseite fluidisch verbunden sein, oder umgekehrt. Für die weitere Betrachtung sei angenommen, dass ersteres der Fall ist.
Der erste Arbeitsströmungspfad 12 hat eine Verzweigung 18, an der ein dritter Arbeitsströmungspfad 20 abzweigt. In diesem ist ein Ventil 22, das als 2/2-Wege-Schaltventil ausgestaltet ist, angeordnet.
Von der Verzweigung 18 ausgehend erstreckt sich der erste Arbeitsströmungspfad 12 weiter, wobei in ihm ein Filter 24 angeordnet ist. Im ersten Arbeitsströmungspfad 12 und stromab des Filters 24 sind zwei in Reihe geschaltete Sicherheitsventile 26 angeordnet, über die der erste Arbeitsströmungspfad 12 in Redundanz absperrbar ist. Auch sie sind vorrichtungstechnisch einfach als 2/2-Wege-Schaltventile ausgestaltet.
In Fortführung des ersten Arbeitsströmungspfades 12 weist dieser eine Verzweigung 28 auf. Von dieser zweigen jeweils zu einer anderen Seite des Steuerblocks zwei erste Arbeitsanschlüsse 30A und 30E ab.
Im zweiten Arbeitsströmungspfad 16 ist ein Absperrventil 32 angeordnet, über das der zweite Arbeitsströmungspfad 16 sperrbar ist. Ausgehend vom zweiten Versorgungsanschluss 14, über das Absperrventil 32, setzt sich der zweite Arbeitsströmungspfad 16 bis zu einer Verzweigung 34 fort. Von ihr zweigen zwei zweite Arbeitsanschlüsse 36A, 36E zu jeweils unterschiedlichen Seiten des Steuerblocks 2 ab.
Der dritte Arbeitsströmungspfad 20 ist jenseits des Ventils 22 fortgesetzt, bis zu einer Verzweigung 38, von der lediglich ein dritter Arbeitsanschluss 40E zu derjenigen Seite des Steuerblocks 2 abzweigt, wo bereits die zur spezifischen Schaltung oder Konfiguration E zugehörigen Anschlüsse 30E und 36E vorgesehen sind.
Über den Steuerblock 2 kann, wie bereits erwähnt, wahlweise und je nach Konfiguration der Hydrozylinder 6 mit zwei Kolbenflächen oder der Hydrozylinder 8 mit drei Kolbenflächen druckmittelversorgt werden.
Hierzu ist ein Verbindungsströmungspfad 42 vorgesehen, über den erste Arbeitsströmungspfad 12 mit dem dritten Arbeitsströmungspfad 20 stromab des Ventils 22 fluidverbindbar ist. Im Verbindungsströmungspfad 42 ist eine Aufnahme 44E vorgesehen. Eine im Ausführungsbeispiel gleich ausgestaltete Aufnahme 44A ist im ersten Arbeitsströmungspfad 12 in einem Abschnitt zwischen der Abzweigung 18 und einer Einmündung des Verbindungsströmungspfades 42 vorgesehen.
In die jeweilige Aufnahme 44E, 44A ist ein als Schraube, insbesondere M18 x 1.5 (in diesem Fall gemäß DIN906) ausgebildetes Verschlussmittel 46 einsetzbar, bzw. eingesetzt. Aufgrund der im Ausführungsbeispiel gleichen Ausführung der Aufnahmen 44E, 44A mit M18-Gewinde kann je nach wünschenswerter Konfiguration E, A das genau eine Verschlussmittel 46 in die entsprechende Aufnahme 44E, 44A eingesetzt werden.
Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verschlussmittel 46 in die Aufnahme 44A eingesetzt, wodurch die Schaltungsstruktur A zur Versorgung von Hydrozylindern mit zwei Arbeitsräumen oder Kolbenflächen an den Arbeitsanschlüssen 30A, 36A konfiguriert ist. Dann sind die Arbeitsanschlüsse der Schaltungsstruktur E 30E, 36E und 40E der konfigurierbaren Schaltungsstruktur E verschlossen. Demgemäß ist der Hydrozylinder 8 mit den genannten Anschlüssen optional (gestrichelt umrandet) dargestellt.
In der gewählten Konfiguration A kann das Druckmittel somit nicht mehr direkt über den ersten Arbeitsströmungspfad 12 hin zum ersten Arbeitsanschluss 30A strömen, sondern muss über einen Abschnitt des dritten Arbeitsströmungspfades 20, das Ventil 22 und den in dieser Konfiguration A freigeschalteten Verbindungsströmungspfad 42 strömen. Demzufolge hat das Ventil 22 die Funktion, den vom ersten Arbeitsanschluss 30A versorgten Ringraum des Hydrozylinders 6 entweder mit Druckmittel zu versorgen oder zu sperren.
Um Differenzvolumina aufzunehmen, die aus unterschiedlichen Kolbenflächengrößen der Hydrozylinder 6, 8 resultieren, hat der Hydraulik-Steuerblock 2 einen Speicherströmungspfad 48, der über auf einen Druckwert voreingestellte Druckbegrenzungsventile 50 mit dem jeweiligen Arbeitsströmungspfad 12, 16 fluidisch verbindbar ist. An den Speicherströmungspfad 48 ist ein gasbelasteter Hydrospeicher 52 angebunden.
Im Falle der Konfiguration A sind alle Arbeitsanschlüsse 30E, 36E und 40E, die zur Druckmittelversorgung des Hydrozylinders 8 in der Konfiguration E dienen, abgesperrt. Gleiches gilt für den dritten Arbeitsströmungspfad 20 und dessen in 1 links dargestellte Blindbohrung.
Ist die Schaltungsstruktur E konfiguriert, so kann der drei Arbeitsräume oder Kolbenflächen aufweisende Hydrozylinder 8 mit Druckmittel versorgt werden. Dann ist das Verschlussmittel 46 aus der Aufnahme 44A gelöst und entfernt und in die Aufnahme 44E eingesetzt. Zudem sind die Arbeitsanschlüsse 30A und 36A verschlossen und die Arbeitsanschlüsse 30E, 36E und 40E sind geöffnet, wobei der dritte Arbeitsströmungspfad 20 seitens der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Blindbohrung nach wie vor verschlossen ist.
Die Abgänge oder Arbeitsanschlüsse 30A, 30E, 36A, 36E, 40E können im Steuerblock 2 jeweils als individueller Druckmittelkanal ausgebildet sein. Eine Erweiterung des Steuerblocks 2 auf eine darüber hinaus gehende Anzahl von Abgängen oder Arbeitsanschlüssen kann eine Variabilität des Steuerblocks, insbesondere zur Erfüllung von Marktanforderungen, erhöhen.
In der Schaltungsstruktur E kann dann Druckmittel über den ersten Arbeitsströmungspfad 12 über die Verzweigung 18 und den Filter 24 direkt zum ersten Arbeitsanschluss 30E und damit in den linken Ringraum des Tandemzylinders 8 strömen. Da in der Konfiguration E der Verbindungsströmungspfad 42 durch das Verschlussmittel 46 versperrt ist, entscheidet die Stellung des Ventils 22 nun, ob der Ringraum, der an den dritten Arbeitsanschluss 40E angeschlossen ist, mit Druckmittel versorgt wird oder nicht.
Wird er versorgt, so sind dadurch die gleichwirkenden Ringräume der Arbeitsanschlüsse 30E und 40E mit Druckmittel beaufschlagt, was einer Flächensummation und damit einem Kraftgang des Hydrozylinders 8 entspricht.
Im Falle des Kraftganges fördert die Hydropumpe Druckmittel vom am zweiten Arbeitsanschluss 36E angeschlossenen Arbeitsraum des Hydrozylinders 8 in dessen an den ersten Arbeitsanschluss 30E und dritten Arbeitsanaschluss 40E angeschlossene Arbeitsräume. Das Umlaufventil 54 ist dazu geschlossen.
In einem Eilgang des Hydrozylinders 8 sind hingegen die Arbeitsanschlüsse 36E und 40E über das Umlaufventil 54 fluidverbunden und kurzgeschlossen. Die Hydropumpe fördert dann aus dem am zweiten Arbeitsanschluss 36E angeschlossenen Arbeitsraum Druckmittel hin zum am ersten Arbeitsanschluss 30E angeschlossen Arbeitsraum. Die sehr kleine Kolbenfläche des diesen begrenzenden Kolbens führt zur hohen Verfahrgeschwindigkeit. Das Befüllen oder Nachsaugen in den am dritten Arbeitsanschluss 40E angeschlossenen Arbeitsraum erfolgt also, unter Umgehung der Hydropumpe 4, allein über den Umlaufvolumenstrom über das Umlaufventil 54. Dabei sind die drei Ringflächen des Hydrozylinders 8 derart aufeinander abgestimmt, dass, abgesehen von insbesondere leckagebedingten Volumina, kein Differenzvolumen vom Hydrospeicher 52 aufgenommen werden muss.
In der Konfiguration oder Schaltungsstruktur A mit Differentialzylinder 6 kann über das Umlaufventil 54 Druckmittel zwischen den Arbeitsströmungspfaden 12 und 16 strömen. Dabei muss beim Einfahren des Differentialzylinders 6 stets das Differenzvolumen in den Speicher 52 gefördert werden. Das Umlaufventil 54 ermöglicht es, den Differentialzylinder 6 bei geringer Verfahrkraft mit identischer Geschwindigkeit auszufahren wie einzufahren.
Die 2 und 3 zeigen den Hydraulik-Steuerblock in perspektivischer und in seitlicher teiltransparenter Darstellung, wobei die Aufnahmen 44A und 44E indiziert sind. Sie sind im Inneren des Steuerblocks 2 angeordnet und von außen über Aufnahmebohrungen zugänglich. Über diese kann auch das Verschlussmittel 46, eine M18-Schraube eingesetzt und entfernt werden. Seitlich am Steuerblock 2, über mehrere Seiten verteilt angeordnet, sind Lochbilder mit Anschlussbohrungen für die in der Beschreibung der 1 genannten Ventile vorgesehen.
Gemäß 4 sind die Aufnahmen 44A und 44E in einem Querschnitt des Steuerblocks sichtbar.
Offenbart ist ein Hydraulik-Steuerblock mit generischer hydraulischer Schaltungsstruktur für eine Auswahl möglicher Hydrozylinder und zur Steuerung der Druckmittelversorgung der Hydrozylinder, die so vorbereitet ist, dass durch Umordnen eines der Mittel von einer zur anderen spezifischen Schaltungsstruktur gewechselt werden kann.
Offenbart ist auch eine hydraulische oder servohydraulische Achse damit.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulische Achse
2: Hydraulik-Steuerblock
4: Hydromaschine
6; 8: Hydrozylinder
10: Erster Versorgungsanschluss
12: Erster Arbeitsströmungspfad
14: Zweiter Versorgungsanschluss
16: Zweiter Arbeitsströmungspfad
18: Verzweigung
20: Dritter Arbeitsströmungspfad
22: Ventil
24: Filter
26: Sicherheitsventil
28: Verzweigung
30A; 30E: erster Arbeitsanschluss
32: Absperrventil
34: Verzweigung
36A; 36E: zweiter Arbeitsanschluss
38: Verzweigung
40E: dritter Arbeitsanschluss
42: Verbindungsströmungspfad
44A, 44E: Aufnahme
46: Verschlussmittel
48: Speicherströmungspfad
50: Druckbegrenzungsventil
52: Hydrospeicher
54: Umlaufventil
n: Kolbenflächenzahl

Claims

Hydraulik-Steuerblock zur Steuerung einer Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders (6; 8) einer hydraulischen Achse (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock (2) eine generische hydraulische Schaltstruktur hat, aus welcher, insbesondere zur wahlweisen Druckmittelversorgung sich in ihrer Kolbenflächenzahl (n=2; n=3) unterscheidender Hydrozylinder (6; 8), spezifische hydraulische Schaltstrukturen (A, B; E) wahlweise konfigurierbar sind.
Steuerblock nach Anspruch 1 mit einem lösbar anordenbaren oder angeordneten Verschlussmittel (46), über dessen wahlweise Anordnung und einen damit einhergehenden, zumindest abschnittsweisen hydraulischen Verschluss eines im Steuerblock (2) ausgestalteten Strömungspfades (12, 42), eine der Schaltungsstrukturen (A, B; E) konfigurierbar oder konfiguriert ist.
Steuerblock nach Anspruch 2, wobei das Verschlussmittel (46) von außerhalb des Steuerblocks (2) zugänglich lösbar anordenbar oder angeordnet ist.
Steuerblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer ersten und einer zweiten Versorgungsschnittstelle (10, 14), von denen die erste (10) mit einer Hochdruckseite einer Hydromaschine (4) der Achse und die zweite (14) mit einer Niederdruckseite der Hydromaschine (4) fluidisch verbindbar oder verbunden ist, und/oder umgekehrt.
Steuerblock nach Anspruch 4 mit einem ersten Arbeitsströmungspfad (12), der mit der ersten Versorgungsschnittstelle (10) fluidisch verbindbar oder verbunden ist, und mit einem zweiten Arbeitsströmungspfad (16), der mit der zweiten Versorgungsschnittstelle (14) fluidisch verbindbar oder verbunden ist.
Steuerblock nach Anspruch 5 mit einem dritten Arbeitsströmungspfad (20), der parallel zum ersten Arbeitsströmungspfad (12) mit der ersten Versorgungsschnittstelle (10) fluidisch verbindbar oder verbunden ist.
Steuerblock nach Anspruch 6 mit einem Umlaufströmungspfad, über den der zweite (16) mit dem dritten Arbeitsströmungspfad (20) fluidisch verbindbar oder verbunden ist.
Steuerblock nach Anspruch 6 oder 7, wobei vom ersten Arbeitsströmungspfad (12) wenigstens ein erster Arbeitsanschluss (30A, 30E), vom zweiten Arbeitsströmungspfad (16) wenigstens ein zweiter Arbeitsanschluss (36A, 36E) und vom dritten Arbeitsströmungspfad (20) wenigstens ein dritter Arbeitsanschluss (40E) abgezweigt ist.
Steuerblock nach Anspruch 8, wobei die Arbeitsanschlüsse (30A, 36A; 30E, 36E, 40E) fluidisch mit jeweils einer der Kolbenflächen verbindbar oder verbunden sind, und/oder wobei sie verschließbar oder verschlossen sind.
Steuerblock zumindest nach Anspruch 6 mit einem Ventil (22) im dritten Arbeitsströmungspfad (20), über das dieser wahlweise sperrbar oder aufsteuerbar ist.
Steuerblock nach Anspruch 10 mit einem Verbindungsströmungspfad (42), über den der erste Arbeitsströmungspfad (12) mit dem dritten Arbeitsströmungspfad (20) in einem Abschnitt des dritten Arbeitsströmungspfades (20) zwischen dem Ventil (22) und dem dritten Arbeitsanschluss (40E) fluidisch verbindbar oder verbunden ist.
Steuerblock zumindest nach Anspruch 11 mit jeweils einer Aufnahme (44A, 44E) für ein Verschlussmittel (46) im ersten Arbeitsströmungspfad (12) und im Verbindungsströmungspfad (42), wobei das Verschlussmittel (46) wahlweise in nur einer der Aufnahmen (44A, 44E) angeordnet ist.
Steuerblock nach Anspruch 12, wobei in einer ersten konfigurierten (A, B) der Schaltungsstrukturen (A, B; E) der oder die dritten Arbeitsanschlüsse (40E) verschlossen ist oder sind und das Verschlussmittel (46) in der Aufnahme (44A) im ersten Arbeitsströmungspfad (12) angeordnet ist, wobei die Aufnahme (44E) im Verbindungsströmungspfad (42) frei ist.
Steuerblock nach Anspruch 12 oder 13, wobei in einer zweiten konfigurierten (E) der Schaltungsstrukturen (A, B; E) die Aufnahme (44A) im ersten Arbeitsströmungspfad (12) frei ist und das Verschlussmittel (46) in der Aufnahme (44E) im Verbindungsströmungspfad (42) angeordnet ist.
Hydraulische Achse mit einem Steuerblock (2), der gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, und mit einer an den Steuerblock (2) angeschlossenen Hydromaschine (4) und einem an den Steuerblock angeschlossenen Hydrozylinder (6; 8), wobei aus der generischen Schaltungsstruktur eine zumindest auf die Kolbenflächenzahl (n=2; n=3) angepasste, spezifische hydraulische Schaltstruktur (A, B; E) konfiguriert ist.