EP2952750A1 - Hydrauliksystem - Google Patents

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EP2952750A1
EP2952750A1 EP14171118.4A EP14171118A EP2952750A1 EP 2952750 A1 EP2952750 A1 EP 2952750A1 EP 14171118 A EP14171118 A EP 14171118A EP 2952750 A1 EP2952750 A1 EP 2952750A1
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EP
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cylinder
hydraulic
working
pressure
directional control
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EP14171118.4A
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EP2952750B1 (de
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Werner Händle
Achim Helbig
Tino Kentschke
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Moog GmbH
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Moog GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2015/062409 priority patent/WO2015185644A1/de
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    • F15B2211/775—Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press
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    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/005—With rotary or crank input
    • F15B7/006—Rotary pump input

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic drive with mechanically coupled working and driving cylinders, to a press, bending or punching machine with such a drive and a method for operating such a drive.
  • EP 2 480 405 B1 discloses a hydraulic drive with a drive and a working cylinder with a variable speed pump as an actuator in a closed hydraulic circuit to which a pressure reservoir is connected via a valve.
  • the two cylinders are separated from each other as Differential cylinder executed.
  • a more compact design would be desirable.
  • the drive cylinder falls in the power gear as an additional force-exerting component, so that the force acting in the power gear must be applied alone by the cylinder, which reduces the efficiency of the drive.
  • the speed of the tool is determined solely by its weight. It can therefore be achieved in rapid traverse no higher speeds than those given by the weight of the tool.
  • this hydraulic drive is limited variably operable.
  • a hydraulic drive comprising a working cylinder and a driving cylinder mechanically connected to the working cylinder, wherein the working cylinder and the driving cylinder each comprise an upper and a lower cylinder chamber and all four cylinder chambers of the working and driving cylinders in a closed and a hydraulic
  • a hydraulic machine with first and second pressure port in the pressure circuit for circulating the hydraulic fluid between the individual cylinder chambers of the working and driving cylinders during operation of the hydraulic drive is arranged, and wherein at least a first and a second directional control valve are arranged in the pressure circuit, that their respective for the different operating phases of the hydraulic drive suitable switching positions together with the suitably operated hydraulic machine allow a common movement of the working and driving cylinder in one or the other piston movement direction, preferably only the first and the second directional control valve are arranged in the pressure circuit.
  • working cylinder refers to a cylinder which is provided for the implementation of a force-building movement sequence, thus allowing a movement of the piston rod with high force at low speed.
  • drive cylinder refers to a cylinder which is provided for a fast movement while applying a small force.
  • working and driving cylinders are mechanically interconnected.
  • the working cylinder does not actively contribute to the fast movement, but is moved by the driving cylinder as a passive component.
  • the driving cylinder actively supports the working cylinder in the force-building movement (high force, low speed) by also establishing a force in the direction of movement of the piston rod in the driving cylinder.
  • the force-building movement during pressing, bending or punching a corresponding machine can be supported by the hydraulic drive according to the invention.
  • the driving and working cylinders each have two cylinder chambers, which are separated by a piston, each with a piston surface to the upper and lower cylinder chamber.
  • the cylinder space is referred to as the upper cylinder space, in which the hydraulic fluid is conveyed in by means of the hydraulic machine during the force-building movement (force passage).
  • the other cylinder space in the respective cylinder is referred to as the lower cylinder space, in which the hydraulic fluid is conveyed out by means of the hydraulic machine during the force-building movement (force passage)
  • the piston rod direction in the present invention refers to the two directions in which the piston rod can move.
  • the Piston rod direction is thus determined by the piston rod and by the orientation of the cylinder.
  • hydraulic fluid refers to any fluid that is capable of transmitting mechanical energy in hydraulic systems. Suitable hydraulic fluids have good lubricating properties, high resistance to aging and high wetting and adhesion. In addition, they should have a compatibility with seals and a resin and acid freedom and show a low temperature effect on the dynamic and kinematic viscosity, low compressibility and low foaming. Suitable hydraulic fluids are, for example, mineral oils, also called hydraulic oils, or low-flammability liquids such as HFA, HFB, HFC or HFD.
  • the circulation of the hydraulic fluid refers to the shifting (conveying) of hydraulic fluid through the pressure lines of the pressure circuit through from a cylinder chamber in another cylinder chamber.
  • the hydraulic fluid is circulated in a closed pressure circuit.
  • the term "closed” refers to the absence of open to the ambient air oil tanks for oil balance in the hydraulic drive.
  • the closed pressure circuit is a system of multiple pressure lines that can not leave the hydraulic fluid in operation, except for leaks.
  • the pressure circuit is made up of different pressure lines that connect the hydraulic machine to the cylinders.
  • the pressure circuit may comprise pressure lines which branch into a plurality of lines or comprise connection points at which a plurality of pressure lines are combined to form a further pressure line.
  • the hydraulic drive according to the invention can thus be operated in the closed pressure circuit without oil tanks or oil compensation reservoirs which are open to the ambient air.
  • the pressure circuit is biased, that is, he is under an increased permanent pressure.
  • the bias of the hydraulic fluid increases the modulus of compression of the fluid. This increases the natural frequency of the system, resulting in an improvement of the dynamic Properties leads. Furthermore, the bias prevents the pump from being damaged by cavitation effects. Operation of the hydraulic machine with non-preloaded hydraulic fluids would cause these fluids to first relax or first compress before moving in the pressure circuit. Thus, non-preloaded pressure circuits operate with a delay in hydraulic motion, thereby losing drive energy through the compression and expansion operations in the hydraulic fluid as it is being delivered by the hydraulic machine.
  • the preload pressure in the hydraulic drive according to the invention is therefore preferably at least 5 bar.
  • the biasing pressure can be kept constant, for example via a pressure source which is connected via a check valve to the pressure circuit. The check valve allows the pressure source to only compensate for leaks. With a perfect tightness of the hydraulic drive or of the pressure circuit and of an incompressible fluid, this pressure source would not be necessary for the operation of the hydraulic drive.
  • the hydraulic machine is integrated in the pressure circuit by their two pressure ports (first and second pressure port) are connected to the pressure lines of the pressure circuit.
  • the hydraulic machine is for example a variable speed hydraulic machine.
  • the operation of the hydraulic drive refers to an entire cycle of movement of the components that are moved by the hydraulic drive.
  • the cycle of movement is completed when the same position of the cylinder and the piston rod is reached after passing through an upper and a lower dead center. Dead center is the point at which the piston rod comes to rest and then reverses its direction of movement.
  • An operating cycle is divided into different operating phases of the hydraulic drive. In the operating phase "rapid traverse downwards", the hydraulic drive drives the piston rod out at high speed and with little force; in the "power gear” operating phase, the movement becomes equal Direction continued at low speed and high power. Upon reaching the dead center, the operating phase "force reduction" takes place until the hydraulic drive is relaxed and the direction of movement can be reversed.
  • the hydraulic drive according to the invention comes with a minimum number of components, keeps the installation costs low, improves energy efficiency, can be built more compact and is sufficiently variable operable.
  • the hydraulic drive requires only a single actuator (the hydraulic machine) to supply both the drive and power cylinders.
  • the first directional control valve is arranged in a first pressure line of the pressure circuit, which connects the two cylinder chambers of the working cylinder with each other and in a first switching position allows a passage on both sides of the hydraulic fluid for shorting the two cylinder chambers.
  • the first pressure line with this first way valve, the cylinder chambers of the working cylinder can be short-circuited, for example, so that the working cylinder during rapid traverse can build up no back pressure to the travel movement of the cylinder. Due to the short circuit of the cylinder chambers of the working cylinder prevail approximately equal pressures in both cylinder chambers and thus no relevant force acting on the piston surface in the working cylinder by the hydraulic fluid force.
  • the first pressure line may include branches into further pressure lines.
  • the directional control valve may be any suitable directional control valve with at least two switching positions.
  • the first directional control valve is a 2/2-way valve and is provided to block the first pressure line in both directions in the other second switching position. By this other switching position, a power build-up on the working cylinder can be achieved, for example during the power stroke.
  • the first directional control valve is a continuous valve.
  • the second directional control valve can also be a continuous valve.
  • the first pressure port of the hydraulic machine is connected via a second and third pressure line of the pressure circuit with the respective upper cylinder chambers of the working and driving cylinders, wherein the second directional control valve is arranged in the second pressure connection to the upper cylinder chamber of the working cylinder.
  • the hydraulic machine conveys the hydraulic fluid in the pressure circuit in one or the other direction.
  • the hydraulic machine has two ports, a first and a second pressure port.
  • the second pressure line can open either directly into the upper cylinder chamber of the working cylinder or in one embodiment in the first pressure line and thus be connected via the first pressure line to the upper cylinder chamber of the working cylinder.
  • the hydraulic machine can promote the hydraulic fluid in the upper cylinder chambers of the two cylinders via its first pressure port and thus build up pressure and thus force for the power transmission in both cylinders or depending on the switching position of the second directional control valve, the hydraulic fluid only in the upper cylinder space of the cylinder for promote a rapid traverse.
  • the second directional control valve may be any suitable directional control valve with at least three switching positions. In a preferred embodiment, the second directional control valve is a 2/3-way valve with three different switching positions.
  • a first one of the switching positions of the second directional valve allows a double-sided passage of the hydraulic fluid for shorting the two upper cylinder chambers, while a second of the switching positions of the second directional valve is a check valve position, wherein the passage is blocked in the direction of the upper cylinder space of the driving cylinder and in the reverse direction, and a third of the Switching positions of the second directional valve blocks the second pressure line in both directions.
  • the first switching position of the second directional valve allows a power reduction after completion of the power stroke, since this switching position allows the hydraulic fluid to flow from both upper cylinder chambers with appropriate operation of the hydraulic machine and thus reduce the force on the piston surfaces.
  • the second switching position of the second directional valve allows pressure equalization by pressure from the upper cylinder chamber of the cylinder in the open bypass (short circuit) of the working cylinder at rapid traverse by the non-return position opens when exceeding a minimum pressure, the second directional control valve in the direction of the working cylinder.
  • the pressure for the power gear exceeds the blocking pressure of the non-return valve position by far, so that the second directional control valve opens the second pressure line to the upper cylinder chamber of the working cylinder even during power transmission.
  • the second pressure line can either open directly into the upper cylinder space of the working cylinder or open in one embodiment in the first pressure line and thus be connected via the first pressure line to the upper cylinder chamber of the working cylinder.
  • the second pressure port of the hydraulic machine is connected via a fourth and fifth pressure line of the pressure circuit to the lower cylinder chambers of the working and driving cylinders without interposed directional control valves.
  • the hydraulic machine delivers hydraulic fluid to the second and third pressure lines via the first pressure connection
  • the hydraulic fluid must be supplied to the hydraulic machine via the other (second) pressure connection.
  • it is connected to the lower cylinder chambers of the two cylinders without interposed directional control valves.
  • the hydraulic fluid over the first Redirected pressure port in the hydraulic machine, wherein the first and second directional control valves have a correspondingly suitable switching position.
  • both the working cylinder and the driving cylinder are synchronized cylinders with respective annular surfaces as piston surfaces.
  • a synchronous cylinder (or sync cylinder referred to) has on both sides of the piston surface a piston rod.
  • the volume of the liquid flowing into the one chamber corresponds to the volume of the liquid flowing out of the other chamber.
  • the working cylinder and the driving cylinder are arranged as a tandem cylinder with a common piston rod.
  • the two cylinders are interconnected so that the piston rod of the working cylinder passes through the bottom of the cylinder and acts as its piston rod also or directly connected to the piston rod.
  • a coupling of the piston surfaces can also be achieved during power transmission, so that a higher force at the same pressure of the hydraulic fluid generated by the hydraulic machine can be achieved during power transmission, as would be possible with non-coupled piston rods, as for example in Arrangement with separate differential piston would be the case, in particular where, for example, the annular chamber opposite piston chamber of the driving cylinder is not connected to the pressure circuit.
  • the piston surfaces of the driving cylinder are smaller than the piston surfaces of the working cylinder.
  • the piston surface of the working cylinder is at least 100% larger than that of the driving cylinder, more preferably this is at least 300% larger, more preferably this is at least 500% larger.
  • the hydraulic machine comprises only a single pump and a mechanically coupled to the pump motor for driving the pump, wherein the motor variable speed and / or the pump is a variable displacement pump.
  • the hydraulic drive has only a single actuator (the pump), avoiding an unnecessary increase in the number of components.
  • the motor is an electric motor.
  • the motor is a variable-speed electric motor and the pump is a fixed displacement pump. Due to the variable speed pump drive, the energy efficiency of the hydraulic drive can be greatly improved. With the above embodiment of the hydraulic machine also a decentralization of the drive can be achieved.
  • the invention further relates to press, bending or punching machine comprising a hydraulic drive according to the invention.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that at rapid traverse the direction of movement can be changed without switching over the valves. To reverse the direction of movement, it is sufficient to reverse the conveying direction of the hydraulic machine.
  • the method includes the further step of operating the hydraulic drive at standstill, wherein the first and second directional control valves are operated in a shift position that locks the respective pressure lines in both directions, and wherein the hydraulic machine does not deliver the hydraulic fluid.
  • the method comprises the further step of the variable-speed operation of the hydraulic machine by means of a mechanically coupled electric motor.
  • Fig.1 1 shows a schematic representation of the hydraulic drive 1 according to the invention.
  • the hydraulic drive 1 comprises a working cylinder 2 and a driving cylinder 3, each having an upper cylinder space 21, 31 and a lower cylinder space 22, 32, the cylinders 2, 3 acting as synchronous cylinders with respective annular surfaces 23 , 33 and with a common piston rod 8 as a tandem cylinder in the piston movement direction R1, R2 are arranged one above the other.
  • the piston surfaces 33 of the driving cylinder 3 are designed smaller than the piston surfaces 23 of the working cylinder 2 in order to achieve a faster speed during rapid traverse with the same delivery volume per unit time by the hydraulic machine 5.
  • the annular surface 33 of the driving cylinder 3 is approximately 120 cm 2 and the annular surface 23 of the working cylinder 2 is approximately 700 cm 2 .
  • a pressure force of 2500 kN can be achieved in the pressure circuit 4 at a pressure of 300 bar in the pressure circuit 4.
  • the annular surfaces 23, 33 have the same area for the respective cylinders 2, 3 in the upper and lower cylinder chambers.
  • the hydraulic machine 5 comprises in this embodiment only a single pump 53 and a mechanically coupled to the pump 53 electric motor 54 for variable-speed drive of the pump 53.
  • the mechanical coupling is symbolized by the double line between the pump 53 and electric motor 54.
  • the pump 53 has, for example, a capacity of 1300 l / min.
  • a first directional control valve 6 and a second directional control valve 7 are arranged in the pressure circuit 4, that their respective switch positions suitable for the various operating phase of the hydraulic drive 1 (see Fig.2 ) together with the suitably operated pump drive 5 allow a common movement of the working and driving cylinders 2, 3 in one or the other piston movement direction R1, R2.
  • a first pressure line connects the upper cylinder chamber 21 with the lower cylinder chamber 22 of the working cylinder via the first directional control valve 6 arranged in the first pressure line 41.
  • the first pressure line 41 and the first directional control valve should have, for example, a passage capacity of more than 4000 l / min.
  • the lower cylinder chambers 22 and 32 of the working and driving cylinders 2, 3 are connected to one another via the pressure lines 45 and 44, without a switchable directional control valve being arranged in this connection.
  • the upper cylinder space 31 and the cylinder space 32 of the driving cylinder 3 are connected to each other via the third and fourth pressure line 43 and 44, in which case the hydraulic machine 5 is interposed via the pressure ports 51, 52.
  • the third pressure line 43 is connected via the second pressure line 42 to the first pressure line 41 so that between the third pressure line 43 and the upper cylinder chamber 21 of the working cylinder 2, the second directional control valve 7 is arranged in the second pressure line 42.
  • the second directional control valve 7 may have a low passage capacity with respect to the first directional control valve, for example, higher than 700 l / min.
  • the connection of the third pressure line 43 with the lower cylinder chamber 22 of the working cylinder 2, on the other hand, is realized via the second pressure line 42 with the second directional control valve 7 and the first pressure line 41 with the first directional control valve 6 arranged therebetween.
  • the hydraulic drive 1 requires for operation in addition to the first and second directional control valve 6, 7 no further valves, so that the inventive hydraulic drive 1 with a minimum number of components is operable.
  • the pressure lines 41, 42, 43, 44, 45 branch partially in the pressure circuit 4 or partially run together in this.
  • the branching points (merge points) are indicated by black dots at the respective locations.
  • the pressure lines, which only cross without being connected there, are shown without these black dots, see the intersecting pressure lines 42 and 44 between the directional control valves 6 and 7.
  • Fig.2 schematically the possible switching positions (a) of the first directional control valve and (b) of the second directional control valve are shown in detail.
  • the first directional control valve 6 is shown in this embodiment as a 2/2-way valve and allows in a first switching position 61 a two-sided passage of the hydraulic fluid F. In a second switching position 62, however, it locks in both directions.
  • the second directional control valve 7 is in this embodiment, a 2/3-way valve 7 with three different switching positions 71, 72, 73.
  • the second directional control valve 7 allows a passage of the hydraulic fluid F on both sides
  • a second switching position 72 includes second directional control valve 7, a check valve position, the passage in one direction (here in the direction of the upper cylinder chamber 31 of the cylinder 3) is locked and in a third switching position 73 locks the second directional control valve 7 in both directions.
  • Figure 3 shows the switching positions of the directional control valves 6, 7 at the (a) rapid traverse, (b) power transmission, (c) power reduction and (d) standstill, see in addition also Fig.2 ,
  • the pressure line 41, 42, 43, 44, 45 is on Fig.1 directed.
  • the first directional control valve 6, the switching position 61 two-sided passage of the hydraulic fluid F in the first pressure line 41).
  • the two cylinder chambers 21, 22 of the working cylinder 2 are connected to each other and thus on the two-way possible passage of the hydraulic fluid F short-circuiting of the two cylinder chambers 21, 22 achieved.
  • no resultant force can be exerted on the piston surfaces of the working cylinder with the hydraulic fluid so that it runs passively with the driving cylinder.
  • the second directional control valve 7 is in the second switching position 72 in the check valve position, wherein the passage is blocked in the direction of the upper cylinder chamber 31 of the driving cylinder 3, while a passage of the hydraulic fluid F in the direction of the working cylinder 2 at a pressure higher than a threshold pressure possible is and even at high pressure on the drive cylinder 3, a pressure equalization between the cylinder chambers 21, 22 of the working cylinder 2 via the opening through the first directional control valve 6 pressure line 41 prevails.
  • the hydraulic machine 5 promotes at a rapid traverse BE down (R1), the hydraulic fluid F from the lower cylinder chamber 32 of the driving cylinder 3 via the pressure lines 44 and 43 in the upper cylinder chamber 31 of the cylinder 3, while at a rapid traverse BE up (R2), the hydraulic Liquid F is conveyed from the upper cylinder chamber 31 of the driving cylinder 3 via the pressure lines 43 and 44 into the lower cylinder chamber 32 of the driving cylinder 3.
  • R1 rapid traverse BE down
  • R2 rapid traverse BE up
  • the second directional valve is still in the check valve position 72, the one Passage of the now by the flow rate of the hydraulic machine. 5 under higher pressure hydraulic fluid F in the pressure lines 42, 43 in the direction of the working cylinder 2.
  • the first directional control valve 6 is now in the second switching position 62, which blocks the first pressure line 41 in both directions, so that through the second directional control valve 7 in the switching position 72 passed hydraulic fluid F can only reach into the upper cylinder chamber 21 to build up pressure on the piston surface 23.
  • the first directional control valve 6 remains in the second switching position 62, which closes the first pressure line 41 in both directions, while the second directional control valve 7 is switched to the first switching position 71, where the second directional control valve 7 a passage of the hydraulic fluid through the second pressure line 42 allows, so that the pressure differences between the upper and lower cylinder chambers can be reduced by means of a conveying direction of the hydraulic fluid F from the upper cylinder chambers 21, 31 to the lower cylinder chambers 22, 32.
  • the hydraulic fluid F is conveyed from the upper cylinder chamber 31 of the driving cylinder 3 via the pressure lines 43 and 44 in the lower cylinder chamber 32.
  • the hydraulic fluid F from the upper cylinder chamber 21 of the working cylinder 2 via the first pressure line 41 and via the second pressure line 42 with open second directional control valve 7 in the lower cylinder chamber 22 via the fifth pressure line 45 promoted.
  • the machine operated with the hydraulic drive 1 remains in a holding position BH (operating phase holding position or standstill)
  • the first directional control valve 6 remains in the second switching position 62 and the second directional control valve is switched to the third switching position 73, where it blocks the second pressure line 42 in both directions.
  • the hydraulic machine 5 does not convey hydraulic fluid F in any direction, so that the hydraulic fluid F in the pressure circuit 4 rests without movement and holds the piston rod 8 in position by means of the biasing pressure.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the method according to the invention for operating the hydraulic drive according to the invention Fig.1 comprising the steps of operating the hydraulic drive 1 in rapid traverse BE upwards or downwards by means of the hydraulic machine 5 and the first and second directional control valves 6 and 7, the first directional control valve 6 being arranged in a first pressure line 41 of the pressure circuit 4 and in a first switching position 61 is operated, which short-circuits the two cylinder chambers 21, 22 of the working cylinder 2 for the two-way passage of the hydraulic fluid F, wherein the second directional control valve 7 is operated in a check valve position 72, so that the passage is blocked in the direction of the upper cylinder chamber 31 of the driving cylinder 3, but the hydraulic fluid F from the third pressure line 43 through the second pressure line 42 in the first pressure line 41 passes, and wherein the hydraulic machine 5, the hydraulic fluid F for a movement of the R1 Piston rod 8 in the direction of the lower cylinder chambers 22, 32 and for a movement R2 in the direction of the upper cylinder chambers 21, 31 promotes
  • This can be followed, on the one hand, by re-running the above-described operating phases (rapid traverse BE, force BK, relax BS, rapid traverse BE and decock BS and so on) or a transition to the holding position BH with the switching positions 62 and 73 of the first and second Directional valve 6, 7.
  • the individual switching positions and the operation of the hydraulic machine 5 in one of the two directions of conveying the hydraulic fluid F or no promotion by the hydraulic machine 5 can be adjusted, controlled and / or switched in a suitable manner.
  • the switching positions are adjusted by a drive control unit 9 of the hydraulic drive 1 and the hydraulic machine is controlled accordingly.
  • the corresponding drives can be stored in the drive control unit 9 in terms of hardware or software.
  • the initiation (start) of the drive control can be automatic or manual.
  • the individual operating phases are set manually or can be set manually.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Antrieb (1) umfassend einen Arbeitszylinder (2) und einen mechanisch mit dem Arbeitszylinder (2) verbunden Fahrzylinder (3), wobei der Arbeitszylinder (2) und der Fahrzylinder (3) jeweils einen oberen und einen unteren Zylinderraum (21, 22, 31, 32) umfassen und alle vier Zylinderräume (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit (F) gefüllten und vorgespannten Druckkreis (4) in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, eine drehzahlveränderbare Hydraulikmaschine (5) mit erstem und zweitem Druckanschluss (51, 52) im Druckkreis (4) zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit (F) zwischen den einzelnen Zylinderräumen (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) während des Betriebs (B) des hydraulischen Antriebs (1) angeordnet ist, und wobei mindestens ein erstes und ein zweites Wegeventile (6, 7) so im Druckkreis (4) angeordnet sind, dass deren jeweilige für die verschiedenen Betriebsphasen des hydraulischen Antriebs (1) geeigneten Schaltstellungen (61, 62, 71, 72, 73) zusammen mit der geeignet betriebenen Hydraulikmaschine (5) eine gemeinsame Bewegung des Arbeits- und Fahrzylinders (2, 3) in die eine oder andere Kolbenbewegungsrichtung (R1, R2) ermöglichen, vorzugsweise werden dafür nur das erste und das zweite Wegeventil (6, 7) im Druckkreis (4) angeordnet. Dieser hydraulische Antrieb (1) benötigt eine Mindestanzahl an Komponenten, hält den Installationsaufwand gering, verbessert die Energieeffizienz, kann kompakt gebaut werden und ist ausreichend variabel betreibbar ist

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Antrieb mit mechanisch gekoppelten Arbeits- und Fahrzylindern, auf eine Presse-, Biege- oder Stanzmaschine mit einem solchen Antrieb und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebs.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Systeme mit hydraulischen Antrieben werden für diverse Zwecke verwendet, beispielsweise für Presse-, Biege- oder Stanzmaschinen. Bei solchen Anwendungen wird einerseits eine hohe Kraft bei kleiner Geschwindigkeit des Kolbens (Kraftgang) oder des damit verbundenen Werkzeugs (Pressen, Biegen) und andererseits eine hohe Geschwindigkeit bei kleiner Kraft des Kolbens (Eilgang) oder des damit verbundenen Werkzeugs (Heranfahren/Wegfahren des Werkzeugs zum/vom zu bearbeitenden Teil) benötigt. Dazu werden üblicherweise zwei separate Zylinder (ein Fahrzylinder für schnelle Bewegung mit kleiner Kraft und ein Arbeitszylinder für langsame Bewegung mit hoher Kraft) mit jeweils einem Stellglied genutzt, das heutzutage als Stetigventil oder Verstellpumpe ausgeführt ist. Diese Stellglieder benötigen entweder eine Hochdruckquelle oder einen offenen Tank zur Nachlieferung von Hydraulikflüssigkeit für den hydraulischen Antrieb. Durch die feste Zuordnung jeweils eines Stellglieds zu Fahr- und Arbeitszylinder sind die Anzahl der benötigten Komponenten, der Installationsaufwand und die Investitionskosten erheblich. Weiterhin ist die Energieeffizienz mangelhaft, insbesondere im Teillastbereich und bei der Verwendung von Stetigventilen.
  • EP 2 480 405 B1 offenbart einen hydraulischen Antrieb mit einem Fahr- und einem Arbeitszylinder mit einer drehzahlvariablen Pumpe als Stellglied in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf, an dem über ein Ventil ein Druckreservoir angeschlossen ist. Die beiden Zylinder sind separat voneinander als Differentialzylinder ausgeführt. Eine kompaktere Ausführung wäre dagegen wünschenswert. Bei der dort offenbarten Anordnung fällt der Fahrzylinder bei dem Kraftgang als zusätzliche kraftausübende Komponente weg, so dass die im Kraftgang wirkende Kraft alleine durch den Arbeitszylinder aufgebracht werden muss, was die Effizienz des Antriebs mindert. Beim Eilgang wird die Geschwindigkeit des Werkzeugs dagegen ausschließlich durch dessen Gewicht bestimmt. Es können im Eilgang daher keine höheren Geschwindigkeiten, als die durch die Gewichtskraft des Werkzeugs vorgegebene, erreicht werden. Somit ist dieser hydraulische Antrieb nur begrenzt variabel betreibbar.
  • Es ist daher wünschenswert, einen hydraulischen Antrieb zur Verfügung zu stellen, der eine Mindestanzahl an Komponenten benötigt, den Installationsaufwand gering hält, die Energieeffizienz verbessert, kompakt gebaut werden kann und ausreichend variabel betreibbar ist.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydraulischen Antrieb zur Verfügung zu stellen, der eine Mindestanzahl an Komponenten benötigt, den Installationsaufwand gering hält, die Energieeffizienz verbessert, kompakt gebaut werden kann und ausreichend variabel betreibbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen hydraulischen Antrieb umfassend einen Arbeitszylinder und einen mechanisch mit dem Arbeitszylinder verbundenen Fahrzylinder, wobei der Arbeitszylinder und der Fahrzylinder jeweils einen oberen und einen unteren Zylinderraum umfassen und alle vier Zylinderräume der Arbeits- und Fahrzylinder in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllten und vorgespannten Druckkreis in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, eine Hydraulikmaschine mit erstem und zweitem Druckanschluss im Druckkreis zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit zwischen den einzelnen Zylinderräumen der Arbeits- und Fahrzylinder während des Betriebs des hydraulischen Antriebs angeordnet ist, und wobei mindestens ein erstes und ein zweites Wegeventil so im Druckkreis angeordnet sind, dass deren jeweilige für die verschiedenen Betriebsphasen des hydraulischen Antriebs geeigneten Schaltstellungen zusammen mit der geeignet betriebenen Hydraulikmaschine eine gemeinsame Bewegung des Arbeits- und Fahrzylinders in die eine oder andere Kolbenbewegungsrichtung ermöglichen, vorzugsweise werden dafür nur das erste und das zweite Wegeventil im Druckkreis angeordnet.
  • Hierbei bezeichnet der Begriff "Arbeitszylinder" einen Zylinder, der für die Durchführung eines kraftaufbauenden Bewegungsablaufs vorgesehen ist, also eine Bewegung der Kolbenstange mit hoher Kraft bei kleiner Geschwindigkeit ermöglicht. Der Begriff Fahrzylinder bezeichnet dagegen einen Zylinder, der für einen schnellen Bewegungsablauf unter Ausübung einer geringen Kraft vorgesehen ist. In der erfindungsgemäßen Anordnung sind Arbeits- und Fahrzylinder mechanisch miteinander verbunden. Dabei trägt der Arbeitszylinder nicht aktiv zum schnellen Bewegungsablauf bei, sondern wird vom Fahrzylinder als passive Komponente mitbewegt. Dagegen unterstützt der Fahrzylinder den Arbeitszylinder bei der kraftaufbauenden Bewegung (hoher Kraft, geringe Geschwindigkeit) aktiv, indem auch im Fahrzylinder eine Kraft in Bewegungsrichtung der Kolbenstange aufgebaut wird. Dadurch kann die kraftaufbauende Bewegung beim Pressen, Biegen oder Stanzen einer entsprechenden Maschine durch den erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb unterstützt werden.
  • Die Fahr- und Arbeitszylinder besitzen jeweils zwei Zylinderräume, die durch einen Kolben mit jeweils einer Kolbenfläche zum oberen und unterem Zylinderraum hin getrennt sind. Dabei wird der Zylinderraum als oberer Zylinderraum bezeichnet, in den bei der kraftaufbauenden Bewegung (Kraftgang) die hydraulische Flüssigkeit mittels der Hydraulikmaschine hineingefördert wird. Entsprechend wird der andere Zylinderraum im jeweiligen Zylinder als unterer Zylinderraum bezeichnet, bei dem bei der kraftaufbauenden Bewegung (Kraftgang) die hydraulische Flüssigkeit mittels der Hydraulikmaschine herausgefördert wird
  • Die Kolbenstangenrichtung bezeichnet in der vorliegenden Erfindung die beiden Richtungen, in die sich die Kolbenstange bewegen kann. Die Kolbenstangenrichtung ist somit durch die Kolbenstange und durch die Ausrichtung der Zylinder vorgegeben.
  • Der Begriff "hydraulische Flüssigkeit" bezeichnet hier jede Flüssigkeit, die zur Übertragung von mechanischer Energie in Hydrauliksystemen geeignet ist. Geeignete hydraulische Flüssigkeiten haben gute Schmiereigenschaften, eine hohe Alterungsbeständigkeit und ein hohes Benetzungs- und Haftvermögen. Außerdem sollten sie eine Verträglichkeit mit Dichtungen sowie eine Harz- und Säurefreiheit besitzen sowie einen geringen Temperatureinfluss auf die dynamische als auch kinematische Viskosität, eine geringe Kompressibilität und eine geringe Schaumbildung zeigen. Geeignete hydraulische Flüssigkeiten sind zum Beispiel Mineralöle, auch Hydrauliköle genannt, oder schwer entflammbare Flüssigkeiten wie HFA, HFB, HFC oder HFD. Das Umfördern der hydraulischen Flüssigkeit bezeichnet dabei das Verlagern (Fördern) von hydraulischer Flüssigkeit durch die Druckleitungen des Druckkreises hindurch von einem Zylinderraum in einem anderen Zylinderraum.
  • Die hydraulische Flüssigkeit wird dabei in einem geschlossenen Druckkreis umgefördert. Der Begriff "geschlossen" bezeichnet die Abwesenheit von zur Umgebungsluft offenen Öltanks zum Ölausgleich im hydraulischen Antrieb. Der geschlossene Druckkreis ist ein System aus mehreren Druckleitungen, das die hydraulische Flüssigkeit im Betrieb, mit Ausnahme von Leckagen, nicht verlassen kann. Der Druckkreis ist aus verschiedenen Druckleitungen aufgebaut, die die Hydromaschine mit den Zylindern verbinden. Dabei kann der Druckkreis Druckleitungen umfassen, die sich in mehrere Leitungen verzweigen oder Verbindungsstellen umfassen, an denen mehrere Druckleitungen zu einer weiterführenden Druckleitung zusammengeführt werden. Der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb kann somit in dem geschlossenen Druckkreis ohne zur Umgebungsluft offene angeschlossene Öltanks oder Ölausgleichreservoirs betrieben werden. Der Druckkreis ist dabei vorgespannt, dass heißt, er steht unter einem erhöhten Permanentdruck. Die Vorspannung der hydraulischen Flüssigkeit erhöht das Kompressionsmodul der Flüssigkeit. Hierdurch erhöht sich die Eigenfrequenz des Systems, was zu einer Verbesserung der dynamischen Eigenschaften führt. Ferner wird durch die Vorspannung vermieden, dass die Pumpe Schaden durch Kavitationseffekte nimmt. Ein Betrieb der Hydraulikmaschine würde bei nicht vorgespannten hydraulischen Flüssigkeiten dazu führen, dass sich diese Flüssigkeiten zuerst entspannen oder zuerst komprimiert werden, bevor sie sich im Druckkreis in Bewegung setzen. Nicht vorgespannte Druckkreise arbeiten somit mit einer zeitlichen Verzögerung der Hydraulikbewegung und verlieren dadurch Antriebsenergie durch die Kompressions- und Entspannungsvorgänge in der hydraulischen Flüssigkeit bei Förderung durch die Hydraulikmaschine. Der Vorspanndruck im erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb beträgt daher vorzugsweise mindestens 5 bar. Der Vorspanndruck kann beispielsweise über eine Druckquelle, die über ein Rückschlagventil mit dem Druckkreis verbunden ist, konstant gehalten werden. Das Rückschlagventil ermöglicht der Druckquelle lediglich Leckagen auszugleichen. Bei einer perfekten Dichtigkeit des hydraulischen Antriebs beziehungsweise des Druckkreises und einer inkompressiblen Flüssigkeit wäre diese Druckquelle für den Betrieb des hydraulischen Antriebs nicht notwendig.
  • Die Hydraulikmaschine ist dabei in dem Druckkreis integriert, indem deren beide Druckanschlüsse (erster und zweiter Druckanschluss) mit den Druckleitungen des Druckkreises verbunden sind. Die Hydraulikmaschine ist beispielsweise eine drehzahlveränderbare Hydraulikmaschine.
  • Der Betrieb des hydraulischen Antriebs bezeichnet einen gesamten Bewegungszyklus der Komponenten, die mit dem hydraulischen Antrieb bewegt werden. Der Bewegungszyklus ist vollständig durchlaufen, wenn die gleiche Position der Zylinder und der Kolbenstange nach Durchlaufen eines oberen und eines unteren Totpunkts erreicht ist. Als Totpunkt wird der Punkt bezeichnet, bei dem die Kolbenstange zur Ruhe kommt und anschließen ihre Bewegungsrichtung umdreht. Ein Betriebszyklus unterteilt sich dabei in verschiedene Betriebsphasen des hydraulischen Antriebs. In der Betriebsphase "Eilgang-abwärts" fährt der hydraulische Antrieb mit hoher Geschwindigkeit und geringer Kraft die Kolbenstange aus, in der Betriebsphase "Kraftgang" wird die Bewegung in gleiche Richtung bei kleiner Geschwindigkeit und hoher Kraftausübung fortgesetzt. Beim Erreichen des Totpunktes erfolgt die Betriebsphase "Kraftabbau", bis der hydraulische Antrieb entspannt ist und die Bewegungsrichtung umgekehrt werden kann. In der Betriebsphase "Eilgang-aufwärts" wird die Kolbenstange mit hoher Geschwindigkeit und geringer Kraft wieder in die andere Richtung bewegt, bis der andere Totpunkt erreicht ist. Daran kann sich nun die Betriebsphase "Eilgang-abwärts" oder die Betriebsphase "Stillstand" anschließen, in der der hydraulische Antrieb sich in Ruhe befindet.
  • Der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb kommt dabei mit einer Mindestanzahl an Komponenten aus, hält den Installationsaufwand gering, verbessert die Energieeffizienz, kann kompakter gebaut werden und ist ausreichend variabel betreibbar. Insbesondere benötigt der hydraulische Antrieb lediglich ein einziges Stellglied (die Hydraulikmaschine), um sowohl den Fahr- als auch den Arbeitszylinder zu versorgen.
  • In einer Ausführungsform ist das erste Wegeventil in einer ersten Druckleitung des Druckkreises angeordnet, die die beiden Zylinderräume des Arbeitszylinders miteinander verbindet und in einer ersten Schaltstellung einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit zum Kurzschließen der beiden Zylinderräume ermöglicht. Durch diese erste Druckleitung mit diesem ersten Wegeventil können die Zylinderräume des Arbeitszylinders kurzgeschlossen werden, beispielsweise damit der Arbeitszylinder beim Eilgang keinen Gegendruck zur Fahrbewegung des Fahrzylinders aufbauen kann. Durch den Kurzschluss der Zylinderräume des Arbeitszylinders herrschen in beiden Zylinderräumen näherungsweise gleiche Drücke und damit keine relevante durch die hydraulische Flüssigkeit auf die Kolbenfläche im Arbeitszylinder wirkende Kraft. Die erste Druckleitung kann dabei Verzweigungen in weitere Druckleitungen umfassen. Das Wegeventil kann jedes geeignete Wegeventil mit mindestens zwei Schaltstellungen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Wegeventil ein 2/2-Wegeventil und ist dazu vorgesehen, in der anderen zweiten Schaltstellung die erste Druckleitung in beide Richtungen zu sperren. Durch diese andere Schaltstellung kann ein Kraftaufbau am Arbeitszylinder erreicht werden, beispielsweise während des Kraftgangs.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Wegeventil ein Stetigventil. Hierdurch wird eine weichere Umschaltung zwischen den mit den Betriebsphasen ermöglicht. Ferner kann auch das zweite Wegeventil ein Stetigventil sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Druckanschluss der Hydraulikmaschine über eine zweite und dritte Druckleitung des Druckkreises mit den jeweils oberen Zylinderräumen der Arbeits- und Fahrzylinder verbunden, wobei das zweite Wegeventil in der zweiten Druckverbindung zum oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders angeordnet ist. Die Hydraulikmaschine fördert die hydraulische Flüssigkeit im Druckkreis in die eine oder in die andere Richtung. Insofern hat die Hydraulikmaschine zwei Anschlüsse, einen ersten und einen zweiten Druckanschluss. Hierbei kann die zweite Druckleitung entweder direkt in den oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders oder in einer Ausführungsform in die erste Druckleitung münden und somit über die erste Druckleitung mit dem oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders verbunden sein. Damit kann die Hydraulikmaschine über ihren ersten Druckanschluss die hydraulische Flüssigkeit in die oberen Zylinderräume der beiden Zylinder fördern und somit für den Kraftgang in beiden Zylindern Druck und damit Kraft aufbauen oder je nach Schaltstellung des zweiten Wegeventils die hydraulische Flüssigkeit nur in den oberen Zylinderraum des Fahrzylinders für einen Eilgang fördern. Das zweite Wegeventil kann jedes geeignete Wegeventil mit mindestens drei Schaltstellungen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Wegeventil dazu ein 2/3-Wegeventil mit drei unterschiedlichen Schaltstellungen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ermöglicht eine erste der Schaltstellungen des zweiten Wegeventils einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit zum Kurzschließen der beiden oberen Zylinderräume, während eine zweite der Schaltstellungen des zweiten Wegeventils eine Rückschlagventilstellung ist, wobei der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums des Fahrzylinders gesperrt ist und in umgekehrte Richtung ermöglicht wird, und eine dritte der Schaltstellungen des zweiten Wegeventils die zweite Druckleitung in beide Richtungen sperrt. Die erste Schaltstellung des zweiten Wegeventils ermöglicht beispielsweise einen Kraftabbau nach Beendigung des Kraftgangs, da diese Schaltstellung es der hydraulischen Flüssigkeit ermöglicht, aus beiden oberen Zylinderräumen bei entsprechendem Betrieb der Hydraulikmaschine abzufließen und somit die Kraft auf die Kolbenflächen abzubauen. Die zweite Schaltstellung des zweiten Wegeventils ermöglicht beispielsweise einen Druckausgleich durch Druckabgabe vom oberen Zylinderraum des Fahrzylinders in den geöffneten Bypass (Kurzschluss) des Arbeitszylinders beim Eilgang, indem die Rückschlagstellung bei Überschreiten eines Mindestdruckes das zweite Wegeventil in Richtung des Arbeitszylinders öffnet. Dasselbe geschieht beispielsweise beim Kraftgang, wo hydraulische Flüssigkeit durch die Hydraulikpumpe in die zweite und dritte Druckleitung gepresst (gefördert) wird. Der Druck für den Kraftgang übersteigt dabei den Sperrdruck der Rückschlagventilstellung bei weitem, so dass das zweite Wegeventil auch beim Kraftgang die zweite Druckleitung zum oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders öffnet. Hierbei kann die zweite Druckleitung entweder direkt in den oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders münden oder in einer Ausführungsform in die erste Druckleitung münden und somit über die erste Druckleitung mit dem oberen Zylinderraum des Arbeitszylinders verbunden sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Druckanschluss der Hydraulikmaschine über eine vierte und fünfte Druckleitung des Druckkreises mit den unteren Zylinderräumen der Arbeits- und Fahrzylinder ohne zwischengeschaltete Wegeventile verbunden. Sobald die Hydraulikmaschine über den ersten Druckanschluss hydraulische Flüssigkeit in die zweite und dritte Druckleitung fördert, muss die hydraulische Flüssigkeit über den anderen (zweiten) Druckanschluss in die Hydraulikmaschine nachgeliefert werden. Dazu ist dieser mit den unteren Zylinderräumen der beiden Zylinder ohne dazwischengeschaltete Wegeventile verbunden. Bei einer Förderung in die unteren Zylinderräume der Fahr- und Arbeitszylinder gilt entsprechend das Gegenteil. Dann wird die hydraulische Flüssigkeit über den ersten Druckanschluss in die Hydraulikmaschine nachgeliefert, wobei die ersten und zweiten Wegeventile eine entsprechend geeignete Schaltstellung aufweisen.
  • In einer Ausführungsform sind sowohl der Arbeitszylinder als auch der Fahrzylinder Gleichgangzylinder mit jeweiligen Ringflächen als Kolbenflächen. Ein Gleichgangzylinder (oder auch Gleichlaufzylinder bezeichnet) besitzt auf beiden Seiten der Kolbenfläche eine Kolbenstange. Das Volumen der in die eine Kammer einströmenden Flüssigkeit entspricht dem Volumen der aus der anderen Kammer ausströmenden Flüssigkeit. Damit ist die Volumenstrombilanz des geschlossenen hydraulischen Antriebs vollkommen ausgeglichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind der Arbeitszylinder und der Fahrzylinder als Tandemzylinder mit gemeinsamer Kolbenstange angeordnet. Bei dem Tandemzylinder werden die beiden Zylinder so miteinander verbunden, dass die Kolbenstange des Arbeitszylinders durch den Boden des Fahrzylinders hindurchgeht und als dessen Kolbenstange ebenfalls fungiert oder mit dessen Kolbenstange direkt verbunden ist. Dadurch wird eine besonders geringe Bautiefe erreicht. Durch geeignete Schaltstellungen der Wegeventile kann zudem beim Kraftgang eine Kopplung der Kolbenflächen erreicht werden, so dass eine höhere Kraft beim gleichen durch die Hydraulikmaschine erzeugten Druck der hydraulischen Flüssigkeit beim Kraftgang erreicht werden kann, als es bei nicht gekoppelten Kolbenstangen möglich wäre, wie es beispielsweise bei Anordnung mit separaten Differenzialkolben der Fall wäre, insbesondere wo beispielsweise die der Ringkammer gegenüberliegende Kolbenkammer des Fahrzylinders nicht an den Druckkreis angeschlossen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Kolbenflächen des Fahrzylinders kleiner als die Kolbenflächen des Arbeitszylinders. Dadurch lassen sich besonders große Geschwindigkeiten der Kolbenstange beim Eilgang erreichen. Vorzugsweise ist dabei die Kolbenfläche des Arbeitszylinders um mindestens 100% größer als die des Fahrzylinders, besonders bevorzugt ist diese um mindestens 300 % größer, noch bevorzugter ist diese um mindestens 500% größer.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Hydraulikmaschine nur eine einzige Pumpe und einen mit der Pumpe mechanisch gekoppelten Motor zum Antrieb der Pumpe, wobei der Motor drehzahlvariabel und/oder die Pumpe eine Verstellpumpe ist. Mit nur einer Pumpe umfasst der hydraulische Antrieb lediglich ein einziges Stellglied (die Pumpe) und vermeidet dadurch eine unnötige höhere Anzahl an Komponenten. Vorzugsweise ist der Motor ein Elektromotor. Besonders bevorzugt ist der Motor ein drehzahlvariabler Elektromotor und die Pumpe eine Konstantpumpe. Durch den drehzahlveränderbaren Pumpenantrieb kann die Energieeffizienz des hydraulischen Antriebs besonders stark verbessert werden. Mit obiger Ausführung der Hydraulikmaschine kann auch eine Dezentralisierung des Antriebs erreicht werden.
  • Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf Presse-, Biege- oder Stanzmaschine umfassend einen erfindungsgemäßen hydraulischen Antrieb.
  • Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs umfassend mechanisch gekoppelte Arbeits- und Fahrzylinder mit jeweils einem oberen und einem unteren Zylinderraum, wobei alle vier Zylinderräume der Arbeits- und Fahrzylinder in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllten und vorgespannten Druckkreis in geeigneter Weise miteinander verbunden sind und eine Hydraulikmaschine mit erstem und zweitem Druckanschluss im Druckkreis zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit zwischen den einzelnen Zylinderräumen der Arbeits- und Fahrzylinder während des Betriebs des hydraulischen Antriebs angeordnet ist, umfassend die Schritte
    • Betreiben des hydraulischen Antriebs im Eilgang aufwärts oder abwärts mittels der Hydraulikmaschine und eines ersten und eines zweiten Wegeventils, wobei das erste Wegeventil in einer ersten Druckleitung des Druckkreises angeordnet ist und in einer ersten Schaltstellung betrieben wird, die die beiden Zylinderräume des Arbeitszylinders zum beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit kurzschließt, wobei das zweite Wegeventil in einer Rückschlagventilstellung betrieben wird, so dass der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums des Fahrzylinders gesperrt ist, und wobei die Hydraulikmaschine die hydraulische Flüssigkeit für eine Bewegung der Kolbenstange in Richtung der unteren Zylinderräume und für eine Bewegung in Richtung der oberen Zylinderräume fördert,
    • Betreiben des hydraulischen Antriebs im Kraftgang, wobei das erste Wegeventil in einer zweiten Schaltstellung betrieben wird, die die erste Druckleitung in beide Richtungen sperrt, wobei das zweite Wegeventil in der Rückschlagventilstellung des Eilgangs verbleibt, und wobei die Hydraulikmaschine die hydraulische Flüssigkeit in Richtung der oberen Zylinderräume fördert,
    • Entspannen des hydraulischen Antriebs nach dem Kraftgang, wobei das erste Wegeventil in der Schaltstellung des Kraftgangs verbleibt, wobei das zweite Wegeventil in einer ersten Schaltstellung betrieben wird, die einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit zum Kurzschließen der beiden oberen Zylinderräume ermöglicht, und wobei die Hydraulikmaschine die hydraulische Flüssigkeit in Richtung der unteren Zylinderräume fördert.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass im Eilgang die Bewegungsrichtung ohne eine Umschaltung der Ventile geändert werden kann. Zur Umkehr der Bewegungsrichtung reicht es nämlich aus, die Förderrichtung der Hydraulikmaschine umzukehren.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des Betreibens des hydraulischen Antriebs im Stillstand, wobei das erste und das zweite Wegeventil in einer Schaltstellung betrieben werden, die die jeweiligen Druckleitungen in beide Richtungen sperren, und wobei die Hydraulikmaschine die Hydraulische Flüssigkeit nicht fördert.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des drehzahlvariablen Betreibens der Hydromaschine mittels eines mechanisch gekoppelten Elektromotors.
    • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt:
    • Fig.1:
    schematische Darstellung des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs;
    Fig.2:
    schematische Darstellung der Schaltstellungen (a) des ersten Wegeventils und (b) des zweiten Wegeventils im Detail
    Fig.3:
    Schaltstellungen der Wegeventile beim (a) Eilgang, (b) Kraftgang, (c) Kraftabbau und (d) Stillstand.
    Fig.4:
    eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs 1. Der hydraulischer Antrieb 1 umfassend einen Arbeitszylinder 2 und einen Fahrzylinder 3 mit jeweils einem oberen Zylinderraum 21, 31 und einem unteren Zylinderraum 22, 32, wobei die Zylinder 2, 3 als Gleichgangzylinder mit jeweiligen Ringflächen 23, 33 und mit einer gemeinsamer Kolbenstange 8 als Tandemzylinder in Kolbenbewegungsrichtung R1, R2 übereinander angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind die Kolbenflächen 33 des Fahrzylinders 3 kleiner als die Kolbenflächen 23 des Arbeitszylinders 2 ausgestaltet, um eine schnellere Geschwindigkeit beim Eilgang bei gleichem Fördervolumen pro Zeiteinheit durch die Hydraulikmaschine 5 zu erzielen. Beispielsweise beträgt die Ringfläche 33 des Fahrzylinders 3 ca. 120 cm2 und die Ringfläche 23 des Arbeitszylinders 2 ca. 700 cm2. Mit diesen Ringflächen lässt sich beispielsweise bei einem Druck von 300 bar im Druckkreis 4 eine Presskraft im Kraftgang von 2500kN erreichen. Die Ringflächen 23, 33 besitzen in dieser Ausführungsform für die jeweiligen Zylinder 2, 3 im oberen und unteren Zylinderraum allerdings die gleiche Fläche. In dem hydraulischen Antrieb sind ferner alle vier Zylinderräume 21, 22, 31, 32 der Arbeits- und Fahrzylinder 2, 3 in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit F gefüllten und vorgespannten Druckkreis 4 mit den Druckleitungen 41, 42, 43, 44, 45 miteinander verbunden und es ist eine drehzahlveränderbare Hydraulikmaschine 5 mit erstem und zweitem Druckanschluss 51, 52 im Druckkreis 4 zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit F (Doppelpfeil, soll die beiden möglichen Förderrichtungen darstellen) zwischen den einzelnen Zylinderräumen 21, 22, 31, 32 der Arbeits- und Fahrzylinder 2, 3 während des Betriebs des hydraulischen Antriebs 1 angeordnet. Die Hydraulikmaschine 5 umfasst in dieser Ausführungsform nur eine einzige Pumpe 53 und einen mit der Pumpe 53 mechanisch gekoppelten Elektromotor 54 zum drehzahlvariablen Antrieb der Pumpe 53. Die mechanische Kopplung ist durch den Doppelstrich zwischen Pumpe 53 und Elektromotor 54 symbolisiert. Die Pumpe 53 hat beispielsweise eine Förderleistung von 1300 l/min. Außerdem sind ein erstes Wegeventil 6 und ein zweites Wegeventil 7 so im Druckkreis 4 angeordnet sind, dass deren jeweilige für die verschiedenen Betriebsphase des hydraulischen Antriebs 1 geeigneten Schaltstellungen (siehe dazu Fig.2) zusammen mit dem geeignet betriebenen Pumpenantrieb 5 eine gemeinsame Bewegung des Arbeits- und Fahrzylinders 2, 3 in die eine oder andere Kolbenbewegungsrichtung R1, R2 ermöglichen. Hierzu verbindet eine erste Druckleitung den oberen Zylinderraum 21 mit dem unteren Zylinderraum 22 des Arbeitszylinders über das in der ersten Druckleitung 41 angeordnete erste Wegeventil 6. Bei den oben angegebenen Ringflächen sollte die erste Druckleitung 41 und das erste Wegeventil beispielsweise eine Durchlasskapazität von mehr als 4000 l/min haben. Die unteren Zylinderräume 22 und 32 der Arbeits- und Fahrzylinder 2, 3 sind über die Druckleitungen 45 und 44 miteinander verbunden, ohne dass in dieser Verbindung ein schaltbares Wegeventil angeordnet ist. Der obere Zylinderraum 31 und der unter Zylinderraum 32 des Fahrzylinders 3 sind über die dritte und vierte Druckleitung 43 und 44 miteinander verbunden, wobei hier die Hydromaschine 5 über deren Druckanschlüsse 51, 52 dazwischengeschaltet ist. Ferner ist die dritte Druckleitung 43 über die zweite Druckleitung 42 mit der ersten Druckleitung 41 so verbunden, dass zwischen der dritten Druckleitung 43 und dem oberen Zylinderraum 21 des Arbeitszylinders 2 das zweite Wegeventil 7 in der zweiten Druckleitung 42 angeordnet ist. Das zweite Wegeventil 7 kann eine gegenüber dem ersten Wegeventil geringe Durchlasskapazität haben, beispielsweise höher als 700 l/min. Die Verbindung der dritten Druckleitung 43 mit dem unteren Zylinderraum 22 des Arbeitszylinders 2 ist dagegen über die zweite Druckleitung 42 mit zweiten Wegeventil 7 und die erste Druckleitung 41 mit dazwischen angeordnetem ersten Wegeventil 6 verwirklicht. Durch die Führung der Kolbenflächen 23, 33 in den Zylindern 2, 3 kann sich die Kolbenstange 8 ausschließlich in die Richtungen R1, R2 bewegen. In dieser Ausführungsform benötigt der hydraulische Antrieb 1 für den Betrieb neben dem ersten und zweiten Wegeventil 6, 7 keine weiteren Ventile, so dass der erfindungsgemäße hydraulische Antrieb 1 mit einer Mindestzahl an Komponenten betreibbar ist. Die Druckleitungen 41, 42, 43, 44, 45 verzweigen sich teilweise im Druckkreis 4 oder laufen teilweise in diesem zusammen. Die Verzweigungspunkte (Zusammenlaufpunkte) sind durch schwarze Punkte an den jeweiligen Stellen gekennzeichnet. Die Druckleitungen, die sich lediglich kreuzen, ohne dabei dort miteinander verbunden zu sein, sind ohne diese schwarzen Punkte dargestellt, siehe die sich kreuzenden Druckleitungen 42 und 44 zwischen den Wegeventilen 6 und 7.
  • In Fig.2 sind schematisch die möglichen Schaltstellungen (a) des ersten Wegeventils und (b) des zweiten Wegeventils im Detail dargestellt. Das erste Wegeventil 6 ist in dieser Ausführungsform als ein 2/2-Wegeventil dargestellt und ermöglicht in einer ersten Schaltstellung 61 einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F. In einer zweiten Schaltstellung 62 sperrt es dagegen in beide Richtungen. Das zweite Wegeventil 7 ist in dieser Ausführungsform ein 2/3-Wegeventil 7 mit drei unterschiedlichen Schaltstellungen 71, 72, 73. In einer ersten Schaltstellung 71 ermöglicht das zweiten Wegeventil 7 einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F, in einer zweiten Schaltstellung 72 umfasst das zweiten Wegeventil 7 eine Rückschlagventilstellung, wobei der Durchlass in einer Richtung (hier in der Richtung zum oberen Zylinderraum 31 des Fahrzylinders 3) gesperrt ist und in einer dritten Schaltstellung 73 sperrt das zweite Wegeventil 7 in beide Richtungen.
  • Fig.3 zeigt die Schaltstellungen der Wegeventile 6, 7 beim (a) Eilgang, (b) Kraftgang, (c) Kraftabbau und (d) Stillstand, siehe dazu ergänzend auch Fig.2. Aus Übersichtsgründen wurden hier die Detailbezeichnungen der Druckleitungen im Druckkreis 4 weggelassen. Für die nachfolgend angegebenen Bezeichnungen der Druckleitung 41, 42, 43, 44, 45 wird auf Fig.1 verwiesen. Beim Eilgang BE in Fig.3a (Abwärtsbewegung der Kolbenstange 8 in Richtung R1 oder Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 8 in Richtung R2, siehe Fig.1) hat das erste Wegeventil 6 die Schaltstellung 61 (beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F in erster Druckleitung 41). Damit werden die beiden Zylinderräume 21, 22 des Arbeitszylinders 2 miteinander verbunden und somit über den beidseitig möglichen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F ein Kurzschließen der beiden Zylinderräume 21, 22 erreicht. Damit kann mit der hydraulischen Flüssigkeit keine resultierende Kraft auf die Kolbenflächen des Arbeitszylinders ausgeübt werden, so dass dieser passiv mit dem Fahrzylinder mitläuft. Das zweite Wegeventil 7 steht dabei in der zweiten Schaltstellung 72 in der Rückschlagventilstellung, wobei der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums 31 des Fahrzylinders 3 gesperrt ist, während ein Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F in Richtung des Arbeitszylinders 2 bei einem Druck höher als ein Schwellendruck möglich ist und selbst bei hohem Druck am Fahrzylinder 3 ein Druckausgleich zwischen den Zylinderräumen 21, 22 des Arbeitszylinders 2 über die durch das erste Wegeventil 6 geöffnete Druckleitung 41 herrscht. Hierbei fördert die Hydraulikmaschine 5 bei einem Eilgang BE abwärts (R1) die hydraulische Flüssigkeit F vom unteren Zylinderraum 32 des Fahrzylinders 3 über die Druckleitungen 44 und 43 in den oberen Zylinderraum 31 des Fahrzylinders 3, während bei einem Eilgang BE aufwärts (R2) die hydraulische Flüssigkeit F vom oberen Zylinderraum 31 des Fahrzylinders 3 über die Druckleitungen 43 und 44 in den unteren Zylinderraum 32 des Fahrzylinders 3 gefördert wird. Durch die Schaltstellungen 61, 72 der Wegeventile 6, 7 herrscht immer ein Druckausgleich zwischen den Zylinderräumen 21, 22 im Arbeitszylinder 2, unabhängig davon, in welche Richtung und mit welcher Leistung die Hydraulikmaschine 5 die hydraulische Flüssigkeit F fördert.
  • Beim Kraftgang BK (Fig.3b) fördert die Hydraulikmaschine 5 die hydraulische Flüssigkeit F durch den ersten Druckanschluss 51 in die Druckleitungen 42, 43 in Richtung der oberen Zylinderräume 21, 31 des Arbeits- und Fahrzylinders 2, 3. Dazu steht das zweite Wegeventil weiterhin in der Rückschlagventilstellung 72, die einen Durchlass der nun durch die Förderleistung der Hydraulikmaschine 5 unter höherem Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit F in den Druckleitungen 42, 43 in Richtung des Arbeitszylinders 2. Das erste Wegeventil 6 steht nun in der zweiten Schaltstellung 62, die die erste Druckleitung 41 in beide Richtungen sperrt, so dass die durch das zweite Wegeventil 7 in Schaltstellung 72 hindurchgelassene hydraulische Flüssigkeit F lediglich in den oberen Zylinderraum 21 zum Druckaufbau auf der Kolbenfläche 23 gelangen kann. Parallel dazu werden über die vierte Druckleitung 44 angeschlossen an den unteren Zylinderraum 32 des Fahrzylinders 3 und die fünfte Druckleitung 45 angeschlossen an den unteren Zylinderraum 22 des Arbeitszylinders 2 die hydraulische Flüssigkeit F aus den unteren Zylinderräumen 22, 32 über den zweiten Druckanschluss 52 der Hydraulikmaschine 5 abgepumpt und weiter in die oberen Zylinderräume 21, 31 gefördert. Durch diese Druckunterschiede zwischen oberem und unterem Zylinderraum in beiden Zylindern 2 und 3 wird eine große Kraft aufgebaut, die die Kolbenstange 8 bewegt, allerdings mit einer geringeren Geschwindigkeit als beim Eilgang, da ein größeres Volumen an hydraulischer Flüssigkeit nun umgefördert werden muss. Beim Kraftgang BK wirken Arbeitszylinder 2 und Fahrzylinder 3 zusammen auf die Kolbenstange 8 und sind daher beide am Kraftgang BK aktiv beteiligt, was zu einem effektiveren Betrieb des hydraulischen Antriebs 1 führt.
  • Nach Beendigung des Kraftgangs muss der hydraulische Antrieb über die Betriebsphase Entspannung BS wieder entspannt werden, damit nachfolgend die Kolbenstange in die andere Richtung bewegt werden kann. Hierzu verbleibt das erste Wegeventil 6 in der zweiten Schaltstellung 62, die die erste Druckleitung 41 in beide Richtungen sperrt, während das zweite Wegeventil 7 in die erste Schaltstellung 71 geschaltet wird, wo das zweite Wegeventil 7 einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit durch die zweite Druckleitung 42 ermöglicht, so dass sich die Druckunterschiede zwischen den oberen und unteren Zylinderräumen mittels einer Förderrichtung der hydraulischen Flüssigkeit F von den oberen Zylinderräumen 21, 31 zu den unteren Zylinderräumen 22, 32 abbauen können. Hierbei wird die hydraulische Flüssigkeit F vom oberen Zylinderraum 31 des Fahrzylinders 3 über die Druckleitungen 43 und 44 in den unteren Zylinderraum 32 gefördert. Gleichzeitig wird die hydraulische Flüssigkeit F vom oberen Zylinderraum 21 des Arbeitszylinders 2 über die erste Druckleitung 41 und über die zweite Druckleitung 42 mit offenem zweiten Wegeventil 7 in den unteren Zylinderraum 22 über die fünfte Druckleitung 45 gefördert.
  • Nachdem der hydraulische Antrieb entspannt ist, kann der Eilgang BE in Aufwärtsrichtung mit den Schaltstellungen gemäß Fig.3a und der entsprechenden Förderrichtung der hydraulischen Flüssigkeit F von dem oberen Zylinderraum 31 des Fahrzylinders in den unteren Zylinderraum 32 durch die Hydraulikmaschine 5 erfolgen.
  • Soll dagegen nach einem Eilgang BE aufwärts die mit den hydraulischen Antrieb 1 betriebene Maschine in einer Halteposition BH verbleiben (Betriebsphase Halteposition oder Stillstand), so verbleibt das erste Wegeventil 6 in der zweiten Schaltstellung 62 und das zweite Wegeventil wird in die dritte Schaltstellung 73 geschaltet, wo es die zweite Druckleitung 42 in beide Richtungen sperrt. In der Halteposition BH fördert ferner die Hydraulikmaschine 5 keine hydraulische Flüssigkeit F in irgendeine Richtung, so dass die hydraulische Flüssigkeit F im Druckkreis 4 ohne Bewegung ruht und mittels des Vorspanndrucks die Kolbenstange 8 in ihrer Position hält.
  • Fig.4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebs nach Fig.1 umfassend die Schritte des Betreibens des hydraulischen Antriebs 1 im Eilgang BE aufwärts oder abwärts mittels der Hydraulikmaschine 5 und des ersten und zweiten Wegeventils 6 und 7, wobei das erste Wegeventil 6 in einer ersten Druckleitung 41 des Druckkreises 4 angeordnet ist und in einer ersten Schaltstellung 61 betrieben wird, die die beiden Zylinderräume 21, 22 des Arbeitszylinders 2 zum beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F kurzschließt, wobei das zweite Wegeventil 7 in einer Rückschlagventilstellung 72 betrieben wird, so dass der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums 31 des Fahrzylinders 3 gesperrt ist, aber die hydraulische Flüssigkeit F von der dritten Druckleitung 43 durch die zweite Druckleitung 42 in die erste Druckleitung 41 durchlässt, und wobei die Hydraulikmaschine 5 die hydraulische Flüssigkeit F für eine Bewegung R1 der Kolbenstange 8 in Richtung der unteren Zylinderräume 22, 32 und für eine Bewegung R2 in Richtung der oberen Zylinderräume 21, 31 fördert; sowie des Betreibens des hydraulischen Antriebs 1 im Kraftgang BK, wobei das erste Wegeventil 6 in einer zweiten Schaltstellung 62 betrieben wird, die die erste Druckleitung 41 in beide Richtungen sperrt, wobei das zweite Wegeventil 7 in der Rückschlagventilstellung 72 des Eilgangs verbleibt, und wobei die Hydraulikmaschine 5 die hydraulische Flüssigkeit F in Richtung der oberen Zylinderräume 21, 31 fördert; sowie des Entspannens BS des hydraulischen Antriebs 1 nach dem Kraftgang BK, wobei das erste Wegeventil 6 in der zweiten Schaltstellung 62 des Kraftgangs verbleibt, wobei das zweite Wegeventil 7 in einer ersten Schaltstellung 71 betrieben wird, die einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit F zum Kurzschließen der beiden oberen Zylinderräume 21, 31 ermöglicht, und wobei die Hydraulikmaschine 5 die hydraulische Flüssigkeit F in Richtung der unteren Zylinderräume 22, 32 fördert. Danach erfolgt in dieser Ausführungsform der Eilgang aufwärts BE mit den bereits in Fig.3a und voranstehend beschriebenen Schaltstellungen der beide Wegeventile 6, 7 und der entsprechenden Förderrichtung der Hydraulikmaschine 5 umgekehrt zum Eilgang-abwärts und das erneute Durchführen des Entspannens BS, aber mit umgekehrter Förderrichtung der Hydraulikmaschine im Vergleich zum Entspannen BS nach dem Kraftgang BK. Daran anschließen kann einerseits das erneute Durchlaufen der voranstehend beschriebene Betriebsphasen (Eilgang-abwärts BE; Kraftgang BK, Entspannen BS, Eilgang aufwärts BE und Entspannen BS und so weiter) oder ein Übergang in die Halteposition BH mit den Schaltstellungen 62 und 73 des ersten und zweite Wegeventils 6, 7. Die einzelnen Schaltstellungen und der Betrieb der Hydraulikmaschine 5 in eine der beiden Förderrichtungen für die hydraulischen Flüssigkeit F oder keine Förderung durch die Hydraulikmaschine 5 kann dabei auf geeignete Weise eingestellt, kontrolliert und/oder geschaltet werden. Vorzugsweise werden die Schaltstellungen durch eine Antriebssteuereinheit 9 des hydraulischen Antriebs 1 eingestellt und die Hydraulikmaschine entsprechend angesteuert. Die entsprechenden Ansteuerungen können in der Antriebssteuereinheit 9 hardwaremäßig oder softwaremäßig hinterlegt sein. Die Initiierung (Starten) der Antriebssteuerung kann automatisch oder manuell erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform werden die einzelnen Betriebsphasen manuell eingestellt oder können manuell eingestellt werden.
  • Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    hydraulischer Antrieb
    2
    Arbeitszylinder
    21
    oberer Zylinderraum des Arbeitszylinders
    22
    unterer Zylinderraum des Arbeitszylinders
    23
    Kolbenfläche (Ringfläche) des Arbeitszylinders
    3
    Fahrzylinder
    31
    oberer Zylinderraum des Fahrzylinders
    32
    unterer Zylinderraum des Fahrzylinders
    33
    Kolbenfläche (Ringfläche) des Fahrzylinders
    4
    Druckkreis
    41
    erste Druckleitung des Druckkreises
    42
    zweite Druckleitung des Druckkreises
    43
    dritte Druckleitung des Druckkreises
    44
    vierte Druckleitung des Druckkreises
    45
    fünfte Druckleitung des Druckkreises
    5
    Hydraulikmaschine
    51
    erster Druckanschluss der Hydraulikmaschine an den Druckkreis
    52
    zweiter Druckanschluss der Hydraulikmaschine an den Druckkreis
    53
    Pumpe der Hydraulikmaschine
    54
    Motor der Hydraulikmaschine
    6
    erstes Wegeventil
    61
    erste Schaltstellung des ersten Wegeventils
    62
    zweite Schaltstellung des ersten Wegeventils
    7
    zweites Wegeventil
    71
    erste Schaltstellung des zweiten Wegeventils
    72
    zweite Schaltstellung des zweiten Wegeventils
    73
    dritte Schaltstellung des zweiten Wegeventils
    8
    gemeinsame Kolbenstange der Arbeits- und Fahrzylinder
    9
    Antriebssteuereinheit des hydraulischen Antriebs
    BE
    Betrieb des hydraulischen Antriebs in der Betriebsphase "Eilgang"
    BH
    Betrieb des hydraulischen Antriebs in der Betriebsphase "Halteposition"
    BK
    Betrieb des hydraulischen Antriebs in der Betriebsphase "Kraftgang"
    BS
    Betrieb des hydraulischen Antriebs in der Betriebsphase "Entspannen"
    F
    hydraulische Flüssigkeit
    R1, R2
    Kolbenbewegungsrichtungen (abwärts/aufwärts oder rein/raus)

Claims (15)

  1. Ein hydraulischer Antrieb (1) umfassend einen Arbeitszylinder (2) und einen mechanisch mit dem Arbeitszylinder (2) verbundenen Fahrzylinder (3), wobei der Arbeitszylinder (2) und der Fahrzylinder (3) jeweils einen oberen und einen unteren Zylinderraum (21, 22, 31, 32) umfassen und alle vier Zylinderräume (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit (F) gefüllten und vorgespannten Druckkreis (4) in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, eine Hydraulikmaschine (5) mit erstem und zweitem Druckanschluss (51, 52) im Druckkreis (4) zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit (F) zwischen den einzelnen Zylinderräumen (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) während des Betriebs des hydraulischen Antriebs (1) angeordnet ist, und wobei mindestens ein erstes und ein zweites Wegeventile (6, 7) so im Druckkreis (4) angeordnet sind, dass deren jeweilige für die verschiedenen Betriebsphasen des hydraulischen Antriebs (1) geeigneten Schaltstellungen (61, 62, 71, 72, 73) zusammen mit der geeignet betriebenen Hydraulikmaschine (5) eine gemeinsame Bewegung des Arbeits- und Fahrzylinders (2, 3) in die eine oder andere Kolbenbewegungsrichtung (R1, R2) ermöglichen, vorzugsweise werden dafür nur das erste und das zweite Wegeventil (6, 7) im Druckkreis (4) angeordnet.
  2. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Wegeventil (6) in einer ersten Druckleitung (41) des Druckkreises (4) angeordnet ist, die die beiden Zylinderräume (21, 22) des Arbeitszylinders (2) miteinander verbindet und in einer ersten Schaltstellung (61) einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit (F) zum Kurzschließen der beiden Zylinderräume (21, 22) ermöglicht.
  3. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Wegeventil (6) ein 2/2-Wegeventil (6) ist und dazu vorgesehen ist, in der anderen zweiten Schaltstellung (62) die erste Druckleitung (41) in beide Richtungen zu sperren.
  4. Der hydraulische Antrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Druckanschluss (51) der Hydraulikmaschine (5) über eine zweite und dritte Druckleitung (42, 43) des Druckkreises (4) mit den jeweils oberen Zylinderräumen (21, 31) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) verbunden ist, wobei das zweite Wegeventil (7) in der zweiten Druckverbindung (42) zum oberen Zylinderraum (21) des Arbeitszylinders (2) angeordnet ist.
  5. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Wegeventil (7) ein 2/3-Wegeventil (7) mit drei unterschiedlichen Schaltstellungen (71, 72, 73) ist.
  6. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine erste der Schaltstellungen (71) des zweiten Wegeventils (7) einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit (F) zum Kurzschließen der beiden oberen Zylinderräume (21, 31) ermöglicht, eine zweite der Schaltstellungen (72) des zweiten Wegeventils (7) eine Rückschlagventilstellung ist, wobei der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums (31) des Fahrzylinders (3) gesperrt ist und in umgekehrter Richtung ermöglicht wird, und ein dritte der Schaltstellungen (73) des zweiten Wegeventils (7) die zweite Druckleitung (42) in beide Richtungen sperrt.
  7. Der hydraulische Antrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Druckanschluss (52) der Hydraulikmaschine (5) über eine vierte und fünfte Druckleitung (44, 45) des Druckkreises (4) mit den unteren Zylinderräumen (22, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) ohne zwischengeschaltete Wegeventile verbunden ist.
  8. Der hydraulische Antrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sowohl der Arbeitszylinder (2) als auch der Fahrzylinder (3) Gleichgangzylinder mit jeweiligen Ringflächen (23, 33) als Kolbenflächen sind.
  9. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Arbeitszylinder (2) und der Fahrzylinder (3) als Tandemzylinder mit gemeinsamer Kolbenstange (8) angeordnet sind.
  10. Der hydraulische Antrieb (1) nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kolbenflächen (33) des Fahrzylinders (3) kleiner sind als die Kolbenflächen (23) des Arbeitszylinders (2).
  11. Der hydraulische Antrieb (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hydraulikmaschine (5) nur eine einzige Pumpe (53) und einen mit der Pumpe (53) mechanisch gekoppelten Motor (54) zum Antrieb der Pumpe (53) umfasst, wobei der Motor (54) drehzahlvariabel und/oder die Pumpe (53) eine Verstellpumpe ist.
  12. Presse-, Biege- oder Stanzmaschine umfassend einen hydraulischen Antrieb (1) nach Anspruch 1.
  13. Ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Antriebs (1) nach Anspruch 1 Antriebs umfassend mechanisch gekoppelte Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) mit jeweils einem oberen und einem unteren Zylinderraum (21, 22, 31, 32), wobei alle vier Zylinderräume (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) in einem geschlossenen und mit einer hydraulischen Flüssigkeit (F) gefüllten und vorgespannten Druckkreis (4) in geeigneter Weise miteinander verbunden sind und eine Hydraulikmaschine (5) mit erstem und zweitem Druckanschluss (51, 52) im Druckkreis (4) zur Umförderung der hydraulischen Flüssigkeit (F) zwischen den einzelnen Zylinderräumen (21, 22, 31, 32) der Arbeits- und Fahrzylinder (2, 3) während des Betriebs des hydraulischen Antriebs (1) angeordnet ist, umfassend die Schritte
    - Betreiben (BE) des hydraulischen Antriebs (1) im Eilgang aufwärts oder abwärts mittels der Hydraulikmaschine (5) und eines ersten und eines zweiten Wegeventils (6, 7), wobei das erste Wegeventil (6) in einer ersten Druckleitung (41) des Druckkreises (4) angeordnet ist und in einer ersten Schaltstellung (61) betrieben wird, die die beiden Zylinderräume (21, 22) des Arbeitszylinders (2) zum beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit (F) kurzschließt, wobei das zweite Wegeventil (7) in einer Rückschlagventilstellung (72) betrieben wird, so dass der Durchlass in Richtung des oberen Zylinderraums (31) des Fahrzylinders (3) gesperrt ist, und wobei die Hydraulikmaschine (5) die hydraulische Flüssigkeit (F) für eine Bewegung (R1) der Kolbenstange (8) in Richtung der unteren Zylinderräume (22, 32) und für eine Bewegung (R2) in Richtung der oberen Zylinderräume (21, 31) fördert,
    - Betreiben (BK) des hydraulischen Antriebs (1) im Kraftgang, wobei das erste Wegeventil (6) in einer zweiten Schaltstellung (62) betrieben wird, die die erste Druckleitung (41) in beide Richtungen sperrt, wobei das zweite Wegeventil (7) in der Rückschlagventilstellung (72) des Eilgangs verbleibt, und wobei die Hydraulikmaschine (5) die hydraulische Flüssigkeit (F) in Richtung der oberen Zylinderräume (21, 31) fördert,
    - Entspannen (BS) des hydraulischen Antriebs (1) nach dem Kraftgang, wobei das erste Wegeventil (6) in der zweiten Schaltstellung (62) des Kraftgangs verbleibt, wobei das zweite Wegeventil (7) in einer ersten Schaltstellung (71) betrieben wird, die einen beidseitigen Durchlass der hydraulischen Flüssigkeit (F) zum Kurzschließen der beiden oberen Zylinderräume (21, 31) ermöglicht, und wobei die Hydraulikmaschine (5) die hydraulische Flüssigkeit (F) in Richtung der unteren Zylinderräume (22, 32) fördert.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13 umfassend den weiteren Schritt des Betreibens (BH) des hydraulischen Antriebs (1) im Stillstand, wobei das erste und das zweite Wegeventil (6, 7) in einer Schaltstellung (62, 73) betrieben werden, die die jeweiligen Druckleitungen (41, 42) in beide Richtungen sperren, und wobei die Hydraulikmaschine (5) die hydraulische Flüssigkeit (F) nicht fördert.
  15. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14 umfassend den weiteren Schritt des drehzahlvariablen Betreibens der Hydromaschine (5) mittels eines mechanisch gekoppelten Elektromotors (54).
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