Beschreibung

Elektrohydraulischer Presseπantrieb

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulisehen Pressenantrieb nach dem Patentanspruch 1.

Bekannte elektrische Pressenantriebe weisen zum Bewegen eines Presselements und zum Aufbringen einer Presskraft eine Spindel auf, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird. Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass aufgrund des hohen Gewichts des Presselements bei kurzen Zykluszeiten und den damit einhergehenden hohen Beschleunigungen leistungsstarke Motoren erforderlich sind, die eine entsprechend hohe Anschlussleistung benötigen. Diese ist auch zur Realisierung einer hohen Presskraft erforderlich. Zusätzlich ist aufgrund der hohen aufzubringenden Presskräfte die Spindel entsprechend groß zu dimensionieren.

Bekannte hydraulische Pressenantriebe weisen einen Presszylinder mit einem verfahrbaren Presskolben auf. Im Eilgang ist der Presskolben entsprechend schnell zu verfahren, wobei zur schnellen Befüllung und Entleerung des jeweiligen Zylinderraums ein Füllventil vorgesehen ist. Diese Lösungen haben den Nachteil, dass schnell große Druckmittelmengen umgefördert werden müssen, wodurch der Pressenantrieb erheblichen Belastungen ausgesetzt ist und die Füllventile teuer sind. Füllventile sind zum Beispiel den Datenblättern RD 20478 und RD 20485 der Firma Bosch Rexroth zu entnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrohydraulischen Pressenantrieb zu schaffen, der eine

geringe Anschlussieistung benötigt und kompakt ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrohydraulischen Pressenantrieb mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1.

Der erfindungsgemäße elektrohydraulische Pressenantrieb hat eine Bewegungseinrichtung zum Verfahren eines Pres ^' selernents und eine hydraulische Kompensationseinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Gewichts - kraft der Masse des Presselements. Die Kompensationseinrichtung hat einen Zylinder, der einen in Kompensations- richtung wirksamen Druckraum aufweist, der zur zumindest teilweisen Kompensation der Gewichtskraft mit Hochdruck beaufschlagbar ist und zum Aufbringen einer ersten Press- - kraft I druckentlastbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass durch die zumindest teilweise Kompensation der Gewichts- kraft der Masse des Presselements der Antrieb der Bewegungseinrichtung entsprechend leistungsreduziert ausführbar ist und bei verringerter Ausgangsleistung kurze Zykluszeiten realisierbar sind, wodurch unter Anderem geringere Betriebskosten anfallen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die Kompensation der Gewichtskraft die Bewegungseinrichtung und somit der gesamte Pressenantrieb kompakt ausgeführt werden kann. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der Druckentlastung des in Kompensationsrichtung wirksamen Druckraums das Gewicht des Presselements beim Pressen unterstützend ausgenutzt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinder der Kompensationseinrichtung als ein Differentialzy- linder ausgeführt, dessen zweiter größerer Druckraum mit

Hochdruck beaufschlagbar ist, so dass eine gegenüber der ersten Presskraft erhöhte zweite Presskraft aufbringbar ist . Zum schnellen Anheben des Presselements ist es jedoch vorteilhaft, wenn der zweite Druckraum druckentlastbar ist.

Bevorzugterweise kann die Kompensationseinrichtung zur Hochdruckbeaufschlagung und Druckentlastung der beiden Druckräume einen Hochdruckspeicher bzw. einen Niederdruckspeicher vorsehen, wobei zum Laden des Hochdruckspeichers über eine Speicherladepumpe Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher in den Hochdruckspeicher förderbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Bewegungseinrichtung hat einen Gleichgangzylinder mit zwei Druckräumen, zwischen denen zum Ein- und Ausfahren des Kolbens des ^' Gleichgangzylinders Druckmittel über eine Pumpe umpumpbar ist.

Bevorzugterweise haben der Zylinder der Kompensationseinrichtung und der Bewegungseinrichtung jeweils eine Kolbenstange, mit der sie an dem Pressele- raent angreifen.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Bewegungsrichtung eine an dem Presselement angreifende Spindel auf, die über einen Elektromotor verfahrbar ist.

Bei einer anderen alternativen Ausführungsform ist eine an dem Presselement angreifende und in Pressrichtung verfahrbare Zahnstange vorgesehen, die mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Ritzel kämmt.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche .

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pressenantriebs .

Gemäß Figur 1 hat ein erfindungsgemäßer elektrohy- draulischer Pressenantrieb 2 einen Rahmen 4, in dem ein in Ve ^' rtikalrichtung bewegliches Presselement 6 geführt ist. Des Weiteren hat der Pressenantrieb 2 eine Bewegungseinrichtung 8 zum Verfahren des Presselements 6 sowie eine hydraulische Kompensationseinrichtung 10 zur Kompensation der Gewichtskraft der Masse m des Presselements 6 sowie zum Aufbringen hoher Presskräfte.

Die Bewegungseinrichtung 8 hat einen Gleichgangzylinder 12, der am Rahmen 4 abgestützt ist und dessen Zylinderraum über einen Gleichgangkolben 14 in einen der Ansicht nach oberen ringartigen Druckraum 16 und einen unteren ringartigen Druckraum 18 unterteilt ist. Der Gleichgangkolben 14 hat eine obere Kolbenstange 20 und eine untere Kolbenstange 22, die jeweils aus entgegengesetzten Kolbenflächen 24, 26 auskragen und den Gleichgangzylinder 12 stirnseitig durchsetzen, wobei die untere Kolbenstange 22 mit dem Presselement 6 verbunden ist. Die Kolbenstangen 20, 22 bzw. die Kolbenflächen 24, 26 haben jeweils gleiche Durchmesser. Zum Anheben und Absenken des Presselements 6 sind der obere und der untere Druckraum 16, 18 über eine Druckleitung 28 hydraulisch miteinander verbunden, in der eine von einem elektrischen Servomotor 30 angetriebene Pumpe 32 angeordnet ist, so dass zur Verschiebung des Gleichgangkolbens 14 Druckmittel aus einem Druckraum 16 in den anderen Druckraum 18 und umgekehrt gefördert werden kann und ein geschlossener Kreislauf gebildet ist.

Die Kompensationseinrichtung 10 hat einen DifferentialZylinder 34, der ebenfalls an dem Rahmen 4 abgestützt ist und bei der gezeigten Ausführungsform parallel neben dem Gleichgangzylinder 12 angeordnet ist. Der Differentialzylinder 34 hat einen Differentialkolben 38, der über eine Kolbenstange 40 an dem Presselement 6 angreift und einen gemäß der Ansicht oberen Zylinderraum 42 und einen in Kompensationsrichtung wirksamen unteren Ringraum 44 begrenzt .

Der Zylinderraum 42 steht über eine Zylinderraumleitung 46 mit einem Arbeitsanschluß A eines Schaltventils 50 in Verbindung. Das Schaltventil 50 ist ein in seine Grundstellung federvorgespanntes elektromagnetisches 3/2- Wegeschaltventil, das über Ansteuerung eines Elektromagneten in seine Schaltstellung (a) schaltbar ist . An einem Druckanschluss P ist über eine Hochdruckleitung 64 ein hydraulischer Hochdruckspeicher 54 angeschlossen. An einem Tankanschluss S ist eine Zweigleitung 66 angeschlossen, die in eine Saugleitung 58 mündet, die sich zwischen einer Niederdruckleitung 68 eines hydraulischen Niederdruckspeichers 56 und einem Sauganschluss einer von einem Motor 60 angetriebenen bevorzugterweise druckgeregelten Speicherladepumpe 62 erstreckt.

In der gezeigten Grundstellung ist der Arbeitsan- schluss A hydraulisch mit dem Tankanschluss S verbunden und der Druckanschluss P ist abgesperrt. Somit steht in dem Zylinderraum 42 Niederdruck an. In der Schaltstellung (a) ist der Zylinderraum 42 mit Hochdruck beaufschlagbar und der Tankanschluss S ist abgesperrt.

Der Ringraum 44 steht über eine Ringraumleitung 48 mit einem Arbeitsanschluss B eines anderen Schaltventils 52 in Verbindung. Das Schaltventil 52 ist ein in seine

Grundstellung federvorgespanntes elektromagnetisches 3/2- Wegeschaltventil, das über Ansteuerung eines Elektromagneten in seine Schaltstellung (a) schaltbar ist. An einem Tankanschluss T ist die Niederdruckleitung 68 des Niederdruckspeichers 56 angeschlossen. An einem Druckan- schluss P ist eine Druckleitung 36 angeschlossen, die sich von einem Druckanschluss der Speicherladepumpe 62 erstreckt und mit der Hochdruckleitung 64 hydraulisch verbunden ist .

In der gezeigten Grundstellung ist der Arbeitsan- schluss B hydraulisch mit dem Druckanschluss P verbunden und der Tankanschluss T ist abgesperrt. Somit ist der Ringraum 44 mit Hochdruck beaufschlagt und die Gewichts- kraft der Masse m des Presselements 6 wird kompensiert. In der Schaltstellung (a) ist der Ringraum 44 mit dem Niederdruckspeicher 56 verbunden und der Tankanschluss T ist abgesperrt.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Pressenan- triebs 2 ist wie folgt :

Bei einer Aufwärtsfahrt , d. h. beim Anheben des Presselements 6 bzw. beim Einfahren der Kolbenstange 22, befinden sich die Schaltventile 50, 52 jeweils in ihrer federvorgespannten Grundstellung, so dass der Ringraum 44 mit dem Hochdruckspeicher 54 verbunden und somit mit Hochdruck beaufschlagt ist und der Zylinderraum 42 mit dem Niederdruckspeicher 56 verbunden und somit druckent- lastet ist. Der Hochdruck und das Flächenverhältnis des Differentialkolbens 38 sind derart gewählt, dass über die Kompensationseinrichtung 10 die Gewichtskraft der Masse m des Presselements 6 kompensiert wird. D.h., das Gewicht des Presselements 6 wird vom Differentialkolben 38 getragen. Zum Anheben des Presselements 6 wird der Servomotor 30 angesteuert und über die Pumpe 32 Druckmittel aus dem

oberen Druckraum 16 in den unteren Druckraum 18 gefördert, wobei aufgrund der Kompensation der Gewichtskraft der Masse m durch die Kompensationseinrichtung 10 eine entsprechend geringe Anschlussleistung für den Servomotor 30 notwendig ist.

Durch das Anheben des Presselements wird die Kolbenstange 40 eingefahren und der Ringraum 44 vergrößert sich, wobei durch den Hochdruckspeicher 54 der Druck in dem Ringraum 44 im Wesentlichen konstant gehalten- wird. Der Zylinderraum 42 verkleinert sich entsprechend und das Druckmittel in dem Zylinderraum 42 wird in den Niederdruckspeicher 56 verdrängt.

Bei einer Abwärtsfahrt, d. h. Absenken des Presselements 6 bzw. Ausfahren der Kolbenstange 22, wird der Servomotor 30 in umgekehrter Drehrichtung angesteuert, so dass das Druckmittel aus dem unteren Druckraum 18 in den oberen Druckraum 16 gefördert wird. Die Schaltventile 50, 52 bleiben in ihrer federvorgespannten Grundstellung.

Der Ringraum 44 verkleinert sich und das Druckmittel wird in den Hochdruckspeicher 54 verdrängt . Der Zylinderraum 42 vergrößert sich entsprechend und saugt Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 56 nach.

Eine beispielhafte Beschleunigung bei einer Aufwärts- oder Abwärtsfahrt ist z. B. a = 2,0 m/s ² . Eine beispielhafte Geschwindigkeit bei einer Aufwärtsfahrt beträgt z. B. v = 1,0 m/s und bei einer Abwärtsfahrt v = 0,6 m/s.

Beim Pressvorgang wird zum Aufbringen einer ersten Presskraft I das Schaltventil 52 durch Ansteuerung seines Elektromagneten gegen die Vorspannkraft seiner Feder in seine Schaltstellung (a) gebracht und der in Kompensationsrichtung wirksame Ringraum 44 mit dem Nie-

derdruckspeicher 56 verbunden, wodurch die Kompensation der Gewichtskraft weggeschaltet wird, was bewirkt, dass, da sich das Schaltventil 50 noch in seiner Grundstellung befindet und somit ebenfalls im Zylinderraum 42 Niederdruck herrscht, die Gewichtskraft der Masse m als erste Presskraft I wirkt. Dabei wird beim Pressen das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Ringraum 44 in den Niederdruckspeicher 56 verdrängt und in den sich vergrößernden Zylinderraum 42 aus dem Niederdruckspeicher 56 nachgesaugt. Gleichzeitig wird der Servomotor 32 angesteuert - ¹ ^SId mittels der Pumpe 30 Druckmittel aus dem unteren Druckraum 18 in den oberen Druckraum 16 gefördert, um zu verhindern, dass die Bewegungseinrichtung 8 ein Absenken des Presselements 6 blockiert.

Zum Aufbringen einer erhöhten zweiten Presskraft II wird das Schaltventil 50 gegen die Vorspannkraft seiner Feder durch Ansteuerung seines Elektromagneten in seine Schaltstellung (a) gebracht und der Zylinderraum 42 mit dem Hochdruckspeicher 54 verbunden und somit mit Hochdruck beaufschlagt. Dies bewirkt, dass zusätzlich zur Gewichtskraft der Masse m des Presselements 6 der Hochdruck in Pressrichtung wirkt. Dabei wird beim Pressen der Druck in dem sich vergrößernden Zylinderraum 42 über den Hochdruckspeicher 54 im Wesentlichen konstant gehalten und das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Ringraum 44 in den Niederdruckspeicher 56 verdrängt. Gleichzeitig wird der Servomotor 32 angesteuert und mittels der Pumpe 30 Druckmittel aus dem unteren Druckraum 18 in den oberen Druckraum 16 gefördert, um zu verhindern, dass die Bewe- gungseinrichtung 8 ein Absenken des Presselements 6 blockiert .

Nach Beendigung des Pressvorgangs werden die Schalt - ventile 50, 52 wieder in ihre Grundstellungen gebracht und das Presselement 6 wie vorstehend unter der Aufwärts-

fahrt erläutert angehoben. über die Speicherladepumpe 62 wird jeweils sichergestellt, dass der Hochdruckspeicher 54 ausreichend geladen ist.

Die beim Schalten der Schaltventile 50, 52 auftretenden Druckstöße können durch eine entsprechende Ansteue- rung des Servomotors 30 bzw. der Pumpe 32 kompensiert werden .

Alternativ kann anstelle der vorbesehriebenen elek- trohydraulisehen Bewegungseinrichtung 8 eine ausschließlich elektrische Bewegungseinrichtung verwendet werden, die eine an dem Presselement 6 angreifende und über einen elektrischen Servomotor verfahrbare Spindel aufweist. Ebenso kann eine Zahnstange vorgesehen sein, die mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Ritzel kämmt . .

Offenbart ist ein elektrohydraulischer Pressenantrieb mit einer Bewegungseinrichtung zum Verfahren eines Presselements und mit einer hydraulischen Kompensations- einrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Gewichtskraft der Masse des Presselements, wobei die Kompensationseinrichtung einen in Kompensationsrichtung wirksamen Druckraum aufweise, der zur Kompensation mit Hochdruck beaufschlagbar ist und zum Aufbringen einer ersten Presskraft druckentlastbar ist.

Bezuqszeichenliste

2 Pressenantrieb

4 Rahmen

6 Presselement

8 Bewegungseinrichtung

10 Kompensationseinrichtung

12 Gleichgangzylinder

14 Gleichgangkolben

16 oberer Druckraum

18 unterer Druckraum

20 obere Kolbenstange

22 untere Kolbenstange

24 Kolbenfläche

26 Kolbenfläche

28 Druckleitung

30 Servomotor 32 Pumpe

34 Differentialzylinder

36 Druckleitung

38 Differentialkolben

40 Kolbenstange 42 Zylinderräum 44 Ringraum

46 Zylinderraumleitung

48 Ringraumleitung

50 Schaltventil 52 Schaltventil

54 Hochdruckspeicher

56 Niederdruckspeicher

58 Saugleitung 60 Motor

62 Speicherladepumpe 64 Hochdruckleitung

66 Zweigleitung

68 Niederdruckleitung