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Title:
HYDRAULIC SPINDLE FOR A PRESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/186712
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hydraulic spindle comprising a cylinder which has a piston. The piston separates a first cylinder chamber from a second cylinder chamber. A pressure medium can be supplied to the piston in the retracting direction of a piston rod secured to the piston via the first cylinder chamber. A hydraulic machine is connected to the first cylinder chamber. The flow path between the hydraulic machine and the first cylinder chamber is not equipped with a valve which can establish a pressure medium connection to an outlet or a tank, in particular a pressure-limiting valve, an anti-cavitation valve, or a load-holding valve. In addition to actuating the cylinder, the hydraulic machine also assumes at least one safety-relevant function for the hydraulic spindle.

Inventors:
FELIX, Harry (Sterbecker Str. 47 a, Schalksmuehle, 58579, DE)
MITZE, Manfred (Zur Kattenkuhle 26, Wetter, 58300, DE)
Application Number:
EP2017/059785
Publication Date:
November 02, 2017
Filing Date:
April 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
M A E MASCHINEN- UND APPARATEBAU GÖTZEN GMBH (Steinhof 65, Erkrath, 40699, DE)
International Classes:
B30B15/20; B30B15/16; B30B15/28; F15B20/00
Domestic Patent References:
2010-02-25
2012-08-23
Foreign References:
DE102013224657A12015-06-03
DE102013000725A12014-07-17
US4833971A1989-05-30
DE102009058408A12011-01-13
Attorney, Agent or Firm:
WINTER BRANDL FÜRNISS HÜBNER RÖSS KAISER POLTE - PARTNERSCHAFT MBB (Alois-Steinecker-Str. 22, Freising, 85354, DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Hydraulische Achse für eine Presse mit einem Zylinder (2), der einen Kolben (12) hat, der zwei Zylinderräume (14, 16) voneinander trennt, wobei zumindest eine Hydromaschine (4) vorgesehen ist, die mit einem der Zylinderräume (14, 16) fluidisch verbunden ist und mittels der der Zylinder (2) hydraulisch betätigbar ist, wobei die Hydromaschine (4) drehzahlvariabel angetrieben und/oder mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromaschine (4) neben der Betätigung des Zylinders (2) zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion für die hydraulische Achse übernimmt.

2. Hydraulische Achse nach Anspruch 1 , wobei eine Steuervorrichtung (33)

vorgesehen ist, die die Hydromaschine (4) derart ansteuert, dass diese als Sicherheitsfunktion die Funktion eines Druckbegrenzungsventils und/oder die Funktion eines Nachsaugventils und/oder die Funktion eines Lasthalteventils für einen Strömungspfad zwischen ihr und dem Zylinderraum, an den sie

angeschlossen ist, übernimmt.

3. Hydraulische Achse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die oder eine

Steuervorrichtung (33) für die Hydromaschine (4) einen Druckregler (38) für die Hydromaschine (4) aufweist oder wobei ein Druckregler (38) für die

Hydromaschine (4) vorgesehen ist, der in eine oder beide Förderrichtungen der Hydromaschine (4) wirkt.

4. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein

Systemparameter oder mehrere Systemparameter der Hydromaschine (4), insbesondere durch zumindest einen Sensor, überwacht ist/sind.

5. Hydraulische Achse nach Anspruch 4, wobei als überwachter Systemparameter eine Leckage der Hydromaschine (4) und/oder des Zylinders (2) vorgesehen ist.

6. Hydraulische Achse nach Anspruch 4 oder 5, wobei als überwachter

Systemparanneter ein Antriebsmoment der Hydromaschine (4) überwacht ist.

7. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

Zylinder (2) derart ausgestaltet ist, dass er für eine hängende Last einsetzbar ist, wobei die Hydromaschine (4) an den sich beim Absenken der Last

verkleinernden Zylinderraum (16) angeschlossen ist.

8. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuervorrichtung (33) vorgesehen ist, die einen Verschiebeweg und/oder eine Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens (12) erfasst und die in Abhängigkeit des Verschiebewegs und/oder der Geschwindigkeit einen Antrieb (8) der

Hydromaschine (4) steuert.

9. Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei als

Systemparameter der Stellgrad des Verdrängungsvolumens der Hydromaschine (4) überwacht ist und/oder wobei als Systemparameter eine Geschwindigkeit und/oder ein Verschiebeweg des Kolbens (12) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter eine Temperatur des Druckmittels der hydraulischen Achse (1 ) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter eine Temperatur eines Maschinengehäuses der Hydromaschine (4) überwacht ist, und/oder wobei als Systemparameter Schwingungseigenschaften der Hydromaschine (4) überwacht sind, und/oder wobei als Systemparameter Lärmeigenschaften der

Hydromaschine (4) überwacht sind.

10. Hydraulische Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Überwachung laufend oder zyklisch erfolgt.

1 1 . Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

Zylinder als Eilgangzylinder (54) ausgebildet ist.

12. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Eilgang in Ausfahrrichtung einer Kolbenstange (18) durch Eigengewicht ermöglicht ist.

13. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein hydraulischer oder mechanischer oder pneumatischer Gewichtsausgleich, insbesondere des Kolbens (12), vorgesehen ist.

14. Hydraulische Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für eine Seite oder für beide Seiten des Zylinders (2) ein hydraulischer Filter vorgesehen ist.

15. Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Achse gemäß einem der

vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:

- Stillsetzen eines die zumindest eine Hydromaschine (4) antreibenden Motors (8),

- Messen einer Bewegung der Kolbens (12) des Zylinders (2).

Description:
Hydraulische Achse für eine Presse

Beschreibung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Achse für eine Presse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer derartigen hydraulischen Achse.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem Stand der Technik sind elektro-hydraulische Achsen bekannt, die in

Maschinen und Anlagen für verschiedenste Anwendungen verwendet werden. Bei vielen Einsatzfällen müssen diese Antriebe hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, insbesondere bei hydraulischen Pressen, Spritzgießmaschinen, Scheren,

Richtmaschinen, Fertigungs- und Montageeinrichtungen oder Walzwerken. Aufgrund des Gefährdungspotenzials, die von derartigen Achsen ausgehen, sind für viele diese Maschinengattungen eigene Sicherheitsnormen veröffentlicht worden, wie

beispielsweise die EN 693 für hydraulische Pressen zur Kaltbearbeitung von Metallen, die EN 12622 für Abkantpressen, die EN 289 für Kunststoff- und Gummipressen oder die EN 201 für Spritzgießmaschinen. Für die meisten Anwendungen sind nach ISO 13849 Steuerungen erforderlich, die die Kategorie 3 oder 4 und Performance Levels (PL) PLd oder PLe erfüllen. Bisher werden diese Vorschriften üblicherweise realisiert, indem Hydraulikzylinder und -maschinen für die genannten Anwendungen durch mit konstanter Drehzahl betriebenen Asynchron-Motoren und elektrisch gesteuerten Richtungs- und Sicherheitsventilen angetrieben werden.

Die WO 2010/020427 offenbart einen Zylinder einer Achse mit einer hängenden Last. Dieser hat einen Kolben, der im Zylinder zwei Zylinderräume voneinander trennt. An einen jeweiligen Zylinderraum ist eine Hydropumpe zur Zu- und Abfuhr von Druckmittel angeschlossen. Eine jeweilige Hydropumpe ist jeweils von einem Elektromotor angetrieben. Eine Drehzahl und eine Drehrichtung eines jeweiligen Elektromotors sind über einen Umrichter steuerbar.

In der WO 2012/1 10259 sind zwei von einem Kolben getrennte Zylinderräume eines Zylinders jeweils mit einer Hydropumpe verbunden. Die Hydropumpen sind über eine gemeinsame Triebwelle von einem Elektromotor angetrieben.

Die DE 10 2009 058 408 A1 zeigt eine hydraulische Achse mit einem sich etwa in Vertikalrichtung erstreckenden Zylinder mit einer hängenden Last. Der Zylinder hat hierbei einen Kolben, von dem aus eine Kolbenstange sich vertikal nach unten erstreckt und der im Zylinder einen Zylinderraum von einem Ringraum trennt. Bei Bedarf trennen Sicherheitsventile hierbei den Zylinder von einer hydraulischen Energieversorgung und sperren zusätzlich Anschlüsse zu seinem Ringraum (Auslassseite) ab. Die Absperrung des Ringraums ist erforderlich, um eine Bremskraft aufzubauen. Für die hydraulische Energieversorgung ist des Weiteren eine Ansteuerelektronik vorgesehen, über die die Energieversorgung erst dann im normalen Betriebszustand eingesetzt ist, wenn

Freigabesignale der Sicherheitsventile vorliegen.

Nachteilig bei den bekannten Achsen ist, dass zum Erreichen der Anforderungen hinsichtlich PLe und Kategorie 4 ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand

vorgesehen werden muss. Insbesondere ist es notwendig Druckbegrenzungsventile und Nachsaugventile fluidisch an die Zylinderräume und/oder die Hydromaschinen anzuschließen oder bei einem Einsatz des Zylinders als vertikale Achse

Hochhalteventile und Sicherheitsventile vorzusehen.

Offenbarung der Erfindung

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Achse zu schaffen, die hohen Sicherheitsanforderungen genügt und/oder ein Sicherheitsniveau im Vergleich zum Stand der Technik erhöht und vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren für eine hydraulische Achse zu schaffen, mit dem die Sicherheit erhöht wird. Diese Aufgabe wird hinsichtlich der hydraulischen Achse gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des

Anspruchs 15.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Achse für eine Presse oder eine

elektrohydraulische Achse oder eine Presse, insbesondere eine Richtpresse oder Umformpresse vorgesehen. Die hydraulische Achse hat zumindest einen Zylinder oder Presszylinder. Dieser weist einen Kolben auf, der zwei Zylinderräume voneinander trennt. Des Weiteren ist zumindest eine Hydromaschine vorgesehen, die vorzugsweise als Hydropumpe und Hydromotor einsetzbar ist. Die Hydromaschine ist hierbei mit einem der Zylinderräume fluidisch verbunden, wobei der Zylinder über die

Hydromaschine hydraulisch betätigbar ist. Die Hydromaschine kann drehzahlvariabel, insbesondere in beide Drehrichtungen, angetrieben sein und/ kann verschwenkbar, insbesondere durchschwenkbar, sein. Insbesondere ist die Hydromaschine in einem Vierquadrantenbetrieb einsetzbar. Vorteilhafterweise übernimmt die Hydromaschine neben der Betätigung des Zylinders zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf hydraulischen Bauteile verzichtet werden kann, indem von der Hydromaschine und ihrer Antrieb sicherheitsrelevante Funktionen übernehmbar sind.

Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Hydromaschine derart ansteuert, dass diese als Sicherheitsfunktion die Funktion eines

Druckbegrenzungsventils übernimmt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung die Hydromaschine derart ansteuert, dass diese die

Funktion eines Nachsaugventils übernimmt. Somit ist die Hydromaschine derart angesteuert, dass ein Druckbegrenzungsventil und/oder Nachsaugventil nicht mehr notwendig ist/sind. Insbesondere kann die Funktion des Druckbegrenzungsventils - vorzugsweise durch einen Druckregler für die Hydromaschine - und/oder des Nachsaugventils - vorzugsweise durch einen Druckregler für die Hydromaschine - für einen Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum

übernommen werden. Dies hat den Vorteil, dass auf ein Nachsaugventil und/oder ein Druckbegrenzungsventil verzichtet werden kann. Hierdurch können mögliche

fehlerbehaftete Abflüsse, mit Ausnahme der Hydromaschine, aus dem Ablaufpfad oder Auslass, also aus dem Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem

Zylinderraum möglichst entfernt werden. Außerdem sinkt ein vorrichtungstechnischer Aufwand, da ein fehlendes Druckbegrenzungsventil und/oder ein fehlendes

Nachsaugventil zu einer einfachen Verrohrung führt. Des Weiteren ist es nicht mehr erforderlich, derartige Ventile zu überwachen.

Bevorzugterweise hat die Steuervorrichtung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung einen, insbesondere hydraulischen oder elektronischen Druckregler für die

Hydromaschine oder es ist neben der Steuervorrichtung ein Druckregler vorgesehen. Dieser wirkt vorzugsweise in eine oder beide Förderrichtungen der Hydromaschine. Hierdurch kann die Funktion der Hydromaschine als Druckbegrenzungsventil und/oder Nachsaugventil vorrichtungstechnisch einfach ausgeführt werden. Der Druckregler kann beispielsweise einen vorgegebenen Druck im Wesentlichen konstant halten,

insbesondere im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum. Der Druckregler kann zudem schwankende Ölströme der Pumpe zum Zylinderraum ausgleichen, die beispielsweise bei einer Kompression und Dekompression des

Zylinders entstehen können. Sind mehrere Hydromaschinen vorgesehen, so ist zumindest eine der Hydromaschinen verstellbar mit einem Druckregler ausgestattet. Durch die Verstellbarkeit der Hydromaschine und der Ausstattung mit dem Druckregler ist vorteilhaft, dass hierdurch eine Anpassung von Fluidmengen an eine

Zylindergeometrie gewährleistet ist, was weiter dazu beiträgt, dass kein Lasthalteventil - auf das insbesondere bei einem Einsatz eines Umrichters verzichtet werden kann - und/oder kein Nachsaugventil und/oder kein Druckbegrenzungsventil benötigt wird.. Eine Dynamik des Druckreglers ist vorzugsweise für die vorgesehene Anlagenfunktion ausgelegt.

Weiter vorzugsweise ist ein oder sind mehrere Systemparameter der Hydromaschine und/oder einer Antriebskette von der Hydromaschine (einschließlich Antrieb) bis zum Zylinder durch zumindest einen Sensor überwacht. Es kann somit eine mechanische Tragfähigkeit oder Laststeif ig keit der, insbesondere hydraulischen, Strecke vom

Zylinder zur Hydromaschine oder der Hydromaschine überwacht und nachvollzogen werden. Bei Bedarf kann dann, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung der Hydromaschine, eingegriffen werden. Dies trägt dazu bei, dass kein Lasthalteventil und/oder Nachsaugventil und/oder Druckbegrenzungsventil vorgesehen werden muss. Insbesondere erfolgt die Überwachung durch die Steuervorrichtung.

Als überwachter Systemparameter ist insbesondere eine Leckage der Hydromaschine und/oder des Zylinders und/oder der Antriebskette vorgesehen. Durch die

Leckageüberwachung ist sichergestellt, dass insbesondere eine Leckage der

Hydromaschine nicht soweit steigt, dass diese nicht mehr in der Lage ist, den

Zylinderraum, insbesondere den sich beim Absenken einer Last verkleinernden

Zylinderraum (Auslassseite), sicher abzusperren. Durch die Überwachung von verschiedenen Systemparametern werden Schäden und Verschleiß rechtzeitig erkannt und bei Bedarf ein weiterer Betrieb der Hydromaschine der Achse verhindert. Im Stand der Technik konnte es bisher nicht ausgeschlossen werden, dass die Hydromaschine versagt, weswegen zusätzliche Ventile zur sicheren Absperrung der Auslassseite erforderlich waren. Somit übernimmt die Hydromaschine Sicherheitsfunktionen, wodurch Ventile entfallen können, was neben den Material kosten auch den Aufwand für Installation, Energieverbrauch und Instandhaltungskosten reduziert. Die Leckage der Hydromaschine und/oder des Zylinders und/oder der Antriebskette kann beispielsweise regelmäßig durch das untenstehend angeführte Verfahren, insbesondere automatisch, überwacht werden. Somit kann mit der Überwachung der Leckage die Leckage der Hydromaschine und/oder andere unerwünschte Leckagen, wie beispielsweise aufgrund von verschlissenen Zylinder- oder Kolbendichtungen auftretende Leckage, festgestellt werden). Es ist weiter beispielsweise denkbar eine Leckage zuzulassen, bei der der Kolben maximal mit einer Geschwindigkeit von z.B. 2 mm/s absinkt.

Vorzugsweise ist der Zylinder derart ausgestaltet, dass er für eine hängende/ziehende Last einsetzbar ist, wobei die Hydromaschine an den sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum angeschlossen sein kann. Vorteilhafterweise ist im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem

Zylinderraum kein oder höchstens ein Lasthalteventil vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchstens ein Nachsaugventil angeordnet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass alternativ oder zusätzlich im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchstens ein Ventil angeordnet ist, über das der

Strömungspfad mit einem Ablauf oder Tank verbindbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem Zylinderraum kein oder höchsten ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.

Die Hydromaschine ist derart ausgestaltet und/oder konzipiert und/oder wird von der Steuervorrichtung derart angesteuert, dass einerseits ein auslassseitiger Druck oder ein Druck, in dem Zylinderraum, über den der Kolben mit Druckmittel in Einfahrrichtung beaufschlagbar ist, sicher geregelt und begrenzt werden kann und andererseits eine Beschädigung der Hydromaschine durch Kavitation vermieden ist.

Bei bisherigen Lösungen konnte nicht verhindert werden, dass die Hydromaschine zu viel Druckmittel aus dem sich beispielsweise beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum entnimmt, weswegen ein mit dem Zylinderraum verbundenes

Nachsaugventil zur Vermeidung einer Kavitation im Stand der Technik erforderlich ist. Ist das Nachsaugventil beispielsweise defekt, indem es beispielsweise nicht oder nicht vollständig schließt, so wird die Hydromaschine als sicherheitsrelevantes Bauteil umgangen. Hierdurch ist im Stand der Technik neben dem Nachsaugventil ein zusätzliches Ventil zur sicheren Absperrung des sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraums notwendig. Bei der erfindungsgemäßen Achse ist somit die Steuervorrichtung für die Hydromaschine in der Lage oder derart ausgestaltet, eine Menge von Druckmittel auf Seiten des beim Absenken der Last sich verkleinernden Zylinderraums (Auslassseite) derart genau zu dosieren, dass ein Nachsaugventil nicht benötigt ist.

Denkbar ist auch eine Lösung mit senkrechtem Zylinder, nach oben gerichteter

Zylinderstange und drückende Last. Insbesondere sind bei der Antriebskette und/oder bei der Hydromaschine Systemparameter überwacht. Durch die Auswertung der Systemparameter kann im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik eine höhere Sicherheit erreicht werden, bei denen erst nach einem Ausfall eines Bauteils der Achse, beispielsweise der Hydromaschine, eine Reaktion erfolgt.

Durch die Überwachung kann des Weiteren ein Verschleiß rechtzeitig erkannt und geeignete Maßnahmen unternommen werden, bevor es zu einem Ausfall kommt.

Zudem kann auch eine erhöhte Leckage an der Hydromaschine und/oder am Zylinder rechtzeitig erkannt werden.

Wie vorstehend bereits erläutert, wird die Hydromaschine und/oder die Antriebskette durch einen oder mehrere Sensoren überwacht. Ein Sensor kann hierbei in Form eines Drehgebers für die Hydromaschine oder für die Triebwelle der Hydromaschine vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass zumindest ein Motor zum Antreiben der Hydromaschine vorgesehen ist und ein Sensor in Form eines Drehgebers für den Motor angeordnet ist. Ein überwachter Systemparameter oder überwachte Systemparameter kann/ können dann ein Sensorsignal des Sensors oder

Sensorsignale der Sensoren sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Motorbremse für einen oder den Motor oder weitere Motoren vorgesehen sein. Dieser wird vorzugsweise durch einen Sensor überwacht oder ist als eigensichere Bremse ausgelegt. Die Motorbremse führt, insbesondere bei großen hängenden/ziehenden Lasten, zu einer Erhöhung der

Sicherheit. Mit dem Sensor der Motorbremse kann auch vorteilhafterweise die

Überwachung der Antriebskette erweitert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein eine Bremse an der Hydromaschine oder an der Triebwelle des Motors oder der Hydromaschine anzuordnen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass ein Sensor zur Messung eines Schwenkwinkels der Hydromaschine vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensor zur Messung einer, insbesondere tatsächlichen, Geschwindigkeit oder Bewegung des Kolbens des Zylinders vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass die Überwachung der Antriebskette und/oder der Hydromaschine laufend oder zyklisch erfolgt.

Zum Steuern der Hydromaschine und/oder zum Steuern eines oder des die

Hydromaschine antreibenden Motors ist vorzugsweise eine Steuervorrichtung oder ein Umrichter vorgesehen, der Teil der Steuervorrichtung sein kann, vorgesehen, womit insbesondere eine Verfahrrichtung und eine Geschwindigkeit des Zylinders steuerbar sind. Steuert die Steuervorrichtung oder der Umrichter den Motor, so kann

insbesondere eine Drehzahl und/oder Drehrichtung des Motores gesteuert sein. Die Steuervorrichtung und/oder der Umrichter kann/können Sicherheitsfunktionen

aufweisen, die insbesondere auf die Messwerte des Sensors oder der Sensoren, wie beispielsweise einem Wegsensor für den Kolben, zurückgreifen. Mit diesen kann dann ein ungewolltes Absinken des Kolbens durch Schwerkraft verhindert werden. Somit sind mit dem Umrichter beispielsweise keine Sicherheits- oder Lasthalteventile mehr notwendig. Im laufenden Betrieb kann der Kolben des Zylinders somit, insbesondere bei hohen anhängenden Lasten, bei Bedarf exakt in seiner Position gehalten werden, da der die Hydromaschine antreibende Motor aufgrund einer Nutzung der

Sicherheitsfunktionen der Steuervorrichtung oder Umrichters vorzugsweise ständig eingeschaltet oder betriebsbereit bleiben kann, wodurch er Leckage auslassseitig, insbesondere bei der Hydromaschine, die an den sich beim Absenken der Last verkleinernden Zylinderraum angeschlossen ist, selbsttätig ausgleichen kann. Mit anderen Worten kann durch den Umrichter mit den integrierten Sicherheitsfunktionen eine ungewollte Bewegung des Zylinders und eine Leckage überwacht werden.

Vorzugsweise ist, insbesondere im laufenden Betrieb, ein Verhältnis

Kolbengeschwindigkeit des Zylinders/Förderstrom der Hydromaschine zu

Motordrehzahl gemessen. Insbesondere wird vorzugsweise ein Verdrängungsvolumen des Zylinders oder eine Zylinderfläche Kolbengeschwindigkeit mit einem Förderstrom der Hydromaschine oder einer Motordrehzahl χ Hydromaschinenverdrängungsvolumen verglichen. Es kann hierdurch eine Leckage der Hydromaschine und auch eine Leckage des Zylinders erfasst werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Systemparameter in Form eines Antriebsmoments der Hydromaschine überwacht oder gemessen, beispielsweise über einen Sensor. Hierdurch wiederum kann ein Verschleiß mechanischer Bauteile der Hydromaschine überwacht werden und es bietet sich die Möglichkeit, beispielsweise einen Betreiber, einen notwendigen Austausch betroffener Bauteile vor, insbesondere lange vor, einem Totalausfall anzuzeigen. Dies wiederum ermöglicht eine geplante Instandhaltung und ein gesteigertes Sicherheitsniveau. Hierbei kann beispielsweise ein Pumpendruck χ ein Pumpenverdrängungsvolumen überwacht sein. Mit anderen Worten ist es möglich, da eine Leckage der Hydromaschine und des Zylinders

erfahrungsgemäß nicht schlagartig ansteigt, über die Steuerung dem Betreiber einen notwendigen Austausch der Verschleißteile lange vor dem Erreichen der fachüblichen sicherheitsbedingten Grenzwerte anzuzeigen. Dies ermöglicht eine geplante

Instandhaltung und ein gesteigertes Sicherheitsniveau.

Mit Vorteil ist die (erste) Hydromaschine, die mit einem Maschinenanschluss an den sich beim Absenken der Last verkleinernden (ersten) Zylinderraum angeschlossen ist, über ihren weiteren Maschinenanschluss mit einem Tank verbunden. Hierdurch kann Druckmittel vom Tank über die Hydromaschine zum Zylinderraum gefördert werden, und umgekehrt Druckmittel vom Zylinderraum zum Tank fließen. Vorzugsweise ist zusätzlich eine weitere (zweite) Hydromaschine im Strömungspfad zwischen dem Tank und einem (zweiten) Zylinderraum des Zylinders angeordnet, der sich beim Absenken der Last vergrößert oder über den der Kolben in Ausfahrrichtung mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Über die zweite Hydromaschine kann dann Druckmittel vom Tank in den zweiten Zylinderraum gefördert werden, und umgekehrt kann Druckmittel vom zweiten Zylinderraum über die Hydromaschine zum Tank fließen. Somit ist eine jeweilige Hydromaschine einerseits mit dem Zylinder und andererseits mit dem Tank verbunden.

Vorzugsweise sind die Hydromaschinen vorrichtungstechnisch einfach über eine gemeinsame Triebwelle angetrieben.

Wie vorstehend bereits erläutert, ist der Zylinder für eine hängende Last ausgebildet und eingesetzt. Eine Längsachse des Zylinders kann sich hierbei etwa in Vertikalrichtung erstrecken. Weiter vorzugsweise ist der Zylinder als Differentialzylinder ausgebildet, wobei der Zylinder einen Kolben hat, dessen Kolbenstange sich etwa in Vertikalrichtung nach unten erstreckt. Der Kolben kann auf seiner zur Kolbenstange weisenden Kolbenseite einen oder den ersten Zylinderraum und auf seiner von der Kolbenstangenseite wegweisenden Kolbenseite einen oder den zweiten Zylinderraum begrenzen.

Denkbar ist auch, dass der Zylinder als Eilgangzylinder ausgebildet ist. Der Kolben kann dann in Ausfahrrichtung über eine erste und zweite Druckfläche mit Druckmittel beaufschlagbar sein. Wahlweise kann dann die erste Druckfläche oder es können beide Druckflächen mit der Hydromaschine verbunden sein.

Vorzugsweise ist bei der Achse ein Eilgang in Ausfahrrichtung der Kolbenstange durch ein Eigengewicht ermöglicht, beispielsweise durch eine Masse des Kolbens mit seiner Kolbenstange und/oder durch zusätzliche mit dem Kolben verbundene Massen.

Hierdurch muss im Wesentlichen keine zusätzliche hydraulische Arbeit aufgebracht werden. Für den Eilgang unter Eigengewicht ist mit Vorteil ein Nachsaugventil mit dem (zweiten) Zylinderraum verbunden, der sich in Ausfahrrichtung des Kolbens vergrößert. Der Ventil körper des Nachsaugventils ist dann beispielsweise über eine Feder in Schließrichtung vorgespannt. Es kann zusätzlich ein Ventil, insbesondere ein

Schaltventil, vorgesehen sein, dass im Eilgang unter Eigengewicht eine Verbindung zu einer Steuerleitung, die zum Aufsteuern des Nachsaugventils vorgesehen ist, und dem (ersten) Zylinderraum, der sich in Ausfahrrichtung des Kolbens verkleinert, aufsteuert. Im Übrigen kann das Ventil die Verbindung zusteuern und hierbei beispielsweise die Steuerleitung zum Tank entlasten. Mit dem Ventil wird somit der (erste) Zylinderraum nicht mit dem Tank verbunden, sondern lediglich mit der Steuerleitung. Das Ventil ist hierbei über eine Zuführleitung mit dem Strömungspfad zwischen der (ersten)

Hydromaschine und dem (ersten) Zylinderraum verbunden. In dieser Zuführleitung kann eine Drossel angeordnet sein.

Vorzugsweise ist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das an derjenigen Seite des Zylinders angeschlossen ist, aus der Druckmittel beim Einfahren der Kolbenstange strömt. Das Druckbegrenzungsventil ist beispielsweise mit dem zweiten Zylinderraum verbunden.

In weiterer Ausgestaltung dient der Umrichter oder die Steuervorrichtung zum Steuern einer Verfahrrichtung des Zylinders und einer Geschwindigkeit des Zylinders. Der Umrichter oder die Steuervorrichtung mit der integrierten Sicherheitsfunktion kann dann einen Druckaufbau im in Ausfahrrichtung des Kolbens wirkenden (zweiten)

Zylinderraum und/oder einen Druckabfall im in Einfahrrichtung des Kolbens wirkenden (ersten) Zylinderraum verhindern. Durch die Sicherheitsfunktionen des Umrichters oder der Steuervorrichtung ist ein sicheres Stillsetzen, eine sichere begrenzte

Geschwindigkeit, sowie eine sichere Bewegungsrichtung des Zylinders durch entsprechende Ansteuerung des Motors, der die Hydromaschinen oder die

Hydromaschine über die Triebwelle antreiben kann, ermöglicht. Hierdurch ist ein Kraftaufbau über die zweite Zylinderkammer entsprechend PLc ohne weitere

Maßnahmen ebenso ausgeschlossen wie ein ungewolltes Absinken aufgrund von Leckage.

Auftretende Leckage in der Antriebskette durch die zumindest eine Hydromaschine ist vorzugsweise kontinuierlich oder laufend oder zu jeder Zeit ausgleichbar.

Vorzugsweise ist ein hydraulischer oder mechanischer oder pneumatischer

Gewichtsausgleich, insbesondere des Kolbens, vorgesehen.

Weiter vorzugsweise kann für eine Seite oder können für beide Seiten des Zylinders ein hydraulischer Filter vorgesehen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung oder eine Steuerung, bei steigender Leckage einen Austausch von Verschleißteilen zur Senkung dieser Leckage anzeigt, insbesondere bevor die Leckage einen fachüblichen

sicherheitsbedingten Grenzwert erreicht. Um einen mechanischen Verschleiß der Hydromaschine oder der Hydromaschinen zu überwachen, kann vorgesehen sein, ein Antriebsmoment der Hydromaschine oder einer jeweiligen Hydromaschine, insbesondere über einen Sensor, zu erfassen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, als Systemparameter eine

Temperatur des Druckmittels, insbesondere über einen Sensor, und/oder als

Systemparameter eine Temperatur des Hydromaschinengehäuses oder der

Hydromaschinengehäuse, insbesondere über einen Sensor, und/oder als

Systemparameter Strömungseigenschaften der Hydromaschine oder der

Hydromaschinen, insbesondere über einen Sensor, und/oder als Systemparameter Lärm- oder Geräuscheigenschaften der Hydromaschine oder der Hydromaschinen, insbesondere über einen Sensor, zu überwachen. Die Überwachung erfolgt hierbei vorzugsweise laufend oder zyklisch. Durch die Heranziehung einer oder mehrerer dieser Systemparameter kann eine Steuerung der Hydromaschine oder der

Hydromaschinen und/oder Auswerte- und Vorwarnmöglichkeiten weiter verfeinert werden.

Mit anderen Worten soll im Sinne der Condition Monitoring Philosophy und des Prinzips Industrie 4.0 mit neuartigen Prozessüberwachungs-Algorithmen der

Maschinensteuerung auch der Zustand sicherheitsrelevanter Bauteile überwacht werden. Hiermit soll nicht mehr nur ein Versagen von sicherheitsrelevanten Bauteilen erkannt werden, sondern durch Überwachung der Verhaltensänderung bereits im Vorfeld eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden. So können die Folgen eines Anlagenausfalls deutlich reduziert werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass die wichtigsten Systemparameter mit ohnehin vorhandenen Sensoren erfasst werden können, so dass hardwareseitig kein Zusatzaufwand entsteht.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Überwachung einer hydraulischen Achse gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Hierbei ist zunächst ein Stillsetzen eines die zumindest eine Hydromaschine antreibenden Motors vorgesehen, das regelmäßig oder in regelmäßigen Zeitabständen oder zyklisch stattfindet. Im

Anschluss wird beispielsweise eine Bewegung des Kolbens des Zylinders,

insbesondere eine AbSinkgeschwindigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft, gemessen, um beispielsweise Rückschlüsse auf die Leckage zu ziehen. Das Überwachungsverfahren wird beispielsweise regelmäßig nach einer vorbestimmten Hubanzahl, insbesondere automatisch, ausgeführt.

Vorzugsweise wird das Verfahren unter reproduzierbaren Umständen durchgeführt. So ist beispielsweise ein Schwenkwinkel der Hydromaschine oder der Hydromaschinen bei der Durchführung des Verfahrens gleich oder im Wesentlichen gleich. Der Kolben kann auch in einer vorbestimmten Position angeordnet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einem Schaltplan eine erfindungsgemäße hydraulische Achse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2 in einem Schaltplan die hydraulische Achse gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel;

Figur 3 in einem Schaltplan die hydraulische Achse gemäß einem dritten

Ausführungsbeispiel; und

Figur 4 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Gemäß Figur 1 ist eine Presse mit einer hydraulischen Achse 1 dargestellt. Diese hat einen Zylinder 2 in Form eines Differentialzylinders, der über eine erste und zweite Hydromaschine 4, 6 betätigbar ist. Die Hydromaschinen 4, 6 sind hierbei über einen Motor 8 gemeinsam antreibbar. Der Motor 8 ist dabei mit einer gemeinsamen Triebwelle der Hydromaschinen 4, 6 über ein Getriebe 10 verbunden. Der Zylinder 2 hat einen Kolben 12, der einen Zylinderraum 14 oder zweiten Zylinderraum von einem ringförmigen Zylinderraum 16 oder ersten Zylinderraum trennt. Der Zylinderraum 16 ist durch eine sich etwa in Vertikalrichtung vom Kolben 12 aus erstreckende Kolbenstange 18 gebildet, die aus dem Zylinder 2 nach unten auskragt. Mit seiner von der Kolbenstange 18 wegweisenden Kolbenfläche begrenzt der Kolben 12 den Zylinderraum 14. Der erste Zylinderraum 16 ist über einen Strömungspfad 20 mit einem Anschluss der ersten Hydromaschine 4 verbunden. Diese ist des Weiteren mit einem Tank 22 verbunden. Über die erste Hydromaschine 4 kann somit Druckmittel in den ersten Zylinderraum 16 gefördert werden oder von diesem entlassen werden.

Der zweite Zylinderraum 14 ist mit einem Anschluss der zweiten Hydromaschine 6 verbunden, die des Weiteren ebenfalls mit dem Tank 22 in Verbindung steht. Somit kann Druckmittel von der zweiten Hydromaschine 6 aus dem Tank 22 zum zweiten Zylinderraum 14 gefördert werden und über die zweite Hydromaschine 6 in den Tank 22 entlassen werden.

Die Hydromaschinen 4, 6 sind drehzahlvariabel angetrieben mit verstellbarem

Verdrängungsvolumen.

Im Strömungspfad 20 ist kein Ventil vorgesehen, womit somit keine fehlerbehafteten Abflüsse außer der ersten Hydromaschine 4 in dem Strömungspfad 20 oder am

Strömungspfad 20 angeordnet sind.

Am Strömungspfad 24 zwischen dem zweiten Zylinderraum 14 und der zweiten

Hydromaschine 6 ist gemäß Figur 1 ein Nachsaugventil 26 angeschlossen, das mit dem Tank 22 verbunden ist. Des Weiteren ist an dem Strömungspfad 24 ein zum Tank 22 hin öffnendes Druckbegrenzungsventil 28 angeschlossen.

Eine Bewegung der Kolbenstange 18 ist über einen sicheren bzw. redundanten

Weggeber 29 erfasst, der mit einem Umrichter 30 mit integrierten Sicherheitsfunktionen verbunden ist. Dieser ist des Weiteren mit dem Motor 8 elektrisch verbunden. Eine Thebwelle 31 des Motors 8, die mit dem Getriebe 10 verbunden ist, ist über eine Bremse 32 abbremsbar.

Des Weiteren ist gemäß Figur 1 eine Steuervorrichtung 33 dargestellt, die über

Steuerleitungen mit dem Motor 8 und mit den Hydromaschinen 4 und 6 verbunden ist, wobei der Umrichter 30 ein Teil der Steuervorrichtung 33 sein kann. Die

Steuervorrichtung 33 kann mit einem oder mehreren der Sensoren zum Erfassen der Systemparameter verbunden sein. Durch die Steuervorrichtung 33, die des Weiteren jeweils einen Druckregler für die Hydromaschinen 4 und 6 hat, ist somit beispielsweise kein Druckbegrenzungsventil für den Strömungspfad 20 notwendig, da ein gewünschter Druck im Strömungspfad 20 über den Druckregler für die Hydromaschine 4 im

Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Auf ein an den Strömungspfad 20 angeschlossenes Nachsaugventil, insbesondere für die Hydromaschine 4, kann ebenfalls verzichtet werden, da ein Zustand, bei dem die Hydromaschine 4 Druckmittel vom Tank 22 nachsaugen müsste, durch die Steuervorrichtung 33 nicht mehr eintritt.

Gemäß Figur 2 ist eine Triebwelle 34 der Hydromaschinen 4, 6 dargestellt. Diese ist hierbei nicht über ein Getriebe, sondern über eine Kupplung 36 mit der Triebwelle 31 des Motors 8 verbunden. Gemäß Figur 2 ist für eine jeweilige Hydromaschine 4, 6 ein Druckregler 38, 40 dargestellt. Des Weiteren ist eine Masse 42 dargestellt, die an der Kolbenstange 18 befestigt ist. Vom Strömungspfad 20 zweigt, entsprechend Figur 1 , kein Ventil ab, mit dem eine Verbindung zum Tank 22 aufsteuerbar ist. Gemäß Figur 2 ist allerdings an den Strömungspfad 20 ein Schaltventil 44 über eine Drossel 46 angeschlossen. Mit dem Schaltventil 44 kann der Strömungspfad 20 mit einer

Steuerleitung 48 verbunden werden, die mit einem Nachsaugventil 50 verbunden ist. Des Weiteren ist mit dem Schaltventil 44 die Verbindung des Strömungspfads 20 zur Steuerleitung 48 absperrbar, und hierbei die Steuerleitung 48 mit dem Tank 22 verbindbar. Das Schaltventil 44 ist beispielsweise über einen elektromagnetischen Aktor betätigbar. Das Nachsaugventil 50 ist mit dem zweiten Zylinderraum 14 verbunden, also an den Strömungspfad 24 angeschlossen. Es kann über die Steuerleitung 48, wenn diese über das Schaltventil 44 mit dem Strömungspfad 20 verbunden ist, aufgesteuert werden, damit der Kolben 12 im Eilgang unter Eigengewicht verfahrbar ist, indem Druckmittel vom Tank 22 über das Nachsaugventil 50 nachgesaugt ist. Das Nachsaugventil 50 hat einen Ventilkörper 52, der über eine Feder in einer Schließstellung vorgespannt ist. Des Weiteren ist in Figur 2 die Steuervorrichtung 33 dargestellt. Die Druckregler 38, 40 können Teil der Steuervorrichtung 33 sein.

Gemäß Figur 3 hat die hydraulische Achse 1 anstelle des Zylinders 2 einen

Eilgangzylinder 54. Hierbei ist in den Kolben 12 und in die Kolbenstange 18 etwa koaxial zu deren Längsachse vom zweiten Zylinderraum 14 her eine Sacklochbohrung 55 eingebracht. In diese taucht eine Gehäusestange 56 ein, die am Gehäuseboden des Eilgangzylinders 54 befestigt ist. Hierdurch ist der zweite Zylinderraum 14 ringförmig durch die Gehäusestange 56 begrenzt. Die Gehäusestange 56 begrenzt dann in der Sacklochbohrung 55 stirnseitig einen dritten Zylinderraum 58. Von diesem wiederum erstreckt sich ein Strömungspfad 60 durch die Gehäusestange 56 und mündet im Strömungspfad 24, womit er mit der zweiten Hydromaschine 6 verbunden ist. Im ersten Strömungspfad 24 ist ein Schaltventil 62 angeordnet, mit dem eine

Druckmittelverbindung zwischen der zweiten Hydromaschine 6 und dem zweiten Zylinderraum 14 auf- und zusteuerbar ist. Die Mündung des Strömungspfads 60 in den Strömungspfad 24 ist dabei zwischen dem Schaltventil 62 und der zweiten

Hydromaschine 6 vorgesehen. Somit kann über die zweite Hydromaschine 6

Druckmittel in den dritten Zylinderraum 58 allein oder bei geöffnetem Schaltventil 62 zusätzlich in den zweiten Zylinderraum 14 gefördert werden oder entsprechend entlassen werden. Des Weiteren zeigt Figur 3 die Steuervorrichtung 33.

Gemäß Figur 4 sind zwei Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur

Überwachung der hydraulischen Achse 1 aus den Figuren 1 bis 3 dargestellt. In einem ersten Schritt 64 wird hierbei der Motor 8 stillgesetzt, und in einem zweiten Schritt 66 eine Bewegung des Kolbens 12 gemessen.

Offenbart ist eine hydraulische Achse mit einem Zylinder, der einen Kolben aufweist. Dieser trennt einen ersten Zylinderraum von einem zweiten Zylinderraum. Über den ersten Zylinderraum ist der Kolben in Einfahrrichtung einer an dem Kolben befestigten Kolbenstange mit Druckmittel beaufschlagbar. An den ersten Zylinderraum ist eine Hydromaschine angeschlossen. Im Strömungspfad zwischen der Hydromaschine und dem ersten Zylinderraum ist hierbei kein Ventil vorgesehen, das eine Druckmittelverbindung zu einem Ablauf oder Tank herstellen kann. Insbesondere ist kein Druckbegrenzungsventil oder Nachsaugventil oder Lasthalteventil vorgesehen. Die Hydromaschine neben der Betätigung des Zylinders übernimmt zusätzlich zumindest eine sicherheitsrelevante Funktion für die hydraulische Achse.

Bezugszeichenliste

1 hydraulische Achse

2 Zylinder

4 erste Hydromaschine

6 zweite Hydromaschine

8 Motor

10 Getriebe

12 Kolben

14 zweiter Zylinderraum

16 erster Zylinderraum

18 Kolbenstange

20 Strömungspfad

22 Tank

24 Strömungspfad

26 Nachsaugventil

28 Druckbegrenzungsventil

29 Weggeber

30 Umrichter

31 Triebwelle

32 Bremse

33 Steuervorrichtung

34 Triebwelle

36 Kupplung

38 Druckregler

40 Druckregler

42 Masse

44 Schaltventil

46 Drossel

48 Steuerleitung

50 Nachsaugventil

52 Ventil körper

54 Eilgangzylinder Sackloch bohrung Gehäusestange dritter Zylinderraum Ström ungspfad Schaltventil erster Schritt zweiter Schritt