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Title:
PRESSURE-ACCUMULATOR-FREE HYDRAULIC DRIVE ARRANGEMENT FOR AND COMPRISING A CONSUMER, IN PARTICULAR FOR PRESSES, AND METHOD FOR OPERATING A PRESSURE-ACCUMULATOR-FREE HYDRAULIC DRIVE ARRANGEMENT OF SAID TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/110259
Kind Code:
A1
Abstract:
A pressure-accumulator-free hydraulic drive arrangement (10) for and comprising a consumer, in particular for presses, has firstly a double-acting piston/cylinder unit (20) which comprises a working piston (21), a piston rod (22) and a cylinder chamber (23). The reversingly movable working piston (21) divides the cylinder chamber into a first piston chamber (23A), and a second piston chamber (23B) which supplements the first piston chamber, at one side, and an annular chamber (23C), which surrounds the piston rod (22), at the other side, and the drive arrangement furthermore comprises a first pressure line (D1) which supplies a pressure medium to the first piston chamber (23A), a second pressure line (D2) which supplies pressure medium to the second piston chamber (23B), and a third pressure line (D3) which supplies pressure medium to the annular chamber (23C). At least one pump arrangement (30) comprises a first and a second pump (31, 32), which can be driven variably in terms of rotational speed and/or rotational direction, and a drive (33), which drives the two pumps and which is variable in terms of rotational speed and/or rotational direction. A tank (40) in which the pressure medium can be stored is or can be hydraulically connected to the piston/cylinder unit (20) and to the pump arrangement (30). The second pump (32) is or can be connected at one side to the second piston chamber (23B) via the second pressure line (D2) and at the other side to the annular chamber (23C) via the third pressure line (D3), whereas the first pump (31) is or can be connected to the first piston chamber (23A) via the first pressure line (D1).

Inventors:
MITZE MANFRED (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/000735
Publication Date:
August 23, 2012
Filing Date:
February 20, 2012
Export Citation:
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Assignee:
M A E MASCHINEN UND APPBAU GOETZEN GMBH (DE)
MITZE MANFRED (DE)
International Classes:
F15B11/17; B30B15/00; F15B11/036
Domestic Patent References:
WO2008082463A12008-07-10
WO2010020427A12010-02-25
WO2002004820A12002-01-17
Foreign References:
DE19621097A11996-12-12
US5048292A1991-09-17
US4833971A1989-05-30
US20070227133A12007-10-04
CH481750A1969-11-30
DE10329067A12004-02-12
DE19715157A11998-10-15
JPH0814108A1996-01-16
Attorney, Agent or Firm:
Grosse Schumacher Knauer von Hirschhausen (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1 . Druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung (10) für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen, mit einer doppelt wirksamen, mindestens einen reversierend verfahrbaren Arbeitskolben (21 ), mindestens einen reversierend verfahrbaren Eilgangkolben (21 A), mindestens eine Kolbenstange (22, 22A, 22B) und mindestens einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit (20), bei der der mindestens eine Zylinderraum oder die Zylinderräume mindestens einen den

Arbeitskolben (21 ) mit Fluiddruck beaufschlagenden, ersten Kolbenraum (23A), mindestens einen, den ersten Kolbenraum (23A) ergänzenden, den Eilgangkolben (21A) mit Fluiddruck beaufschlagenden zweiten Kolbenraum (23B) und mindestens einen, eine der Kolbenstange/n (22, 22A, 22B) umge- benden Ringraum (23C) umfasst/umfassen, mit die Kolbenräume mit einem Druckmittel versorgenden Druckleitungen (D1 , ...), mit einer Pumpenanordnung (30; 30A, 30B), welche mindestens zwei dreh- zahl- und drehrichtungsvariabel angetriebene Pumpen umfasst und mit mindestens einem mit der Kolben/Zylinder-Einheit (20; 20A, 20B, 20C) und der Pumpenanordnung (30; 30A, 30B) hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Druckmittel-Tank (40) dadurch gekennzeichnet, dass eine oder weitere Pumpenanordnung/en (30, 30A, 30B) jeweils mindestens eine erste und eine zweite Pumpe (31 , 32), und ggf mindestens eine weitere Pumpe (43), und einen die beiden oder mehreren Pumpen (31 , 32, 43) gemeinsam antreibenden drehzahlvariablen Antrieb (33) umfasst, die erste Pumpe (31 ) über eine erste Druckleitung (D1 ), vorzugsweise nur mit einem, nämlich dem ersten Kolbenraum (23A) verbunden oder verbindbar ist, die zweite Pumpe (32) über eine zweite Druckleitung (D2) , vorzugsweise nur mit einem, nämlich dem ergänzenden (zweiten) Kolbenraum (23B) verbunden oder verbindbar ist, die zweite (32) oder eine dritte (43) Pumpe über eine relativ zur zweiten Druckleitung (D2) entgegengesetzt durchströmten dritten Druckleitung (D3) , vorzugsweise nur mit einem, nämlich dem Ringraum (23C) verbunden oder verbindbar ist, so dass die hydraulische Antriebsanordnung (10) mittels eines einzigen einmotorigen Antriebsstrangs sowohl in beiden Bewegungsrichtungen im Eilgang betreibbar ist als auch im Arbeitsgang hohe Arbeitsdrücke erreicht .

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (21 ) doppelt wirksam ist und den Zylinderraum in den ersten Kolbenraum (23A) einerseits und in den die Kolbenstange (22) umgebenden Ringraum (23C) andererseits unterteilt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den ersten Kolbenraum (23A) ergänzende zweiten Kolbenraum (23B) dem Ringraum (23C) bezüglich des Arbeitskolbens (21 ) gegenüber gelegen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelt wirksame Kolben/Zylinder-Einheit (20) mindestens zwei hängend angeordnete, durch ein Brückenglied (25) miteinander wirkverbun- dene hydraulische Untereinheiten (20A, 20B, 20C) umfasst, von denen mindestens eine den mindestens einen reversierend verfahrbaren Arbeitskolben (21 ) und mindestens eine andere den mindestens einen reversierend verfahrbaren Eilgangkolben (21A) umfasst.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Arbeitskolben (21 ) und/oder der mindestens eine Eilgangkolben (21A) einen einen Ringraum bildenden Verdrängerkolben (21 B) tragen und dieser Ringraum als der erste oder der zweite Kolbenraum (23A oder 23B) dient.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, den mindestens einen reversierend verfahrbaren Eilgangkolben (21A) aufweisende, hydraulische Untereinheit (20A, 20B) doppelt wirksam ausgestaltet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die mindestens eine, den mindestens einen reversierend verfahrbaren Eilgangkolben (21A) aufweisende hydraulische Untereinheit (20A, 20B) doppelt wirksam ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (23C) auf der Unterseite des Eilgangkolbens (21A) angeordnet ist und die Wirksamkeit für die Abwärtsfahrt der doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Einheit (20) unter Ersetzten des ergänzenden Kolbenraumes durch eine durch das Druckmittel nicht belastete Öffnung erzielt wird.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (23C) auf der Unterseite des Eilgangkolbens (21A) angeordnet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass und der ergänzende (zweite) Kolbenraum (23B) auf der Oberseite des Eilgangkolbens (21 A) angeordnet ist 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (31 ) und/oder die zweite Pumpe (32) und/oder eine weitere Pumpe desselben Antriebsstrangs ein verstellbares Fördervolumen aufweist/aufweisen, insbesondere wenn eine externe Versteileinrichtung (39A, 39B, 39C) vorgesehen ist, die auf hydraulische oder elektrische Stell- großen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter (35), reagieren kann.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenraum (23A) über eine ein Füllventil (34) aufweisende Zuleitung mit einem Tank, insbesondere mit dem Tank (40) verbunden oder verbindbar ist, wobei, ggf., das Füllventil (34) den ergänzenden zweiten Kolbenraum und die zweite Druckleitung (D2). ersetzt.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine als Umrichter (35) gestaltete Steuereinrichtung zur Steuerung des Antriebs (33) und/oder der Fördervolumina der ersten und/oder zweiten Pumpe (31, 32) und/oder mindestens eine weitere Pumpe desselben Antriebsstrangs und/oder des Füllventils (34) vorgesehen ist. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umrichter (35) mit einem dem Arbeitskolben (21 ) zugeordneten Druck sensor und/oder einem dem Arbeitskolben (21) zugeordneten Weggeber (36) verbunden oder verbindbar ist, und der zumindest eine Umrichter (35) ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweist, insbesondere Katego- rie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO

13849.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb (33) zumindest ein mechanisches Getriebe (37) für die Drehmomentübertragung auf zumindest eine der Pumpen (31 , 32) und/oder mindestens eine weitere Pumpe desselben Antriebsstrangs zugeordnet ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung (30) eine Bremse (38) umfasst.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (21 ) einseitig wirksam ist und von mindestens einer einfach oder doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit (24A, 24B, ... ) im Eilgang vor- und zurückbewegbar ist und zumindest der Ringraum (23C) in der mindestens einen doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit (24A, 24B, ...) vorgesehen sind.

17. Verfahren zum Betreiben einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung für einen Verbraucher, insbesondere für Pressen, bei dem in einer doppelt wirksamen, mindestens einen verfahrbaren Arbeitskolben (21 ), mindestens einen reversierend verfahrbaren Eilgangkolben (21 A), mindestens eine Kolbenstange (22, 22A, 22B) und mindestens einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit (20) der Arbeitskolben reversierend verfahren wird, bei dem der mindestens eine Zylinderraum oder die Zylinderräume mindestens einen den Arbeitskolben (21 ) aufnehmenden, ersten Kolbenraum (23A), mindestens einen, den ersten Kolbenraum (23A) ergänzenden, zweiten Kolbenraum (23B) und mindestens einen, eine der Kolbenstange/n (22, 22A, 22B) umgebenden Ringraum (23C) umfasst/umfassen, der/die über Druckleitungen (D1 , ... ) mit Fluiddruck beaufschlagt wird/werden,

bei dem das Druckmittel in einem mit der mindestens einen Kolben/Zylinder- Einheit (20) und der Pumpenanordnung (30) hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank (40) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste und eine zweite Pumpe (31, 32) und ggf mindestens eine weitere Pumpe (43), von einem drehzahlvariablen Antrieb (33) gemeinsam angetrieben werden, die erste Pumpe (31 ) über eine erste Druckleitung (D1 ), vorzugsweise, nur einen, nämlich den ersten Kolbenraum (23A), die zweite Pumpe (32) über eine zweite Druckleitung (D2), vorzugsweise nur einen, nämlich den ergänzenden (zweiten) Kolbenraum (23B) und die zweite (32) oder eine dritte (43) Pumpe über eine relativ zur zweiten Druckleitung (D2) entgegengesetzt durchströmten dritten Druckleitung (D3), vorzugsweise nur einen, nämlich den Ringraum (23C) mit Druckmittel beaufschlagt, so dass die hydraulische Antriebsanordnung (10) mittels eines einzigen einmotorigen Antriebsstrangs sowohl in beiden Bewegungsrichtungen im Eilgang betreibbar ist als auch im Arbeitsgang hohe Arbeitsdrücke erreicht.

8. Verfahren nach anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (32) bei einer ersten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs (33) das Arbeitsfluid unter Ausfahren der Kolbenstange (22, 22A, 22B) oder des Arbeitskolbens (21) im Eilgang über die zweite Druckleitung (D2) in den zweiten Kolbenraum (23B) pumpt und die zweite Pumpe (32) oder mindestens eine weitere Pumpe (43) über die dritte Druckleitung (D3) aus dem Ringraum (23C) absaugt und die erste Pumpe (31 ) Arbeitsfluid über die erste Druckleitung (D ) in den ersten Kolbenraum (23A) füllt und bei dem die zweite Pumpe (32) oder die mindestens eine weitere Pumpe (43) bei einer zweiten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs (33) unter Zurückholen der Kolbenstange (22) oder des Arbeitskolbens (21 ) im Eilgang das Arbeitsfluid aus dem zweiten Kolbenraum (23B) absaugt und in den Ringraum (23C) pumpt während Arbeitsfluid aus dem ersten Kolbenraum (23A) in Tank (40) zurückfließt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Avwärtsfahrt der erste Kolbenraum (23A) über eine ein Füllventil (34) aufweisende Zuleitung mit einem Tank, insbesondere mit dem Tank (40), verbunden wird, so dass sich der Arbeitskolben (21 ) im Schnellgang, insbesondere auch ganz oder teilweise durch Schwerkraft absenkt, wobei, ggf., das mit dem Tank verbundene Füllventil (34) den ergänzenden zweiten Kolbenraum und die zweite Druckleitung (D2). ersetzt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Druckleitungen (D1 , D2, D3) schaltventilfrei, insbesondere bei Druckmitteldrücken von oberhalb 300 bar und besonders bevorzugt zwischen 300 und 450 bar oder höher betrieben wird.

Description:
Druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 17. Demnach geht die Erfindung von einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung mit Arbeitskolben, ergänzendem Eilgangkolben und ringartigem Rückholkolben aus, insbesondere wenn die druckspei- cheriose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen, eine doppelt wirksame, einen Arbeitskolben, eine Kolbenstange und einen Zylinderraum umfassende Kolben/Zylinder-Einheit aufweist, in der der reversierend verfahrbare Arbeitskolben den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum und andererseits in einen die Kolbenstange umgebenden Ringraum

BESTÄTIGUNGSKOPIE unterteilt. Eine erste Druckleitung versorgt den ersten Kolbenraum, eine zweite Druckleitung versorgt den zweiten Kolbenraum und eine dritte Druckleitung versorgt den Ringraum mit Druckmittel das von mindestens einer drehzahl- und/oder dreh- richtungsvariabel antreibbaren Pumpe gefördert wird.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND

Drehzahlvariable Hydraulikantriebe für große Zylinder werden etwa entsprechend der WO 2010/020427 ausgeführt. Dort sind zwei getrennte Pumpenantriebsanord- nungen für den Arbeitshub einerseits und den Rückholhub andererseits vorgesehen um großvolumige Druckspeicher einzusparen. Der Hydraulikzylinder kann mit einem zusätzlichen Eilgang-Kolbenraum ausgestattet sein. Die erste Pumpe fördert zunächst ausschließlich in den relativ kleinflächigen Eilgangzylinder. Der Arbeitskolben wird durch ein geöffnetes Füllventil mit drucklosem Hydrauliköl gefüllt. Zum Aufbau einer nennenswerten Presskraft wird das Füllventil geschlossen. Durch Betätigung eines Schaltventils wird nun auch der große Kolbenraum mit der ersten Pumpe verbunden. So kann bei geringer Geschwindigkeit eine hohe Kraft erzeugt werden. Anlagen nach diesem Schaltungskonzept wurden vielfach ausgeführt und bewähren sich in der Praxis.

Nachteilig ist der hohe Bauaufwand für die beiden Motor-Pumpenstationen. Insbesondere bei großen Verbrauchern sind die für den Motorantrieb eingesetzten Umrichtersteuerungen und Netzteile recht kostenintensiv. Auch die großen Wegeventile zum Umschalten des Pumpenförderstroms vom Eilgangkolben auf die große Kolbenfläche sind kostenintensiv.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der Erfindung ist, den erwähnten drehzahlvariablen Antrieb so weiterzuentwickeln, dass nurmehr ein einziger Elektromotor und dem entsprechend auch nur noch ein einziger Umrichter erforderlich ist. Ein weiteres Ziel ist, die Anzahl der schaltbaren Ventile zu reduzieren, um den Bauaufwand und die Instandhaltungskosten zu senken. Zur Lösung des Problems wird eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für und mit einem Verbraucher, insbesondere für Pressen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 vorgeschlagen. Demnach basiert die Erfindung, ausgehend von der WO2010/020427, auf dem Konzept, bei einer druckspeicheriosen hydraulischen Antriebsanordnung mit Arbeitskolben, ergänzendem Eilgangkolben und ringartigem Rückholkolben eine drehrichtungsvariable Pumpenanordnung aus einem drehzahlvariablen Motor mit mindestens zwei Pumpen vorzusehen und die drei Zylinder- (oder Kolben-) Räume über drei Druckleitungen einzeln und direkt mit den Pumpen derart zu verbinden, dass in beide Richtungen eine Eilgangfahrt erfolgt.

Zwar ist es ansich bekannt, bei hydraulischen Antriebsanordnungen zwei Pumpen mit einem einzigen Motor anzutreiben (CH PS 481 750, DE 103 29 067 A1 , DE197 15 157 A1 , JP 08014108 A oder WO 02/04820 A1), wobei diese Antriebanordnungen in der Regel einen Druckspeicher, wie nach DE 103 29 067 A1 , benötigen oder auf dieselbe Kolbenfläche wirken, wie nach der DE 103 29 067 A1 , DE197 15 157 A1 oder JP 08014108 A WO 02/04820 A1. Oder die beiden Pumpen sind für unterschiedliche Förderrate oder -drücke ausgelegt, um einen Differentialkolben anzutreiben, also einen doppelt wirksamen Kolben mit unterschiedlich großen Kolbenflächen, wie bei der DE 103 29 067 A1 , DE197 15 157 A1 oder WO 02/04820 A1. Oder die Pumpen treiben an derselben Presse völlig unterschiedliche Systeme an, wie bei der CH PS 481 750. Sämtliche dieser Antriebsanordnungen benötigen mindestens ein Fluid-Schaltventil und/oder bei sehr großen Pressen, d.h. mit sehr großenvolumigen Arbeitskolben außerordentlich groß dimensionierte Pumpen und/viel Zeit für lange Hübe. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist bei einer druckspeicherlo- sen hydraulischen Antriebsanordnung vorgesehen, dass zumindest eine Pumpenanordnung, eine erste drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe sowie einen beide Pumpen gemeinsam antreibenden drehzahl- und/oder drehrich- tungsvariablen Antrieb umfasst. In mindestens einem mit der Kolben/Zylinder- Einheit und der Pumpenanordnung hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank ist das Druckmittel im Wesentlichen drucklos speicherbar. Die erste Pumpe ist über eine erste Druckleitung mit dem ersten Kolbenraum verbunden oder verbindbar. Die zweite Pumpe ist einerseits über eine zweite Druckleitung mit dem zweiten Kolbenraum und andererseits über die dritte Druckleitung mit dem Ringraum verbunden oder verbindbar. Der gemeinsame Antrieb kann ein Elektromotor sein. Dies könnte u. A. ein (permanenterregter) Servomotor ebenso sein wie ein Standard-Asynchronmotor mit entsprechendem 4-Quadranten-Umrichter.

Durch die Erfindung werden gegenüber der in der WO 2010/020427 beschriebenen Lösung, von der die Erfindung ausgeht, u. A. folgende Vorteile erzielt:

Eine Motor-Umrichter-Kombination entfällt vollständig

- Bei einer Ausführung mit erhöhtem Sicherheitsniveau entfällt auch eine

Bremse

Ein vor dem Arbeitskolben angeordnetes Schaltventil für ein Umleiten des Druckfluids kann entfallen.

Die Regelalgorithmen für den Umrichter eines elektrische Antriebsmotor werden einfacher, weil nicht mehr zwei Motor-Pumpen-Kombinationen gegeneinander wirken.

Die neuen Einheiten können kostengünstig kombiniert werden.

Die erste Pumpe und/oder die zweite Pumpe weist zugunsten eines variableren Betreibens vorzugsweise ein verstellbares Fördervolumen auf, insbesondere wenn eine externe Versteileinrichtung vorgesehen ist, die auf hydraulische oder elektrische Stellgrößen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter reagieren kann.

Der erste Kolbenraum kann über eine ein Füllventil aufweisende Zuleitung mit dem Tank verbunden oder verbindbar sein um die Befüllung des Arbeitszylinders mit Arbeitsfluid in einer Eilgangphase zu beschleunigen.

Wenn in dem ersten Kolbenraum ein Eilgangkolben angeordnet ist, und das Verhältnis der Eilgangkolbenfläche zu der Ringraumfläche annähernd gleich ist, ist das Betreiben, insbesondere das Steuern der Pumpen vergleichsweise einfach.

Wenn mindestens eine weitere, der ersten Pumpenanordnung entsprechende weitere Pumpenanordnung vorgesehen ist, die in Parallelschaltung auf die Kolben/Zylinder-Einheit gleichsinnig mit der ersten Pumpenanordnung einwirken, kön- nen dadurch besonders großvolumige Kolben/Zylinder-Einheiten betrieben werden.

Wenn die erste, die zweite und/oder die dritte Druckleitung schaltventilfrei, insbesondere frei von sicherheitsrelevanten Schaltventilen betreibbar ist oder sind, werden dadurch u. A. Schläge im hydraulischen System verhindert oder vermindert.

Wenn die Pumpenanordnung eine dritte drehzahl- und/oder drehrichtungsvariabel antreibbare Pumpe umfasst, die gemeinsam mit den beiden anderen Pumpen von dem gemeinsamen Antrieb antreibbar ist, wobei die drei Druckleitungen je einer der drei Pumpen zugeordnet ist, wird dadurch die Steuerung der Kolben/Zylinder- Einheit, vereinfacht.

Wenn ein erster Kolben, insbesondere der Arbeitskolben, einseitig wirksam ist und von mindestens einer, vorzugsweise doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Einheit, gewünschtenfalls von einer doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheit im Eilgang vor- und zurückbewegbar ist und zumindest einer der Kolbenräume, insbesondere der zweite Kolbenraum sowie der Ringraum in der mindestens einen dop- pelt wirksamen Kolben/Zylinder-Einheit oder -Hilfseinheit vorgesehen sind, wird dadurch z. B. das Betreiben noch größerer Arbeitskolben möglich und/oder eine größere bauliche Flexibilität erreicht. Wenn der zumindest eine Umrichter mit einem dem Arbeitskolben zugeordneten Drucksensor und/oder einem dem Arbeitskolben zugeordneten Weggeber verbunden oder verbindbar ist, und der zumindest eine Umrichter ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweist, insbesondere Kategorie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO 13849. Durch Kombination mit wei- teren Elementen, wie etwa einer von der Pumpenanordnung umfassten Bremse, sind auch höchste Sicherheitsanforderungen (z. B. Kategorie 4 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level e nach ISO 13849) erreichbar.

Die druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung für einen Verbraucher, ins- besondere für Pressen, wird bei einer Ausführungform derart betrieben, dass in einer doppelt wirksamen, einen Arbeitskolben, eine Kolbenstange und einen Zylinderraum umfassenden Kolben/Zylinder-Einheit der Arbeitskolben, der den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden zweiten Kolbenraum und andererseits in einen die Kolbenstange um- gebenden Ringraum unterteilt, reversierend verfahren wird, dass der erste Kolbenraum über eine erste Druckleitung, der zweite Kolbenraum über eine zweite Druckleitung sowie der Ringraum über eine dritte Druckleitung mit einem Druckmittel versorgt werden, dass eine erste sowie eine zweite drehzahl- und/oder drehrichtungs- variabel antreibbare Pumpe gemeinsam von einem drehzahl- und/oder drehrich- tungsvariablen Antrieb angetrieben werden.dass das Druckmittel in einem mit der mindestens einen Kolben/Zylinder-Einheit und der Pumpenanordnung hydraulisch verbundenen oder verbindbaren Tank gespeichert wird, dass die zweite Pumpe bei einer ersten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs ein Arbeitsfluid unter Ausfahren der Kolbenstange im Eilgang über die zweite Druckleitung in den zweiten Kol- benraum pumpt und über die dritte Druckleitung aus dem Ringraum absaugt und die erste Pumpe Arbeitsfluid über die erste Druckleitung in den ersten Kolbenraum füllt und dass die zeite Pumpe bei einer zweiten Drehrichtung des gemeinsamen Antriebs unter Zurückholen der Kolbenstange im Eilgang das Arbeitsfluid aus dem zweiten Kolbenraum absaugt und in den Ringraum pumpt während Arbeitsfluid aus dem ersten Kolbenraum in Tank zurückfließt.

Als weiterhin vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn:

das Verhältnis der Eilgangkolbenfläche F2 zu der Arbeitskolbenfläche F1 und/oder zu der Ringraumfläche F3 vorzugsweise kleiner oder gleich 1 ist und/oder

dem Antrieb der Pumpenanordnung eine Antriebswelle zugeordnet ist, über die die erste Pumpe und die zweite Pumpe gemeinsam antreibbar sind und/oder

mindestens eine weitere, der ersten Pumpenanordnung entsprechende Pumpenanordnung vorgesehen ist, die in Parallelschaltung auf die Kolben/Zylinder-Einheit gleichsinnig mit der ersten Pumpenanordnung einwirken und/oder

die erste D1 , die zweite D2 und/oder die dritte D3 Druckleitung über Rückschlagventile mit dem Tank verbindbar sind. Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung und Tabelle, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel einer druckspeicherlosen hydraulischen Antriebsanordnung dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.

FIGURENKURZBESCHREIBUNG

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1A eine druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung als Blockschaltbild;

Fig. 1 B eine zu Fig.lA alternative druckspeicherlose hydraulische Antriebsanordnung mit Bremse als Blockschaltbild;

Fig. 2A eine modular aufgebaute druckspeicherlose hydraulische Antriebsan- Ordnung für Großanlagen als Blockschaltbild;

Fig. 2B von der modularen Antriebsanordnung nach Fig. 2A ein Einzelmodul;

Fig.3 eine dritte Ausführung einer druckspeicheriosen hydraulischen An- triebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild

Fig.4 eine vierte Ausführung einer druckspeicheriosen hydraulischen Antriebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild sowie Fig.5 eine fünfte Ausführung einer druckspeicheriosen hydraulischen Antriebsanordnung für Großanlagen als Blockschaltbild.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Aus Figuren 1A, 1 B ist eine doppelt wirksame, einen Arbeitskolben 21 , eine Kolbenstange 22 und einen Zylinderraum umfassende Kolben/Zylinder-Einheit 20 er- sichtlich, in der der reversierend verfahrbare Arbeitskolben 21 den Zylinderraum einerseits in einen ersten Kolbenraum 23A (oder Arbeitszylinder) und einen den ersten Kolbenraum ergänzenden einen sogenannten Eilgangkolben 21 A aufnehmenden zweiten Kolbenraum 23B (oder Eilgangzylinder) und andererseits in einen die Kolbenstange 22 umgebenden Ringraum 23C (oder Rückholzylinder) unterteilt. Der Eilgangkolben 21A kann, wie dargestellt, in eine zur Kolbenstange entgegengesetzt weisende Richtung, oder (nicht dargestellt) in eine mit der Kolbenstange gleiche Richtung orientiert sein. Die Kolben/Zylinder-Einheit 20 ist an eine den ersten Kolbenraum 23A mit einem Druckmittel versorgende erste Druckleitung D1 , ei- ne den zweiten Kolbenraum 23B mit Druckmittel versorgende zweite Druckleitung D2 sowie eine den Ringraum 23C mit Druckmittel versorgende dritte Druckleitung D3 angeschlossen.

Ein einziger, als Servomotor gestalteter Antrieb 33 treibt eine Doppelpumpe in Ge- stalt von zwei, insbesondere drehzahlvariablen Pumpen 31 , 32 auf einer einzigen Antriebswelle 33A an. Beide Pumpen sind vorzugsweise mit einer Einrichtung zum Verstellen ihres Fördervolumens ausgestattet. Die Verstellung kann rein pumpenintern durch eine Regeleinrichtung erfolgen, der die Fördermenge beispielsweise dem aktuellen Druck folgend verändert. Pumpen mit Versteileinrichtungen dieser Art sind am Markt verfügbar. Alternativ kann, gemäß Figur 1A, eine Verstelleinrich- tung 39A, 39B, 39C eingesetzt werden, die auf hydraulische oder elektrische Stellgrößen einer externen Steuerung, wie in einem Umrichter 35, reagieren kann. Damit kann der Pumpen-Förderstrom proportional zu einem Eingangssignal von„Null" bis zum maximalen Förderstrom verstellt werden. Eine solche Versteileinrichtung wird beispielsweise von der Firma BoschRexroth unter der Bezeichnung„HS4" für die Axialkolbenpumpen der Baureihe A4 hergestellte.

Die dem Servomotor nächstliegende Pumpe 32 ist auf ihrer einen Seite mit dem als Rückholzylinder dienenden Ringraum 23C und auf ihrer anderen Seite mit dem als Eilgangzylinder dienenden Kolbenraum 23B verbunden. Beide Kolbenflächen F3 und F2 sind annähernd gleich groß. Die (erste) Pumpe 31 ist auf ihrer einen Seite mit einem Tank 40, auf der anderen Seite mit dem als Arbeitszylinder dienenden Kolbenraum 23A fluidisch verbunden. Zudem ist der Kolbenraum 23A mit einem Füllventil 34 ausgestattet, den Kolbenraum selbsttätig sehr rasch füllen zu können, wenn er sich vergrößert. Der an der Kolbenstange 22 installierte Weggeber 36 mel- det die aktuelle Kolbenposition an einen den Antrieb 33 mit elektrischer Spannung versorgenden Umrichter 35.

Für alle denkbaren Ausführungsbeispiele gilt, dass dem Antrieb zumindest ein mechanisches Getriebe für die Drehmomentübertragung auf zumindest eine der Pum- pen und/oder mindestens eine weitere Pumpe desselben Antriebsstrangs vorteilhaft zugeordnet werden kann, insbesondere, um Motoren mit im Vergleich zu den Pumpen relativ höheren Drehzahleneinsetzen zu können. Ebenso ist es hilfreich, wenn die Pumpenanordnung eine Bremse umfasst, insbesondere um einen schaltventil- losen Betrieb zu begünstigen.

Der zumindest eine Umrichter 35 kann mit einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Drucksensor und/oder einem dem Arbeitskolben 21 zugeordneten Weggeber 36 verbunden oder verbindbar sein und/oder ein vergleichsweise hohes Sicherheitsniveau aufweisen, insbesondere Kategorie 3 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level d nach ISO 13849. Durch Kombination mit weiteren Ele- menten, wie etwa einer von der Pumpenanordnung umfassten Bremse, sind auch höchste Sicherheitsanforderungen (z. B. Kategorie 4 nach der Richtlinie DIN EN 954-1 bzw. Performance Level e nach ISO 13849) erreichbar.

Folgende Arbeitsweise ist möglich:

Zum Ausfahren der an dem Arbeitskolben 21 vorgesehenen Kolbenstange 22 mit Eilganggeschwindigkeit fördert bei Drehung des Servomotors M die (zweite) Pumpe 32 Öl in den Kolbenraum 23B des vergleichsweise kleinflächigen Eilgangkolbens 21A. Zeitgleich saugt die Pumpe Öl aus der Ringraum 23C. Das Füllventil 34 ist geöffnet, so dass der zur Füllung des als Arbeitszylinders dienenden Kolbenraums 23A erforderliche Ölstrom aus dem Tank 40 nachgesaugt werden kann. Die erste Pumpe 31 wird z. B. durch die gemeinsame Welle 33A zur Pumpe 32 durch den Servomotor M mit derselben Drehzahl wie die Pumpe 32 angetrieben. Der Förderstrom wird über die VerStelleinrichtung jeder Pumpe vorzugsweise auf das Maximum eingestellt, sodass der Pumpenförderstrom denjenigen durch das Füllventil ergänzt. Das geschieht bei vergleichsweise geringem Pumpendruck.

Zum Umschalten auf Arbeitsgeschwindigkeit wird das Füllventil 34, z.B. ab einem gewissen Druck geschlossen, die Pumpe 31 füllt den großen (ersten) Kolbenraum 23A nun allein. Das Fördervolumen der Pumpe 32 wird dabei zurückgenom- men, wahlweise druckabhängig oder mit Hilfe einer aktiven, vorzugsweise über den Umrichter 35 angesteuerten Verstellvorrichtung auf einen vorgebbaren Wert, etwa entsprechend dem Flächenverhältnis der beiden Kolbenflächen F1 und F2. Ist beispielsweise F1 zehnfach größer als F2, so wird der Förderstrom auf etwa 1/10 des bei der Eilgangfahrt geförderten Volumenstroms reduziert.

Der Positioniervorgang erfolgt in gewohnter Weise durch Anhalten des Servomotors M.

Zum Dekomprimieren wird die Drehrichtung des Servomotors umgekehrt. Das unter Druck stehende Öl treibt den Servomotor an, der nun als Generator wirkt. Die entstehende elektrische Energie wird dem Zwischenkreis des Umrichters zugeführt und kann wahlweise auch ins elektrische Netz zurückgespeist werden. Das Verfahren entspricht prinzipiell dem in der WO 2010/020427 beschriebenen. Verfahren. Für die Aufwärtsfahrt wird das Füllventil 34 geöffnet, die reversierte Pumpe 32 fördert nun in den (unteren) Ringraum 23C der Kolben/Zylinder-Einheit 20, so dass die Kolbenstange 22 mit Eilganggeschwindigkeit einfährt. Zudem saugt die Pumpe 32 das Öl aus dem Eilgangkolbenraum 23B. Die Pumpe 31 ist wird vorzugsweise mit vollem Förderstrom betrieben, um das ggf. schaltbare Füllverntil beim Entleeren der Arbeitszylinders zu unterstützen. Sowohl Pumpen wie auch Motoren und Umrichter sind in ihrer real verfügbaren Nenngröße beschränkt. Für große Zylinder ist dies unter Umständen nicht ausreichend. In solchen Fällen können zwei oder mehrere der Antriebe zu einer Einheit zusammengefasst und vorzugsweise die beiden Motoren nach dem System Mas- ter-Slave im Gleichlauf betrieben werden. Figur 2A zeigt exemplarisch ein Doppelmodul. Somit können unabhängig von der Anlagengröße immer gleiche Komponenten benutzt werden, was Inbetriebnahme und Ersatzteilvorhaltung vereinfacht.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zeigt die Verwendung einer Dreifachpumpe. Die drei Pumpen 31 , 32, 43 werden über die gemeinsame Antriebswel- le 33A vom Antrieb 33 gemeinsam angetrieben und sind einerseits mit dem Tank 40 und andererseits mit je einer der Druckleitungen D1 , D2 bzw. D3 verbunden und versorgen mithin separat die ersten und zweiten Kolbenräume 23A, 23B bzw. den Ringraum 23C in dem gleichen Betätigungssinn wie weiter oben zu Figuren 1 bis 3 beschrieben. Dies erlaubt mehr Flexibilität bei der Pressenkonstruktion. Auch steigt die Anzahl verwendbarer Pumpen, weil auch Ausführungen verwendet werden können, die nicht an beiden Anschlüssen Druck aufbauen können. Die Kolbenflächen F2 und F3 können dann auch recht verschieden von einander sein.

Bei dem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Arbeitskolben 21 einseitig wirksam und von mindestens einem (in der Zeichnung zwei) doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheiten 24A, 24B über ein Brückenglied 25 im Eilgang vor- und zurückbewegbar. Der zweite Kolbenraum 23B sowie der Ringraum 23C sind in den doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheiten 24A, 24B vorgesehen. Damit können extrem großflächige Arbeitskolben 21 von einem einzigen oder einigen wenigen Antriebsmodulen mit jeweils nur einem Antrieb 33 betätigt werden.

Bei dem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist der Arbeitskolben 21 einseitig wirksam und von mindestens einem (in der Zeichnung zwei) doppelt wirksamen Kolben/Zylinder-Hilfseinheiten 24A, 24B über ein Brückenglied 25 im Eilgang vor- und zurückbewegbar. Statt des Verdrängerkolbens 21 B nach Fig.4 ist nach Fig. 5 im zweiten Kolbenraum lediglich eine Öffnung zum im wesentlichen drucklosen Nachströmen von Fluid vorgesehen, wenn die anhängende für den Eilgang Last entsprechend groß ist. Dasselbe Ziel kann bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1A bis 3 erreicht werden, wenn die Verdrängerkolben 21 B durch solche Öffnungen ersetzt werden.

Mithin können durch die Erfindung - auch frei von unter Fluiddruck stehenden Ventilen - extrem großflächige Arbeitskolben 21 von einem einzigen oder einigen wenigen Antriebsmodulen mit jeweils nur einem Antrieb 33 betätigt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Antriebsanordnung 34 Füllventil

20 Kolben/Zylinder-Einheit 35 Umrichter

20A-C hydraulische Untereinheiten 35A.B Umrichter

21 Arbeitskolben 36 Weggeber

21 A Eilgangkolben 36A.B Weggeber

21 B Verdrängerkolben 37 Getriebe

22 Kolbenstange 37A.B Getriebe

22A.B Kolbenstange 38 Bremse

23A erster Kolbenraum oder Ar39A Versteileinrichtung beitszylinder 39B VerStelleinrichtung 23B zweiter Kolbenraum oder Eil39C Versteileinrichtung gangzylinder 39D Versteileinrichtung 23C Ringraum oder Rückholzylinder 40 Druckmittel-Tank 24A Kolben/Zylinder-Hilfseinheit 43 dritte Pumpe 24B Kolben/Zylinder-Hilfseinheit

25 Brückenglied D1 erste Druckleitung

30 Pumpenanordnung D1A.B erste Druckleitung 30A Pumpenanordnung D2 zweite Druckleitung 30B Pumpenanordnung D2A.B zweite Druckleitung

31 erste Pumpe D3 dritte Druckleitung 31A.B erste Pumpe D3A.B dritte Druckleitung

32 zweite Pumpe F2 Eilgangkolbenfläche 32A.B zweite Pumpe F1 Arbeitskolbenfläche

33 Antrieb F3 Ringraumfläche 33',33" Antrieb

33A Antriebswelle