EP1288507A2 - Low-loss drive system for a hydraulic actuator - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a drive system with at least two hydraulic actuators, which means at least one pump with a hydraulic fluid are available.
- Machines with multiple actuators the whole or some sequentially different work movements are usually carried out using a control valve circuit by one or several pumps that are driven at constant speed are supplied with hydraulic energy.
- the technical disadvantage of these systems is one poor efficiency because the control valves, due to the principle, hydraulic energy into thermal energy implement.
- a drive system having the features of claim 1.
- According to the invention can be a hydraulic actuator through two bidirectional speed-controlled pumps, without any control valve and therefore extremely low loss control or regulate in four-quadrant operation.
- the two pumps have a valve circuit is assigned, especially in the case of sequential Do the two pumps run each active actuator or with single-acting operation assign two actuators.
- the valve arrangement enables advantageously use of only two pumps that are over the valve assembly connect with the individual actuators with little loss to let. So there can be a larger number Saving pumps, which simplifies the construction and makes more economical.
- the valve arrangement has essential the task of connecting between to produce the pumps and the actuators with little loss, the control functions directly from the pumps be taken over.
- valve arrangement has several switching positions on, each with an actuator in double-acting Operating mode connected to the two pumps becomes.
- valve arrangement has switch positions which a connection of the two pumps with different Actuators allows, so that Have two actuators operated at the same time.
- the valve arrangement preferably has switch positions, in which the two pumps are connected in parallel and supply one actuator together.
- valve arrangement can be designed with seat valves to the currently not driven Actuators free of leakage.
- valve arrangement for single actuators with counterbalance valves.
- An embodiment of the drive is preferred, which is characterized in that at least one the pumps have a constant displacement.
- Such pumps are of a particularly simple construction, making it an inexpensive and trouble-free Realization results.
- the one cooperating with the drive device Control has as a control circuit is formed and at least one sensor includes, location, speed and / or acceleration of the actuator and / or on the actuator acting pressure or that from the actuator exerted forces recorded. That way it is possible, the drive very variable to the actual Adapt conditions.
- Figure 1 shows a hydraulic double acting Piston arrangement trained actuator 1, the one has movable piston 5 in a cylinder 3, on which a piston rod 7 is attached.
- the piston 5 and the piston rod 7 are in the cylinder 3 used that two pressure chambers 9 and 11 be formed.
- the first pressure chamber 9 is via a feed line 13 connected to a pump 15, which is a drive device 17 is assigned. This includes one Electric motor 19, which is only indicated here Shaft 21 connected to the first pump 15 is.
- the first pump 15 is via a supply line 23 connected to a tank 25.
- Parallel a valve 27 is provided for the pump 15, on the one hand with the supply line 13 and on the other hand with the supply line 23 is connected.
- the valve 27 is designed here as a check valve that is arranged so that at a negative pressure in the Supply line 13 the hydraulic medium present in the tank 25 can be sucked up, even if the first Pump 15 should not be driven.
- the second pressure chamber 11 is an identical supply system assigned: One feeds via a feed line 13 ' second pump 15 'a hydraulic medium from the Tank 25.
- the second pump 15 ' is for this purpose Supply line 23 'connected to the tank 25.
- the second pump 15 ' is a drive device 17 'assigned. It is possible to use the two pumps 15 and 15 'via a single motor, for example To drive electric motor 19.
- the one shown here The embodiment includes the drive device 17 'a second electric motor 19 ', the via a shaft 21' indicated here drives second pump 15 '.
- Parallel to the second Pump 15 ' is again provided with a valve, designed as a check valve 27 'and arranged so is that with a negative pressure in the supply line 13 'Hydraulic medium via the supply line 23 'are sucked out of the tank 25 can.
- the feed line 13 ' is via a pressure relief valve 29 'connected to the return line 31, which leads to tank 25.
- the hydraulic system assigned to the actuator 1 can be formed with a cooler 33, which here in the supply line 23 integrated to the first pump 15 is. It is also possible to use this cooler 33 to be installed anywhere in the hydraulic system. After all, it is also conceivable to have one or more the supply lines with cooling fins provided to dissipate excess heat.
- the piston 5 moves within the cylinder 3 to the right. This also causes the piston rod 7 moved to the right.
- the second Pump 15 ' is now operated as a motor that the coupled electric motor 19 drives. This works now as a generator and converts the drive energy into electrical energy and feeds them back into the electrical system of the drive, where they are used to supply the first electric motor 19 can be reused.
- one of the pumps 15, 15 ' operates as a motor and the associated electric motor 19, 19 ' as a generator what the efficiency of the drive significantly improved.
- the drive for the actuator shown in Figure 1 1 also shows a control 35, the control lines 37 and 37 'with the electric motors 19 and 19 'is connected.
- At least one sensor 39 is assigned to the actuator 1, whose output signals via a signal line 41 fed to an evaluation circuit 43 be together with the control 35 a Control circuit 45 forms.
- the evaluation circuit 43 can at least one external via a line 47 Signal are supplied via the drive can be influenced for the actuator 1.
- the sensor 39 which comprise an analog / digital converter can, is capable of various physical To detect sizes of the actuator 1, for example its location, the speed and / or acceleration of the piston 5 respectively the piston rod 7, which in the supply lines 13th and / or 13 'given pressure and / or that of the Actuator 1 applied forces. It is also conceivable that physical quantities of the actuator 1 by Sensors in the feed lines 13 and 13 'respectively in the control 35 and / or the evaluation circuit 43 or the electric motors 19 and 19 'are recorded indirectly. It can also be a or several sensors, for example current or Speed sensors, in the control 35 or Electric motors 19 and 19 'can be integrated. Thereby the external sensor 39 may optionally be omitted and realized a modular construction of the drive become.
- Figure 1 shows that overall a drive for an actuator 1 that can be implemented Allows two or four quadrant operation.
- the control 35 is implemented as a control circuit or if this, as shown in the figure, as a control circuit is formed, for example as a single-loop control loop.
- the control circuit can be continuous Controllers, for example PID and / or state controllers with / without observer or discontinuous controller include. It can also be constructed in such a way that one or more of the physical quantities in parallel or be regulated sequentially.
- the means controllers with I, PI or PID behavior are preferred Regulator with integrating parts used.
- the Control circuit is by means of analog or digital technology or a combination of analog and digital technology realizable.
- the pumps 15 and 15 ' are constant pumps designed, that is, they exhibit a constant Displacement volume. It is conceivable also, one or both of the pumps as variable displacement pumps train, with one or two displacement rooms can be realized. It is essential that too a four-quadrant drive can be implemented without any throttle valves in the supply lines 13 and 13 'to be installed.
- the drive for the actuator 1 therefore works particularly low loss. From what has been said it also becomes clear that the drive is very is simple and therefore inexpensive to implement, because even for a four-quadrant drive only Pumps with a constant displacement are required, that is, they can be realized relatively inexpensively Pump. All it takes is a drive for the pumps, the variable flow rates allows. This is already done with the help of one Electric motor possible, the variable speed and which is controlled via the control 35 becomes.
- the drive for the actuator 1 can So compared to the representation in the figure be further simplified, while still having a four-quadrant drive is feasible.
- the drive shown here also meets high safety requirements, because on the one hand pressure relief valves 29, 29 'and on the other hand as suction valves trained valves 27, 27 'are provided.
- the valves 27, 27 ', 29 and 29' have only a safety function and are for the normal operation of the drive is not required means they are inactive.
- a particularly simple structure can thereby be achieved that the electric motors 19 and 19 ' with the associated pumps 15 and 15 'as a unit can be trained.
- the delivery rate of the Pumping is done by adjusting the engine speed or the speed reached what with the control 35 is possible.
- This can also be built into the motor and pump Unit to be integrated so that one results in a particularly compact structure. Because the actuator clamped between the two pumps 15 and 15 ' there is high rigidity.
- the areas of the piston 5, which with that in the pressure chambers 9 and 11 pressure prevailing are different sizes.
- the area of the first pressure chamber 9 results from the piston rod 7 an annular area that is smaller than the cross-sectional area of the piston 5, which with the in the second pressure chamber 11 applied pressure becomes.
- there may be proportions or area ratios of 2: 1 of the pressurized piston surfaces result.
- the delivery volumes of the pumps 15 and 15 ' this area ratio can be adjusted. Thereby can in turn the electric motors 19 and 19 ' operated at the same speed. It is however, it is readily apparent that pumps with same funding volume can be used, which operated at different drive speeds become.
- the simple Actuator drive for position and pressure control and / or for a speed and Pressure control can be designed.
- the drive for the actuator in addition to the speed-dependent Delivery regulation by the electric motors 19 or 19 ', also controlled thereby be that the displacement of the Pumping is changed. So it turns out that the Drive for the actuator 1 in a variety of ways changed and adapted to different areas of application can be.
- FIG. 2 shows a drive system 51 which from several, in this case four actuators 1.1 to 1.4 exists.
- a drive system 51 is part of a machine that does different work movements in whole or in part sequential sequence performs.
- the actuators 1.1 to 1.3 are each around a hydraulic double-acting piston cylinder, as he already did in connection with figure 1 has been described. On another description is therefore waived. Only the Actuator 1.4 differs in that it is a hydraulic motor.
- the pump unit surrounded by a dashed line 53 is promoted from a tank 25.
- the pump unit 53 has two pumps 15, 15 ', those with the shaft 21 or 21 'of that Electric motor 19 or 19 'driven become.
- the two supply lines 23, 23 'of two pumps 15, 15 ' are connected to the tank 25.
- check valves 27 shown in Figure 1, 27 ', and the pressure relief valves 29, 29' are the For clarity shown as switch block 55. However, the mode of operation corresponds to that valves 27 and 29.
- the control unit 57 comprises a control circuit 45 for each actuator, the one control 35 and an evaluation circuit 43 includes.
- the one assigned to an actuator Evaluation circuit 43 is connected via line 41 the signal supplied by the sensor 39 is supplied.
- the wiring of the aforementioned components corresponds that described with reference to FIG. 1, so that on the exact functioning on this No need to go into more detail.
- FIG. 2 also allows a valve arrangement 59 recognize that in the by the two pumps 15, 15 ' coming and leading to the actuators 13 is switched.
- the valve arrangement has two hydraulic inputs 61.1 and 61.2, whereby the first input 61.1 with the pump 15 and the second input 61.2 connected to the pump 15 ' is.
- two outputs 63.1, 63.1 'to 63.4, 63.4' are provided.
- the outputs 63.1 to 63.4 are each one with the supply line 13 Actuators 1.1 to 1.4 connected, the outputs 63.1 ' to 63.4 'each with the supply line 13' of an actuator.
- the valve assembly 59 has several, in the present Embodiment preferably four switch positions in which the inputs 61.1 and 61.2 connected to predetermined outputs 63 with little loss become.
- the switching position of the valve arrangement 59 can for example via a control line 63 change the control unit 57.
- the exemplary embodiment is the pump unit 53 in FIG Switch position II with the actuator 1.2, in the Switch position III with the actuator 1.3 and in one Switch position IV with the hydraulic motor 1.4 connected.
- the pump unit 53 in FIG Switch position II with the actuator 1.2, in the Switch position III with the actuator 1.3 and in one Switch position IV with the hydraulic motor 1.4 connected.
- Assignments of pump unit 53 and the actuators conceivable per switch position.
- valve assembly 59 So is in the switching position of the valve assembly shown 59 the input 61.1 with the output 63.2 and the input 61.2 connected to the output 63.4.
- the valve arrangement 59 has one Exit 65 on the line 67 to the tank 25 leads.
- This output 65 is connected on the one hand with the output 63.2 'and on the other hand with the Exit 63.4 '.
- the pump 15 With the help of this circuit it is possible, the pump 15 to drive the actuator 1.2 and the pump 15 'for driving the hydraulic motor 1.4 to use.
- By using reversible Pumps 15, 15 'it is otherwise possible movement of the actuators in two directions bring about.
- valve arrangement can be 59 so that for every desired combination of operations two actuators one switching position is provided.
- FIG. 2 Another exemplary embodiment is shown in FIG. the basic structure of which is shown in FIG. 2 shown embodiment corresponds. On a repeated description of the same reference numerals marked parts are therefore omitted.
- valve arrangement 59 With the help of the valve arrangement 59 is in the present Embodiment another mode allows.
- FIG. 4 shows that the inputs 61.1 and 61.2 in the switching position of the valve arrangement shown 59 connected to the output 63.3 are, while the output 63.3 'with the output 65 connected is. Both pumps thus deliver 15, 15 ' Hydraulic fluid via the feed line 13 in the Actuator 1.3 for its actuation. In the others Switch positions of the valve arrangement 59 can be then actuators 1.1, 1.2 and 1.4 with the two Connect pumps 15, 15 '.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit zumindest zwei hydraulischen Aktuatoren, die mittels zumindest einer Pumpe mit einer Hydraulikflüssigkeit versorgbar sind.The invention relates to a drive system with at least two hydraulic actuators, which means at least one pump with a hydraulic fluid are available.
Aus der DE 40 30 950 A1 ist es bekannt, einem hydraulischen doppeltwirkenden Aktuator zwei Pumpen zuzuordnen, wobei jeweils nur eine der beiden Pumpen bezüglich der Bewegung des Aktuators wirksam ist. Weiterhin werden, wie üblich, verlustbehaftete Regelventile zur Steuerung des Aktuators verwendet, die Pumpen werden mit weitgehend konstanter Drehzahl, in einer Drehrichtung, von einem Verbrennungsmotor angetrieben.From DE 40 30 950 A1 it is known a hydraulic double acting actuator two pumps assign, with only one of the two pumps effective with respect to the movement of the actuator is. Furthermore, as usual, lossy Control valves used to control the actuator, the pumps are running at a largely constant speed, in one direction, from an internal combustion engine driven.
Maschinen mit mehreren Aktuatoren, die ganz oder teilweise sequentiell verschiedene Arbeitsbewegungen ausführen sollen, werden üblicherweise mittels einer Regelventil-Schaltung, die von einer oder mehreren Pumpen, die mit konstanter Drehzahl angetrieben werden, mit hydraulischer Energie versorgt. Der technische Nachteil dieser Systeme ist ein schlechter Wirkungsgrad, da die Regelventile, prinzipbedingt, hydraulische Energie in Wärmeenergie umsetzen.Machines with multiple actuators, the whole or some sequentially different work movements are usually carried out using a control valve circuit by one or several pumps that are driven at constant speed are supplied with hydraulic energy. The technical disadvantage of these systems is one poor efficiency because the control valves, due to the principle, hydraulic energy into thermal energy implement.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem zu schaffen, das einfach aufgebaut ist, hervorragende Regeleigenschaften aufweist und dabei die prinzipbedingten Drosselverluste von Regelventilen vermeidet und daher mit sehr gutem Wirkungsgrad arbeitet. It is an object of the present invention to provide a drive system to create that simple set up is, has excellent control properties and the principle-related throttling losses of control valves avoids and therefore with very good efficiency is working.
Diese Aufgabe wird mit einem Antriebssystem gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Erfindungsgemäß lässt sich ein hydraulischer Aktuator durch zwei bidirektional drehzahlgeregelte Pumpen, ohne jedes Regelventil und damit extrem verlustarm im Vierquadrantenbetrieb steuern oder regeln. Dadurch, dass den beiden Pumpen eine Ventilschaltung zugeordnet ist, lassen sich insbesondere bei sequentiellen Abläufen die beiden Pumpen jeweils dem aktiven Aktuator oder bei einfach wirkendem Betrieb zwei Aktuatoren zuordnen. Die Ventilanordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Einsatz von nur zwei Pumpen, die sich über die Ventilanordnung mit den einzelnen Aktuatoren verlustarm verbinden lassen. Es lässt sich also eine größere Anzahl an Pumpen einsparen, was den Aufbau vereinfacht und wirtschaftlicher macht. Die Ventilanordnung hat im wesentlichen die Aufgabe, die Verbindung zwischen den Pumpen und den Aktuatoren verlustarm herzustellen, wobei die Regelfunktionen direkt von den Pumpen übernommen werden.This task is solved with a drive system, having the features of claim 1. According to the invention can be a hydraulic actuator through two bidirectional speed-controlled pumps, without any control valve and therefore extremely low loss control or regulate in four-quadrant operation. Thereby, that the two pumps have a valve circuit is assigned, especially in the case of sequential Do the two pumps run each active actuator or with single-acting operation assign two actuators. The valve arrangement enables advantageously use of only two pumps that are over the valve assembly connect with the individual actuators with little loss to let. So there can be a larger number Saving pumps, which simplifies the construction and makes more economical. The valve arrangement has essential the task of connecting between to produce the pumps and the actuators with little loss, the control functions directly from the pumps be taken over.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ventilanordnung mehrere Schaltstellungen auf, in denen jeweils ein Aktuator in doppelwirkender Betriebsart mit den beiden Pumpen verbunden wird.In an advantageous embodiment of the invention the valve arrangement has several switching positions on, each with an actuator in double-acting Operating mode connected to the two pumps becomes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Ventilanordnung Schaltstellungen auf, die eine Verbindung der beiden Pumpen mit unterschiedlichen Aktuatoren ermöglicht, so dass sich also zwei Aktuatoren gleichzeitig betreiben lassen. In a further advantageous embodiment the valve arrangement has switch positions which a connection of the two pumps with different Actuators allows, so that Have two actuators operated at the same time.
Vorzugsweise besitzt die Ventilanordnung Schaltstellungen, in denen die beiden Pumpen parallel geschaltet werden und einen Aktuator gemeinsam versorgen.The valve arrangement preferably has switch positions, in which the two pumps are connected in parallel and supply one actuator together.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Ventilanordnung mit Sitzventilen ausgeführt werden, um die momentan nicht angetriebenen Aktuatoren leckagefrei festzusetzen.In a further advantageous embodiment the valve arrangement can be designed with seat valves to the currently not driven Actuators free of leakage.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Ventilanordnung für einfachbetätigte Aktuatoren mit Gegenhalteventilen ausgeführt werden.In a further advantageous embodiment can the valve arrangement for single actuators with counterbalance valves.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform des Antriebs, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens eine der Pumpen ein konstantes Verdrängungsvolumen aufweist. Derartige Pumpen sind besonders einfach aufgebaut, so dass sich eine kostengünstige und störungsunanfällige Realisierung ergibt.An embodiment of the drive is preferred, which is characterized in that at least one the pumps have a constant displacement. Such pumps are of a particularly simple construction, making it an inexpensive and trouble-free Realization results.
Weiterhin wird eine Ausführungsform des Antriebs bevorzugt, die eine mit der Antriebseinrichtung zusammenwirkende Ansteuerung aufweist, die als Regelschaltung ausgebildet ist und mindestens einen Sensor umfasst, der Lage, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Aktuators und/oder den auf den Aktuator wirkenden Druck oder die von dem Aktuator ausgeübten Kräfte erfasst. Auf diese Weise ist es möglich, den Antrieb sehr variabel an die tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen.Furthermore, an embodiment of the drive preferred, the one cooperating with the drive device Control has as a control circuit is formed and at least one sensor includes, location, speed and / or acceleration of the actuator and / or on the actuator acting pressure or that from the actuator exerted forces recorded. That way it is possible, the drive very variable to the actual Adapt conditions.
Selbstverständlich lassen sich bei den vorgenannten vorteilhaften Ausführungsformen auch mehr als zwei Pumpen zum Antrieb mehrerer Aktuatoren einsetzen. Of course, with the aforementioned advantageous embodiments also more than two Use pumps to drive several actuators.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- ein Prinzipschaltbild des Antriebs;
- Figur 2
- ein Prinzipschaltbild eines Antriebssystems mit mehreren Aktuatoren;
Figur 3- ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems mit mehreren Aktuatoren, und
- Figur 4
- ein drittes Antriebssystem mit mehreren Aktuatoren.
- Figure 1
- a schematic diagram of the drive;
- Figure 2
- a schematic diagram of a drive system with several actuators;
- Figure 3
- a second embodiment of a drive system with a plurality of actuators, and
- Figure 4
- a third drive system with several actuators.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Antrieb mit einer doppelwirkenden Kolbenanordnung zusammenwirkt. Er ist jedoch allgemein mit beliebigen hydraulischen Aktuatoren kombinierbar, beispielsweise auch mit einfach wirkenden Aktuatoren, hydraulischen Motoren oder Getriebeanordnungen.In the following it is assumed that the drive cooperates with a double-acting piston arrangement. However, it is common to any hydraulic actuators can be combined, for example also with single-acting actuators, hydraulic Motors or gear arrangements.
Figur 1 zeigt einen als hydraulisch doppelwirkende
Kolbenanordnung ausgebildeten Aktuator 1, der einen
in einem Zylinder 3 beweglichen Kolben 5 aufweist,
an dem eine Kolbenstange 7 angebracht ist. Der Kolben
5 und die Kolbenstange 7 sind so in den Zylinder
3 eingesetzt, dass zwei Druckkammern 9 und 11
ausgebildet werden. Figure 1 shows a hydraulic double acting
Piston arrangement trained actuator 1, the one
has
Die erste Druckkammer 9 ist über eine Zuleitung 13
mit einer Pumpe 15 verbunden, der eine Antriebseinrichtung
17 zugeordnet ist. Diese umfasst hier einen
Elektromotor 19, der über eine hier nur angedeutete
Welle 21 mit der ersten Pumpe 15 verbunden
ist. Die erste Pumpe 15 ist über eine Versorgungsleitung
23 mit einem Tank 25 verbunden. Parallel
zur Pumpe 15 ist ein Ventil 27 vorgesehen, das einerseits
mit der Zuleitung 13 und andererseits mit
der Versorgungsleitung 23 verbunden ist. Das Ventil
27 ist hier als Rückschlagventil ausgebildet, das
so angeordnet ist, dass bei einem Unterdruck in der
Zuleitung 13 das im Tank 25 vorhandene Hydraulikmedium
nachgesaugt werden kann, auch wenn die erste
Pumpe 15 nicht angetrieben sein sollte.The
An die Zuleitung 13 ist ein auch als Entlastungsventil
bezeichnetes Überdruckventil 29 angeschlossen,
das über eine Rückführungsleitung 31 mit dem
Tank 25 verbunden ist. Der zweiten Druckkammer 11
ist ein hier identisch aufgebautes Versorgungssystem
zugeordnet: Über eine Zuleitung 13' fördert eine
zweite Pumpe 15' ein Hydraulikmedium aus dem
Tank 25. Die zweite Pumpe 15' ist dazu über eine
Versorgungsleitung 23' mit dem Tank 25 verbunden.
Der zweiten Pumpe 15' ist eine Antriebseinrichtung
17' zugeordnet. Es ist möglich, die beiden Pumpen
15 und 15' über einen einzigen Motor, beispielsweise
Elektromotor 19 anzutreiben. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel umfasst die Antriebseinrichtung
17' einen zweiten Elektromotor
19', der über eine hier angedeutete Welle 21' die
zweite Pumpe 15' antreibt. Parallel zur zweiten
Pumpe 15' ist hier wiederum ein Ventil vorgesehen,
das als Rückschlagventil 27' ausgebildet und so angeordnet
ist, dass bei einem Unterdruck in der Zuleitung
13' Hydraulikmedium über die Versorgungsleitung
23' aus dem Tank 25 nachgesaugt werden
kann. Die Zuleitung 13' ist über ein Überdruckventil
29' mit der Rückführungsleitung 31 verbunden,
die zum Tank 25 führt.On the
Das dem Aktuator 1 zugeordnete Hydrauliksystem kann
mit einem Kühler 33 ausgebildet sein, der hier in
die Versorgungsleitung 23 zur ersten Pumpe 15 integriert
ist. Es ist auch möglich, diesen Kühler 33
an beliebiger Stelle des Hydrauliksystems einzubauen.
Denkbar ist es schließlich auch, eine oder mehrere
der Versorgungsleitungen mit Kühlrippen zu
versehen, um überschüssige Wärme abzuführen.The hydraulic system assigned to the actuator 1 can
be formed with a
Wenn über die erste Pumpe 15 Hydraulikmedium aus
dem Tank 25 in die erste Druckkammer 9 gefördert
wird, bewegt sich der Kolben 5 innerhalb des Zylinders
3 nach rechts. Dadurch wird auch die Kolbenstange
7 nach rechts bewegt. Durch die Bewegung des
Kolbens 5 steigt der Druck in der zweiten Druckkammer
11 an. Dadurch wird das sich in der Druckkammer
11 befindliche Hydraulikmedium über die Zuleitung
13' zur zweiten Pumpe 15' zurückgedrückt. Die zweite
Pumpe 15' wird nun als Motor betrieben, der den
angekoppelten Elektromotor 19 antreibt. Dieser arbeitet
jetzt als Generator und wandelt die Antriebsenergie
in elektrische Energie um und speist
sie in das elektrische System des Antriebs zurück,
wo sie für die Speisung des ersten Elektromotors 19
wiederverwendet werden kann. Je nach Bewegungsrichtung
des Kolbens 5 arbeitet eine der Pumpen 15, 15'
als Motor und der zugehörige Elektromotor 19, 19'
als Generator, was den Wirkungsgrad des Antriebs
wesentlich verbessert.If 15 hydraulic medium from the first pump
the
Eine entgegengesetzte Bewegung des Kolbens 5 und
der Kolbenstange 7 tritt dann ein, wenn die zweite
Druckkammer 11 von der zweiten Pumpe 15' mit einem
Hydraulikmedium beziehungsweise Hydrauliköl beaufschlagt
wird. Die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange
7 ist in der Figur durch einen Doppelpfeil
angedeutet.An opposite movement of the
Der in der Figur 1 dargestellte Antrieb für den Aktuator
1 weist außerdem eine Ansteuerung 35 aus,
die über Steuerleitungen 37 und 37' mit den Elektromotoren
19 und 19' verbunden ist.The drive for the actuator shown in Figure 1
1 also shows a
Dem Aktuator 1 ist mindestens ein Sensor 39 zugeordnet,
dessen Ausgangssignale über eine Signalleitung
41 einer Auswertungsschaltung 43 zugeführt
werden, die gemeinsam mit der Ansteuerung 35 eine
Regelschaltung 45 bildet. Der Auswertungsschaltung
43 kann über eine Leitung 47 mindestens ein externes
Signal zugeführt werden, über das der Antrieb
für den Aktuator 1 beeinflussbar ist.At least one
Der Sensor 39, der einen Analog/Digital-Wandler umfassen
kann, ist in der Lage, verschiedenste physikalische
Größen des Aktuators 1 zu erfassen, beispielsweise
dessen Lage, die Geschwindigkeit
und/oder Beschleunigung des Kolbens 5 beziehungsweise
der Kolbenstange 7, den in den Zuleitungen 13
und/oder 13' gegebenen Druck und/oder die von dem
Aktuator 1 ausgeübten Kräfte. Denkbar ist es auch,
dass physikalische Größen des Aktuators 1 durch
Sensoren in den Zuleitungen 13 und 13' beziehungsweise
in der Ansteuerung 35 und/oder der Auswertungsschaltung
43 oder den Elektromotoren 19 und
19' indirekt erfasst werden. Es können auch ein oder
mehrere Sensoren, beispielsweise Strom- oder
Drehzahlsensoren, in der Ansteuerung 35 oder den
Elektromotoren 19 und 19' integriert sein. Dadurch
kann gegebenenfalls der externe Sensor 39 weggelassen
und eine modulare Bauweise des Antriebs realisiert
werden.The
Figur 1 lässt erkennen, dass insgesamt ein Antrieb
für einen Aktuator 1 realisierbar ist, der einen
Zwei- oder Vier-Quadranten-Betrieb zulässt. Dies
ist sowohl dann möglich, wenn die Ansteuerung 35
als Steuerschaltung realisiert ist oder wenn diese,
wie in der Figur dargestellt, als Regelschaltung
ausgebildet ist, beispielsweise als Ein-Schleifen-Regelkreis.
Die Regelschaltung kann kontinuierliche
Regler, beispielsweise PID und/oder Zustandsregler
mit/ohne Beobachter oder diskontinuierliche Regler
umfassen. Sie kann auch derart aufgebaut sein, dass
eine oder mehrere der physikalischen Größen parallel
oder sequentiell geregelt werden. Um bleibende
Regelfehler der Regelschaltung beziehungsweise des
Regelkreises auszuschließen, werden vorzugsweise
Regler mit integrierenden Anteilen eingesetzt, das
heißt, Regler mit I-, PI- oder PID-Verhalten. Die
Regelschaltung ist mittels Analog- oder Digitaltechnik
oder einer Kombination aus Analog- und Digitaltechnik
realisierbar. Figure 1 shows that overall a drive
for an actuator 1 that can be implemented
Allows two or four quadrant operation. This
is possible if the
In Figur 1 sind die Pumpen 15 und 15' als Konstantpumpen
ausgelegt, das heißt, sie weisen ein konstantes
Verdrängungsvolumen auf. Denkbar ist es
auch, eine oder beide der Pumpen als Verstellpumpen
auszubilden, wobei ein oder zwei Verdrängungsräume
realisiert werden können. Wesentlich ist, dass auch
ein Vier-Quadranten-Antrieb realisierbar ist, ohne
irgendwelche Drosselventile in die Zuleitungen 13
und 13' einzubauen. Der Antrieb für den Aktuator 1
arbeitet daher besonders verlustarm. Aus dem Obengesagten
wird auch deutlich, dass der Antrieb sehr
einfach und damit kostengünstig realisierbar ist,
weil auch für einen Vier-Quadranten-Antrieb lediglich
Pumpen mit einem konstanten Verdrängungsvolumen
erforderlich sind, also relativ preiswert realisierbare
Pumpen. Es bedarf lediglich eines Antriebs
für die Pumpen, der variable Fördermengen
ermöglicht. Dies ist bereits mit Hilfe eines einzigen
Elektromotors möglich, der eine variable Drehzahl
aufweist und der über die Ansteuerung 35 angesteuert
wird. Der Antrieb für den Aktuator 1 kann
also gegenüber der Darstellung in der Figur noch
weiter vereinfacht werden, wobei dennoch ein Vier-Quadranten-Antrieb
realisierbar ist.In Figure 1, the
Der hier dargestellte Antrieb erfüllt auch hohe Sicherheitsanforderungen,
weil einerseits Überdruckventile
29, 29' und andererseits als Nachsaugventile
ausgebildete Ventile 27, 27' vorgesehen sind.
Die Ventile 27, 27', 29 und 29' haben ausschließlich
eine Sicherheitsfunktion und werden für den
normalen Betrieb des Antriebs nicht benötigt, das
heißt, sie sind inaktiv. The drive shown here also meets high safety requirements,
because on the one hand
Ein besonders einfacher Aufbau kann dadurch erreicht
werden, dass die Elektromotoren 19 und 19'
mit den zugehörigen Pumpen 15 und 15' als eine Einheit
ausgebildet werden können. Die Fördermenge der
Pumpen wird durch eine Anpassung der Motorgeschwindigkeit
beziehungsweise der Drehzahl erreicht, was
mit Hilfe der Ansteuerung 35 möglich ist. Diese
kann zusätzlich in die aus Motor und Pumpe bestehende
Einheit integriert werden, so dass sich ein
besonders kompakter Aufbau ergibt. Da der Aktuator
zwischen den beiden Pumpen 15 und 15' eingespannt
ist, ergibt sich eine hohe Steifigkeit.A particularly simple structure can thereby be achieved
that the
Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die Flächen
des Kolbens 5, die mit dem in den Druckkammern
9 und 11 herrschenden Druck beaufschlagt werden,
verschieden groß sind. Im Bereich der ersten Druckkammer
9 ergibt sich aufgrund der Kolbenstange 7
eine Ringfläche, die kleiner ist als die Querschnittsfläche
des Kolbens 5, die mit dem in der
zweiten Druckkammer 11 vorhandenen Druck beaufschlagt
wird. Es können sich beispielsweise Größenverhältnisse
beziehungsweise Flächenverhältnisse
von 2:1 der mit Druck beaufschlagten Kolbenflächen
ergeben. Um hier einen Ausgleich zu schaffen, können
die Fördervolumina der Pumpen 15 und 15' an
dieses Flächenverhältnis angepasst werden. Dadurch
können wiederum die Elektromotoren 19 und 19' mit
gleicher Geschwindigkeit betrieben werden. Es ist
jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass Pumpen mit
gleichem Fördervolumen eingesetzt werden können,
die mit verschiedenen Antriebsgeschwindigkeiten betrieben
werden. From the illustration it can be seen that the areas
of the
Durch den Einsatz des Sensors 39 kann der einfache
Antrieb für den Aktuator für eine Lage- und Druckregelung
und/oder für eine Geschwindigkeits- und
Druckregelung ausgelegt werden.By using the
Wenn für mindestens eine der Pumpen 15, 15' eine
Verstellpumpe eingesetzt wird, kann der Antrieb für
den Aktuator zusätzlich, neben der drehzahlabhängigen
Fördermengenregulierung durch die Elektromotoren
19 beziehungsweise 19', auch noch dadurch gesteuert
werden, dass das Verdrängungsvolumen der
Pumpen verändert wird. Es zeigt sich also, dass der
Antrieb für den Aktuator 1 auf vielfältige Weise
verändert und an verschiedene Einsatzbereiche angepasst
werden kann.If one for at least one of the
In Figur 2 ist ein Antriebssystem 51 gezeigt, das
aus mehreren, im vorliegenden Fall vier Aktuatoren
1.1 bis 1.4 besteht. Ein solches Antriebssystem 51
ist Teil einer Maschine, die verschiedene Arbeitsbewegungen
in ganz oder teilweise sequentiellem Ablauf
durchführt.FIG. 2 shows a
Bei den Aktuatoren 1.1 bis 1.3 handelt es sich jeweils um einen hydraulischen doppelwirkenden Kolbenzylinder, wie er bereits in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde. Auf eine nochmalige Beschreibung wird deshalb verzichtet. Lediglich der Aktuator 1.4 unterscheidet sich insofern, als es sich hier um einen hydraulischen Motor handelt.The actuators 1.1 to 1.3 are each around a hydraulic double-acting piston cylinder, as he already did in connection with figure 1 has been described. On another description is therefore waived. Only the Actuator 1.4 differs in that it is a hydraulic motor.
Wie der in Figur 1 beschriebene Aktuator 1 wird jeder
der vier Aktuatoren 1.1. bis 1.4 über Zuleitungen
13 und 13' mit einer Hydraulikflüssigkeit versorgt,
die von einer gestrichelt umrandeten Pumpeneinheit
53 aus einem Tank 25 gefördert wird. Entsprechend
dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1
weist die Pumpeneinheit 53 zwei Pumpen 15, 15' auf,
die mit der Welle 21 beziehungsweise 21' von dem
Elektromotor 19 beziehungsweise 19' angetrieben
werden. Die beiden Versorgungsleitungen 23, 23' der
beiden Pumpen 15, 15' sind mit dem Tank 25 verbunden.Everyone becomes like the actuator 1 described in FIG
of the four actuators 1.1. up to 1.4 via
Die in Figur 1 dargestellten Rückschlagventile 27,
27', sowie die Überdruckventile 29, 29' sind der
Übersichtlichkeit wegen als Schaltblock 55 dargestellt.
Die Funktionsweise entspricht jedoch derjenigen
der Ventile 27 und 29.The
Ebenfalls der Übersichtlichkeit wegen ist eine Regelungs-
und Steuereinheit 57. lediglich als Funktionsblock
dargestellt. Die Regelungseinheit 57 umfasst
für jeden Aktuator eine Regelschaltung 45,
die eine Ansteuerung 35 und eine Auswertungsschaltung
43 umfasst. Der einem Aktuator zugeordneten
Auswertungsschaltung 43 wird über die Leitung 41
das von dem Sensor 39 gelieferte Signal zugeführt.
Die Beschaltung der vorgenannten Komponenten entspricht
der mit Bezug auf die Figur 1 beschriebenen,
so dass auf die genaue Funktionsweise an dieser
Stelle nicht näher eingegangen werden muss.Also for the sake of clarity, a regulation
and
Figur 2 lässt des weiteren eine Ventilanordnung 59
erkennen, die in die von den beiden Pumpen 15, 15'
kommenden und zu den Aktuatoren führenden Zuleitungen
13 geschaltet ist. Die Ventilanordnung weist
zwei hydraulische Eingänge 61.1 und 61.2 auf, wobei
der erste Eingang 61.1 mit der Pumpe 15 und der
zweite Eingang 61.2 mit der Pumpe 15' verbunden
ist. Neben diesen zwei Eingängen sind des weiteren
für jeden Aktuator 1.1 bis 1.4 zwei Ausgänge 63.1,
63.1' bis 63.4, 63.4' vorgesehen. Die Ausgänge 63.1
bis 63.4 sind jeweils mit der Zuleitung 13 eines
Aktuators 1.1 bis 1.4 verbunden, die Ausgänge 63.1'
bis 63.4' jeweils mit der Zuleitung 13' eines Aktuators.FIG. 2 also allows a
Die Ventilanordnung 59 weist mehrere, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel vorzugsweise vier Schaltstellungen
auf, in denen die Eingänge 61.1 und 61.2
mit vorbestimmten Ausgängen 63 verlustarm verbunden
werden.The
In der in Figur 2 gezeigten Schaltstellung der Ventilanordnung
59 ist der Eingang 61.1 mit dem Ausgang
63.1 und der Eingang 61.2 mit dem Ausgang
63.1' verbunden. Damit ist die Pumpe 15 an die Zuleitung
13 und die Pumpe 15' an die Zuleitung 13'
angeschlossen. Die Funktionsweise des Aktuators 1.1
im Zusammenspiel mit der Regelungseinrichtung 57
und der Pumpeneinheit 53 entspricht der Funktionsweise
der Anordnung in Figur 1, weshalb auf eine
nochmalige Beschreibung an dieser Stelle verzichtet
wird.In the switching position of the valve arrangement shown in FIG. 2
59 is the input 61.1 with the output
63.1 and the input 61.2 with the output
63.1 'connected. So that the
Die Schaltstellung der Ventilanordnung 59 lässt
sich beispielsweise über eine Steuerleitung 63 von
der Regelungseinheit 57 verändern. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist die Pumpeneinheit 53 in der
Schaltstellung II mit dem Aktuator 1.2, in der
Schaltstellung III mit dem Aktuator 1.3 und in einer
Schaltstellung IV mit dem hydraulischen Motor
1.4 verbunden. Selbstverständlich sind auch andere
Zuordnungen von Pumpeneinheit 53 und den Aktuatoren
pro Schaltstellung denkbar.The switching position of the
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das
im wesentlichen dem vorgenannten Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 2 entspricht. Auf eine nochmalige
Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten
Teile wird deshalb verzichtet. Der Unterschied
besteht lediglich darin, dass die
Ventilanordnung 59 eine andere Zuordnung der
Eingänge 61.1 und 61.2 zu den Ausgängen 63.1 bis
63.4 zulässt.In Figure 3 an embodiment is shown, the
essentially the aforementioned embodiment
corresponds to Figure 2. On another
Description of those identified by the same reference numerals
Parts are therefore omitted. The difference
is just that the
So ist in der gezeigten Schaltstellung der Ventilanordnung
59 der Eingang 61.1 mit dem Ausgang 63.2
und der Eingang 61.2 mit dem Ausgang 63.4 verbunden.
Zusätzlich weist die Ventilanordnung 59 einen
Ausgang 65 auf, der über eine Leitung 67 zum Tank
25 führt. Dieser Ausgang 65 ist einerseits verbunden
mit dem Ausgang 63.2' und andererseits mit dem
Ausgang 63.4'. Mit Hilfe dieser Beschaltung ist es
möglich, die Pumpe 15 zum Antrieb des Aktuators 1.2
und die Pumpe 15' zum Antrieb des hydraulischen Motor
1.4 zu nutzen. Durch die Verwendung von reversierbaren
Pumpen 15, 15' ist es im übrigen möglich,
eine Bewegung der Aktuatoren in zwei Richtungen
herbeizuführen.So is in the switching position of the valve assembly shown
59 the input 61.1 with the output 63.2
and the input 61.2 connected to the output 63.4.
In addition, the
Je nach Anwendungsfall lässt sich die Ventilanordnung 59 so ausbilden, dass für jede gewünschte Betriebskombination zweier Aktuatoren eine Schaltstellung vorgesehen ist. Depending on the application, the valve arrangement can be 59 so that for every desired combination of operations two actuators one switching position is provided.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen grundsätzlicher Aufbau dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht. Auf eine nochmalige Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Teile wird deshalb verzichtet.Another exemplary embodiment is shown in FIG. the basic structure of which is shown in FIG. 2 shown embodiment corresponds. On a repeated description of the same reference numerals marked parts are therefore omitted.
Mit Hilfe der Ventilanordnung 59 wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine weitere Betriebsart
ermöglicht. Durch die Zuordnung beider Eingänge
61.1, 61.2 auf einen Ausgang 63, lassen sich die
beiden Pumpen 15, 15' parallel schalten, um einen
Aktuator 1 zu versorgen.With the help of the
Die Figur 4 lässt erkennen, dass die Eingänge 61.1
und 61.2 in der gezeigten Schaltstellung der Ventilanordnung
59 mit dem Ausgang 63.3 verbunden
sind, während der Ausgang 63.3' mit dem Ausgang 65
verbunden ist. Damit fördern beide Pumpen 15, 15'
Hydraulikflüssigkeit über die Zuleitung 13 in den
Aktuator 1.3 zu dessen Betätigung. In den anderen
Schaltstellungen der Ventilanordnung 59 lassen sich
dann Aktuatoren 1.1, 1.2 und 1.4 mit den beiden
Pumpen 15, 15' verbinden.FIG. 4 shows that the inputs 61.1
and 61.2 in the switching position of the valve arrangement shown
59 connected to the output 63.3
are, while the output 63.3 'with the
Selbstverständlich lassen sich die in den Figuren 2
bis 4 gezeigten Zuordnungen der Pumpen 15, 15' zu
den Zuleitungen 13, 13' der einzelnen Aktuatoren
durch entsprechende Ausgestaltung der Ventilanordnung
59 beliebig kombinieren. So ist es durchaus
denkbar, in einer Schaltstellung I den Aktuator 1.1
entsprechend der Figur 2 zu betreiben, in der
Schaltstellung II die beiden Pumpen zum Antrieb der
Aktuatoren 1.2 und 1.4 zu nutzen und in einer
Schaltstellung III den Aktuator 1.3 entsprechend
Figur 4 über beide Pumpen 15, 15' zu versorgen.Of course, those shown in FIGS
to 4 shown assignments of the
Darüber hinaus ist es auch denkbar, neben der in
dem Ausführungsbeispiel gezeigten Pumpeneinheit 53
eine weitere Pumpeneinheit vorzusehen, so dass mehrere
Aktuatoren betätigbar sind.It is also conceivable, in addition to the in
the
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