[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulisch angetriebene Anordnung zum linearen Bewegen
eines Massekörpers, bestehend aus zwei parallel zueinander geschalteten, jeweils einen
Kolben mit wenigstens einer zum Zusammenwirken mit dem Massekörper eingerichteten
Kolbenstange aufweisenden, doppelt wirkenden Arbeitszylindern, wobei der eine Arbeitszylinder
als Steuerzylinder für die Steuerung der eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase
und eine Bremsphase aufweisenden Bewegung des Massekörpers eingerichtet ist und der
andere Arbeitszylinder als Antriebszylinder an einen hydraulischen Akkumulator als
Energiespeicher angeschlossen ist derart, dass der Akkumulator während der Beschleunigungsphase
des Massekörpers die Antriebsenergie für den Antriebszylinder liefert und der Antriebszylinder
in der Bremsphase des Massekörpers als Pumpe zum Aufladen des hydraulischen Akkumulators
dient.
[0002] Eine derartige Anordnung mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der
WO 93/11363 Al bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung bezieht sich auf eine hydraulisch betriebene
Arbeitsmaschine, die mittels eines doppelt wirkenden und mittels einer einseitigen
Kolbenstange mit einer Arbeitseinrichtung verbundenen Arbeitszylinders ein Heben und
Senken der Arbeitseinrichtung herbeiführt. Zur Rückgewinnung der Lageenergie dieser
Arbeitseinrichtung in deren angehobener Stellung ist der als Antriebszylinder für
die Bewegung der Arbeitseinrichtung anzusprechende Arbeitszylinder mit seinem stangenlosen
großen Hubraum an einen hydraulischen Akkumulator angeschlossen, so dass einerseits
beim Heben der Arbeitseinrichtung der Akkumulator die gespeicherte Energie in den
Arbeitszylinder einspeist, während andererseits beim Senken der Arbeitseinrichtung
der Akkumulator durch das aus dem stangenlosen größeren Hubraum des Arbeitszylinders
verdrängte Fluid aufgeladen wird und dabei aufgrund des sich aufbauenden Drucks zusätzlich
als Bremse für die Bewegung des Kolbens im Antriebszylinder und damit der Arbeitseinrichtung
dient. Zur Steuerung der Bewegung der Arbeitseinrichtung ist parallel zu dem Antriebszylinder
ein an eine Pumpe angeschlossener, mit dem Antriebszylinder übereinstimmend ausgebildeter
Steuerzylinder angeordnet. Die beiden stangenseitigen, kleineren Hubräume sowohl des
Antriebszylinders wie auch des Steuerzylinders sind miteinander fluidführend verbunden
und gemeinsam an einen hydraulischen Steuerkreis angeschlossen. Damit soll erreicht
werden, dass sich das aus dem stangenlosen größeren Hubraum des Arbeitszylinders beim
Senken der Arbeitseinrichtung verdrängte Fluid vollständig in den Akkumulator einspeichern
lässt.
[0003] Eine ähnliche Anordnung von zwei Arbeitszylindern ist in der
DE 103 15 071 A1 beschrieben. Hierbei sind zwei jeweils doppelt wirkende Arbeitszylinder mit einseitiger
Kolbenstange in einer parallen Anordnung mit wechselseitigem Einsatz mit einer Gelenkanordnung
eines Arbeitswerkzeuges verbunden. Jeder Arbeitszylinder ist über Richtungssteuerventile
sowohl mit der Pumpe als auch mit einem Akkumulator verbunden, so dass das im Antriebsfall
mit Kolbenausschub vom Akkumulator abgegebene Fluid den von der Pumpe gelieferten
Fluidstrom ergänzen oder ersetzen kann. Der Akkumulator wird durch eine entsprechende
Einschubbewegung der Kolben der beiden Arbeitszylinder wieder aufgeladen. Insofern
sind die Arbeitszylinder wie auch Pumpe und Akkumulator an einen einheitlichen hydraulischen
Steuerkreis angeschlossen.
[0004] Schließlich ist aus der
DE 10 2005 017 878 B3 ein hydraulischer Antrieb für eine Spritzgießmaschine oder Presse bekannt, bei welcher
jeweils zumindest ein erster und ein zweiter Antriebszylinder vorgesehen sind. Der
erste Antriebszylinder ist an einen Steuerkreis mit einer Pumpe angeschlossen, während
der zweite Antriebszylinder an einen Akkumulator angeschlossen ist, der bei Bedarf
zugeschaltet wird.
[0005] Mit den bekannten Anordnungen ist insbesondere der Nachteil verbunden, dass die Energierückgewinnung
jeweils nur einer Bewegungsrichtung des Kolbens des Arbeitszylinders, nämlich beim
Einfahren, möglich ist und entsprechend die gespeicherte Energie auch nur beim Ausfahren
des Kolbens nutzbar ist. Damit lässt sich diese Auslegung eines hydraulischen Antriebs
nicht auf solche Einsatzzwecke anwenden, bei denen es um eine Hin- und Herbewegung
einer großen Masse in zwei Bewegungsrichtungen geht.
[0006] Ein solcher Einsatzzweck ergibt sich beispielsweise aus der
DE 10 2008 059 436 B3, in der ein hydraulisches Steuerventil für einen einseitig arbeitenden Differentialzylinder
beschrieben ist. Ein solcher einen Kolben mit einseitiger Kolbenstange aufweisender,
doppelt wirkender Arbeitszylinder wird zum linearen Bewegen eines Massekörpers wie
beispielsweise einer Einlass- und Druckklappe bei Kunststoffspritzmaschinen eingesetzt,
wobei die Kolbenstange des Arbeitszylinders für den Antrieb des Massekörpers mit diesem
verbunden ist. Über das in der
DE 10 2008 059 436 B3 beschriebene Steuerventil wird die Vorwärts fahrt mit einem Ausfahren der Kolbenstange
sowie die Rückwärtsfahrt mit einem Einfahren der Kolbenstange gesteuert, wobei jeder
Bewegungsvorgang eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase sowie eine Bremsphase zum
Erreichen der Endstellung des Massekörpers umfasst. Soweit die unterschiedlich großen
Hubräume des Arbeitszylinders über das zwischengeschaltete Steuerventil an eine Pumpe
sowie einen Tank anschließbar sind, ist das in der
DE 10 2008 059 436 B3 im Einzelnen beschriebene Steuerventil mit einer Rückspeiseschaltung für das bei
der Vorwärtsfahrt des Kolbens im Arbeitszylinder aus dessen kleinem Hubraum verdrängte
Fluid ausgerüstet, mittels der das verdrängte Fluid unmittelbar dem großen Hubraum
des Arbeitszylinders zugeführt und insoweit die Pumpe entlastet wird.
[0007] Soweit die von einem derartigen Arbeitszylinder zu bewegenden Massekörper eine erhebliche
Masse von beispielsweise zehn Tonnen oder mehr aufweisen können, ergeben sich für
die Bewegung derartig schwerer Massekörper erhebliche Anforderungen an die Auslegung
des Arbeitszylinders, der entsprechende Stellkräfte aufbringen muss. Insbesondere
beim Abbremsen eines Massekörpers im Anschluss an dessen Fahrphase entsteht eine erhebliche
ungenutzte Verlustleistung, soweit zu Beginn der darauf folgenden erneuten Beschleunigungsphase
die gesamte Bewegungsenergie dem Arbeitszylinder aus dem hydraulischen Versorgungssystem
zur Verfügung zu stellen ist.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch angetriebene Anordnung
mit Energierückgewinnung gemäß den gattungsgemäßen Merkmalen für die lineare Bewegung
einer entsprechend der
DE 10 2008 059 436 B3 eingesetzten Masse in deren beiden Bewegungsrichtungen nutzbar zu machen.
[0009] Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung
aus den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0010] Die Erfindung sieht in einer ersten Ausführungsform für einen Kolben mit einseitiger
und im Sinne einer Hin- und Herbewegung des Massekörpers jeweils an den Massekörper
gekoppelten Kolbenstange vor, dass Steuerzylinder und Antriebszylinder jeweils mittels
hydraulisch voneinander getrennter, unabhängiger und jeweils ein Steuerventil bzw.
eine Steuerventilanordnung aufweisender Steuerkreise gesteuert sind, wobei die dem
Antriebszylinder zugeordnete Steuerventilanordnung drei Steuerkanten aufweist und
der kleine Hubraum des Antriebszylinders über die Steuerventilanordnung mit dem Akkumulator
und der große Hubraum des Antriebszylinders über die Steuerventilanordnung wahlweise
mit dem Akkumulator oder mit dem Tank verbindbar sind.
[0011] Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Steuerzylinder und Antriebszylinder
jeweils einen Kolben mit zur Ausbildung symmetrischer Kolbenflächen beidseitig angesetzten
Kolbenstangen aufweisen, von denen jeweils eine Kolbenstange im Sinne einer Hin- und
Herbewegung des Massekörpers an den Massekörper gekoppelt ist; in Anpassung hieran
ist wiederum vorgesehen, dass Steuerzylinder und Antriebszylinder jeweils mittels
hydraulisch voneinander getrennter, unabhängiger und jeweils ein Steuerventil bzw,
eine Steuerventilanordnung aufweisender Steuerkreise gesteuert sind, wobei die dem
Antriebszylinder zugeordnete Steuerventilanordnung vier Steuerkanten aufweist und
sowohl der kleine Hubraum wie auch der große Hubraum des Antriebszylinders über die
Steuerventilanordnung wahlweise mit dem Akkumulator oder mit dem Tank verbindbar sind.
Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass aufgrund der Trennung der hydraulischen
Steuerkreise von Steuerzylinder und Antriebszylinder die Speicherung der kinetischen
Bewegungsenergie des Massekörpers und die Nutzung der gespeicherten Energie zu dessen
Antrieb nun in beiden Bewegungsrichtungen des Massekörpers nutzbar ist. Hierbei bewirkt
der Steuerkreis für die Steuerung des Antriebszylinders eine Aufladung des Akkumulators
in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens im Antriebszylinder. Während der zwischen
der Beschleunigungsphase und der Bremsphase ablaufenden Fahrphase braucht der Antriebszylinder
keine zusätzliche Antriebsenergie zu vermitteln; hier reicht der vom Steuerzylinder
vermittelte Bewegungsschub aus. Bei der Auslegung von Steuerzylinder und Antriebszylinder
sollten deren Kolbenflächen zusammen in etwa der Kolbenfläche eines einzigen Arbeitszylinders
nach dem Stand der Technik entsprechen, so dass Steuerzylinder und Antriebszylinder
jeder für sich mit im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Abmessungen ausgelegt
werden können. Auch hierdurch wird eine entsprechende Einsparung erzielt.
[0012] Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zunächst vorgesehen, dass die Hubräume
des Steuerzylinders über ein hydraulisches Steuerventil mit einer Pumpe und/oder einem
Tank verbindbar sind, wie dies im Grundsatz aus der bereits angesprochenen
DE 10 2008 059 436 B3 für einen Arbeitszylindcr als alleiniger Antrieb für einen Massekörper bekannt ist.
Insbesondere ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass das
hydraulische Steuerventil eine Rückspeiseschaltung für das bei der Kolbenbewegung
aus dem kleinen Hubraum des Steuerzylinders verdrängte Fluid aufweist, wie dies ebenfalls
aus der genannten
DE 10 2008 059 436 B3 im Einzelnen bekannt ist und daher zum Stand der Technik zählt.
[0013] Zur Nutzung des dem Steuerzylinder parallel geschalteten Arbeitszylinders als Antriebszylinder
ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass die Hubräume des
Antriebszylinders jeweils über eine hydraulische Steuerventilanordnung wahlweise mit
dem Akkumulator und/oder einem Tank verbindbar sind.
[0014] Um auch bei der Steuerung des Antriebszylinders eine Rückspeiseschaltung mit einer
Einspeisung des aus dem einen Hubraum des Zylinders verdrängten Fluids in den anderen
Hubraum des Antriebszylinders zu verwirklichen, ist nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass zwischen dem Akkumulator und den dessen Verbindung
mit den beiden Hubräumen des Antriebszylinders zugeordneten Steuerkanten der Steuerventilanordnung
eine die Hubräume des Antriebszylinders verbindende Durchflussleitung vorgesehen ist.
[0015] Im Rahmen einer Schaltungsausführung für mit einseitiger Kolbenstange vorgesehene
Arbeitszylinder kann vorgesehen sein, dass beim Ausfahren der Kolbenstangen von Steuerzylinder
und Antriebszylinder während der Beschleunigungsphase des Massekörpers die Verbindung
zwischen dem mit vorgespanntem Fluid gefüllten Akkumulator und dem großen Hubraum
des Antriebszylinders über die zugeordnete Steuerkante der Steuerventilanordnung geöffnet
und gleichzeitig die Verbindung zwischen dem kleinen Hubraum des Antriebszylinders
und der Durchflussleitung geöffnet ist, so dass das im Akkumulator gespeicherte sowie
das aus dem kleinen Hubraum des Antriebszylinders bei der Kolbenbewegung verdrängte
Fluid in den großen Hubraum des Antriebszylinders eingespeist wird, und bei welcher
während der Bremsphase des Massekörpers einerseits die Verbindung zwischen dem großen
Hubraum des Antriebszylinders und dem Tank geöffnet sowie die Verbindung zwischen
der Durchflussleitung und dem großen Hubraum des Antriebszylinders gesperrt sind und
andererseits die Verbindung zwischen dem kleinen Hubraum des Antriebszylinders und
der Durchflussleitung mit dem daran angeschlossenen Akkumulator geöffnet bleibt, so
dass der Akkumulator durch das aus dem kleinen Hubraum des Antriebszylinders verdrängte
Fluid aufgeladen wird.
[0016] Soweit bei dieser Ausführungsform der Erfindung bei Rückbewegung des Massekörpers
ein Einfahren der Kolbenstange von Steuerzylinder und Antriebszylinder erfolgt, ist
im Rahmen einer derartigen Schaltung weiterhin vorgesehen, dass während der Beschleunigungsphase
des Massekörpers die Verbindung zwischen dem großen Hubraum des Antriebszylinders
und dem Tank bei gleichzeitiger Sperrung der Verbindung des großen Hubraumes zum Akkumulator
sowie die Verbindung zwischen dem Akkumulator und dem kleinen Hubraum des Antriebszylinders
geöffnet sind, so dass das aus dem Akkumulator freigesetzte Fluid den kleinen Hubraum
des Antriebszylinders beaufschlagt, und bei welcher während der Bremsphase des Massekörpers
die Verbindung zwischen dem großen Hubraum des Antriebszylinders und der Durchflussleitung
mit dem daran angeschlossenen Akkumulator bei gleichzeitiger Sperrung der Verbindung
zum Tank geöffnet ist, so dass der Akkumulator durch das aus dem großen Hubraum des
Antriebszylinders verdrängte Fluid aufgeladen wird.
[0017] Wie schon ausgeführt, wird der Antriebszylinder jeweils nur während der Beschleunigungsphase
und während der Bremsphase des Massekörpers benötigt, wobei während der Fahrphase
zur Aufrechterhaltung der Fahrgeschwindigkeit des Massekörpers der Antrieb über den
Steuerzylinder ausreichend ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass an beiden Enden des linearen Bewegungsweges des Massekörpers
jeweils ein Antriebszylinder mit einer zugeordneten, dessen Anschlüsse zum Akkumulator
und dem Tank umfassenden hydraulischen Steuerschaltung angeordnet ist, deren dem Massekörper
zugewandte Kolbenstangen jeweils nur während der Bremsphase und der Beschleunigungsphase
des Massekörpers mit diesem zusammenwirken, wobei die zugeordnete Kolbenstange des
Steuerzylinders über den gesamten Bewegungsweg des Massekörpers an diesen gekoppelt
ist. Mit einer solchen Ausführungsform ist der Vorteil verbunden, dass die beiden
Antriebszylinder nur vergleichsweise klein ausgelegt zu sein brauchen, da nur kurze
Beschleunigungswege beziehungsweise Bremswege vorliegen und daher auch nur kurze Kolbenstangen
vorgehalten werden müssen. Daraus ergibt sich auch eine entsprechende Einsparung an
Bauvolumen.
[0018] Im Rahmen eines derartigen Ausführungsbeispiels der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass jedem der beiden Antriebszylinder ein über eine zwischengeschaltete Steuerventilanordnung
ansteuerbarer Akkumulator zugeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die
beiden Antriebszylinder über ihnen zugeordnete Steuerventilanordnungen an einem gemeinsamen
Akkumulator angeschlossen sind.
[0019] Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerventilanordnung
zur Steuerung des Antriebszylinders von einzelnen, jeweils in die von den Hubräumen
des Antriebszylinders zum Akkumulator und zum Tank führenden Leitungen eingeschalteten
2/2-WegeVentilen gebildet ist oder alternativ dass die Steuerventilanordnung zur Steuerung
des Antriebszylinders aus einem einerseits an dessen Hubräume und andererseits an
den Tank und den Akkumulator angeschlossenen Kolbenschieberventil besteht. Auch jede
andere Ausführung eines funktionsgerechten hydraulischen Steuerventils kann vorgesehen
sein.
[0020] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend
beschrieben sind. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine hydraulische Antriebsanordnung für einen Massekörper mit zwei jeweils einen Kolben
mit einseitiger Kolbenstange aufweisenden Arbeitszylindern in einer schematisierten
Darstellung eines hydraulischen Schaltbildes,
- Fig. 2
- die Antriebsanordnung gemäß Figur 1 in einer die zugeordneten Steuerventilanordnungen
umfassenden schematischen Darstellung bei Ruhestellung des Massekörpers vor Einleitung
von dessen Bewegung,
- Fig. 3
- die Antriebsanordnung gemäß Figur 2 in einer Schaltstellung während der Beschleunigungsphase
des Massekörpers bei Vorwärtsfahrt des Massekörpers,
- Fig. 4
- die Antriebsanordnung gemäß Figur 3 in der Schaltstellung während der Bremsphase des
Massekörpers.
- Fig. 5
- die Antriebsanordnung gemäß Figur 3 in einer Schaltstellung während der Beschleunigungsphase
des Massekörpers bei Rückwärtsfahrt des Massekörpers,
- Fig. 6
- die Antriebsanordnung gemäß Figur 5 in der Schaltstellung während der Bremsphase des
Massekörpers,
- Fig. 7
- ein anderes Ausführungsbeispiel der Antriebsanordnung gemäß Figur 1 mit jeweils beidseitig
des Kolbens angeordneten Kolbenstangen aufweisenden Arbeitszylindern.
- Fig. 8
- eine Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß Figur 1 mit einem Steuerzylinder
und zwei an den beiden Enden des linearen Bewegungsweges des Massekörpers angeordneten
Antriebszylindern und zugehörigen hydraulischen Schaltungen.
[0021] Zur Steuerung der Hin- und Herbewegung eines aus Figur 1 ersichtlichen Massekörpers
10 im Sinne von dessen Vorwärtsfahrt mit einem Ausfahren der Kolbenstangen und dessen
Rückwärtsfahrt mit einem Einfahren der Kolbenstangen sind zwei parallel zueinander
geschaltete Arbeitszylinder vorgesehen, von denen der eine Arbeitszylinder als Steuerzylinder
11 und der andere Arbeitszylinder als Antriebszylinder 12 eingerichtet sind. Beide
Zylinder 11, 12 sind als einen Kolben 17 mit daran angeschlossener, einseitiger und
jeweils mit dem Massekörper 10 verbundener Kolbenstange 18 aufweisende Zylinder ausgebildet,
so dass sich in den jeweiligen Zylindern 11, 12 jeweils ein großer Hubraum 19 und
ein kleiner Hubraum 20 einstellen.
[0022] Zu seiner Steuerung ist der Steuerzylinder 11 an ein Steuerventil 13 angeschlossen,
wobei die vom großen Hubraum 19 beziehungsweise vom kleinen Hubraum 20 zu den zugeordneten
Anschlüssen des Steuerventils 13 jeweils führenden Leitungen 21 beziehungsweise 22
über vier in dem Steuerventil ausgebildete Steuerkanten 16 jeweils mit einer Pumpe
14 beziehungsweise einem Tank 15 zu verbinden sind. Zur Herstellung der in der
DE 10 2008 059 436 B3 bereits beschriebenen Rückspeiseschaltung ist weiterhin eine vom Steuerventil 13
zum großen Hubraum 19 des Steuerzylinders 11 führende Leitung 22a vorgesehen, mittels
der in der zugeordneten Stellung des Steuerventils 13 der kleine Hubraum 20 des Steuerzylinders
11 unmittelbar mit dessen großem Hubraum 19 verbindbar ist.
[0023] Entsprechend ist dem Antriebszylinder 12 eine Steuerventilanordnung 23 zugeordnet,
deren Anschlüsse einerseits über Leitungen 27 beziehungsweise 28 an den großen Hubraum
19 und den kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders 12 angeschlossen sind. Andererseits
sind die Anschlüsse der Steuerventilanordnung 23 mit einem Tank 24 beziehungsweise
mit einem hydraulischen Akkumulator 25 verbunden. In der Steuerventilanordnung 23
sind drei Steuerkanten 26 vorgesehen, so dass der kleine Hubraum 20 des Antriebszylinders
12 mit dem Akkumulator 25 zu verbinden ist und der große Hubraum 19 wahlweise mit
dem Akkumulator 25 oder dem Tank 24 zu verbinden ist. Hierzu verzweigt sich die vom
großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 zur Steuerventilanordnung 23 führende Leitung
27 in zwei Leitungen 27a und 27b, die zu den den zugeordneten Steuerkanten 26 entsprechenden
Anschlüssen der Steuerventilanordnung geführt sind. Weiterhin besteht auf der Steuerungsseite
zwischen dem Akkumulator 25 und den beiden zugeordneten Steuerkanten 26 eine Durchflussleitung
29, mittels der der kleine Hubraum 20 und der große Hubraum 19 des Antriebszylinders
12 über die eingeschalteten Steuerkanten 26 miteinander verbindbar sind. Weiterhin
ist noch eine Verbindungsleitung zwischen dem Tank 24 und dem Akkumulator 25 vorgesehen,
in die ein Rückschlagventil 31 mit einer vom Tank 24 zum Akkumulator 25 gerichteten
Durchlassrichtung eingeschaltet ist.
[0024] In den Figuren 2 bis 6 sind nunmehr die sich während der Betriebszustände des Massekörpers
einstellenden Schaltzustände beziehungsweise Fluidströme dargestellt.
[0025] Soweit Figur 2 die Ruhestellung des Massekörpers 10 vor Beginn seiner Bewegungsphase
zeigt, sperren die Kolbenbunde 33 des Kolbenschiebers 32 des als Kolbenschieberventil
ausgebildeten Steuerventils 13 für den Steuerzylinder 11 die Verbindungsleitungen
21 und 22 zum großen Hubraum 19 und kleinen Hubraum 20 des Steuerzylinders 11 ab,
so dass sich der Steuerzylinder 11 in Stillstand befindet. Wie sich weiterhin aus
Figur 2 ergibt, besteht die dein Antriebszylinder 12 zugeordnete Steuerventilanordnung
23 aus drei in die jeweiligen Leitungswege eingeschalteten 2/2-Wege-Ventilen in Form
von in die Leitungswege eingesteckten Cartridge-Ventilen, nämlich einem den Leitungsweg
27a zum Tank 24 absperrenden 2/2-Wege-Ventil 34, einem in die Verbindung 27b zwischen
dem großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 und dem Akkumulator 25 beziehungsweise
der Durchflussleitung 29 eingeschalteten 2/2-Wege-Ventil 35 und einem in die Verbindungsleitung
28 zwischen den kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders 12 und dem Akkumulator 25
eingeschalteten 2/2-Wege-ventil 36. Der Akkumulator 25 ist mit gespanntem Fluid geladen,
und alle drei 2/2-WegeVentile 34, 35, 36 befinden sich in der geschlossenen Stellung.
Somit steht der Antriebszylinder 12 in Ruhestellung.
[0026] Soll nun der Massekörper 10 nach rechts bewegt werden, so geschieht dies durch eine
Ansteuerung des Steuerventils 13 für den Steuerzylinder 11, indem dessen Kolbenschieber
32 nach links versetzt wird, so dass die Kolbenbunde 33 zum einen die Verbindung zwischen
der Pumpe 14 und der zum großen Hubraum 19 des Steuerzylinders 11 führenden Leitung
21 freigeben und gleichzeitig die vom kleinen Hubraum herkommende Leitung 22 mit der
vom Steuerventil 13 zum großen Hubraum 19 des Steuerzylinders führenden Leitung 22a
verbunden wird, so dass die in der
DE 10 2008 059 436 B3 beschriebene Rückspeiseschaltung verwirklicht ist, im Rahmen derer das aus dem kleinen
Hubraum 20 des Steuerzylinders 11 verdrängte Fluid dem großen Hubraum 19 des Steuerzylinders
11 unmittelbar zugeführt wird. In dieser Schaltstellung des Steuerzylinders 11 wird
dessen Kolben 17 nach rechts verfahren, so dass dessen Kolbenstange 18 den Massekörper
10 anschiebt. Diese Schaltstellung ist in Figur 3 wiedergegeben.
[0027] Gleichzeitig werden bei der dem Antriebszylinder 12 zugeordneten Ventilanordnung
23 die beiden 2/2-Wege-Ventile 35 und 36 geöffnet, so dass einerseits der Akkumulator
25 mit dem großen Hubraum 19 des Antriebszylinder 12 zusammengeschaltet wird und andererseits
das bei der Vorwärtsfahrt des Kolbens 17 im Antriebszylinder 12 aus dessen kleinen
Hubraum 20 verdrängte Fluid über die Leitung 28 und die Durchflussleitung 29 ebenfalls
in den großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 eingespeist wird. Ist die im Akkumulator
25 gespeicherte Antriebsenergie nach Abschluss der Beschleunigungsphase verbraucht,
so sorgt der Steuerzylinder 11 für die Vorwärtsfahrt des Massekörpers 10, wobei weiterhin
das aus dem kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders 12 verdrängte Fluid in den großen
Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 überströmt.
[0028] Kommt es nach Abschluss der Fahrphase am Ende der Bewegung des Massekörpers 10 nach
rechts zu der aus Figur 4 ersichtlichen Bremsphase, so wird die Verbindung zwischen
dem großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 und dem Akkumulator 25 durch Schließen
des zugeordneten 2/2-Wege-Ventils 35 geschlossen, während gleichzeitig die Verbindung
vom großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 zum Tank 24 durch Öffnen des zugeordneten
2/2-Wege-Ventils 34 hergestellt ist. Das 2/2-Wege-Ventil 36 bleibt geöffnet, Diese
Schaltstellung der Steuerventilanordnung 23 des Antriebszylinders 12 hat nun zur Folge,
dass ab dem Zeitpunkt der Umschaltung das aus dem kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders
12 noch verdrängte Fluid in den Akkumulator 25 eingespeist wird und diesen auflädt.
Gleichzeitig wird das im großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 bei noch gegebener
Vorwärtsfahrt des Massekörpers 10 entstehende Defizit an Fluid durch Nachsaugen aus
dem Tank 24 aufgefüllt.
[0029] Am Ende der Bremsphase werden das Steuerventil 13 für den Steuerzylinder 11 und die
Steuerventilanordnung 23 für den Antriebszylinder 12 in ihre Schließstellungen überführt,
und es stellt sich der Ruhezustand beziehungsweise Stillstand gemäß Figur 2 ein.
[0030] Entsprechende Vorgänge vollziehen sich bei der anschließenden Rückwärtsfahrt des
Massekörpers 10 mit einem Einfahren der Kolbenstangen 18 von Steuerzylinder 11 und
Antriebszylinder 12. Wie sich dazu aus Figur 5 ergibt, wird hierzu durch Versetzen
des Kolbenschiebers 32 mit Kolbenbunden 33 des Steuerventils 13 für den Steuerzylinder
11 nach rechts die Pumpe 14 mit der zu dem kleinen Hubraum 20 des Steuerzylinders
11 führenden Leitung 22 verbunden, während auf der anderen Seite eine Verbindung zwischen
dem großen Hubraum 19 des Steuerzylinders 11 und dem Tank 15 über die zugeordnete
Leitung 21 hergestellt wird. Somit beaufschlagt die Pumpe den kleinen Hubraum 20 des
Steuerzylinders 11. verfährt somit den Kolben 17 des Steuerzylinders 11 nach links,
wobei das aus dem großen Hubraum 19 verdrängte Fluid zum Tank 15 abströmt. Hierbei
wird der Massekörper 10 nunmehr nach links verfahren.
[0031] Gleichzeitig wird in der Steuerventilanordnung 23 für den Antriebszylinder 12 die
Verbindung zwischen dem Akkumulator 25 und dem kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders
12 durch Öffnen des zugehörigen 2/2-WegeVentils 36 hergestellt, wobei durch Öffnung
des 2/2-Wege-Ventils 34 der große Hubraum 21 des Antriebszylinders 12 mit dem Tank
24 verbunden ist. Das 2/2-Wege-Ventil 35 bleibt geschlossen. In dieser Schaltstellung
der Steuerventilanordnung 23 wird vom Akkumulator das gespannte Fluid in den kleinen
Hubraum 20 des Antriebszylinders 12 freigegeben, so dass hier eine entsprechende Beschleunigung
des Kolbens 17 des Antriebszylinders 12 und damit des Massekörpers 10 nach links erfolgt;
das hierbei aus dem großen Hubraum 19 verdrängte Fluid wird zum Tank 24 abgeleitet.
[0032] Kommt es am Ende dieses Bewegungsweges des Massekörpers 10 nach links wiederum zu
der Bremsphase, so wird analog dem zu Figur 4 beschriebenen Schaltzustand entsprechend
der Darstellung in Figur 6 das 2/2-Wege-Ventil 35 geöffnet und das 2/2-Wege-Ventil
34 geschlossen, so dass das aus dem großen Hubraum 19 des Antriebszylinders 12 verdrängte
Fluid nun über die Leitung 27 und die Durchflussleitung 29 zum Akkumulator 25 strömt
und diesen auflädt; ein Teilstrom des Fluids wird bei der weiterhin noch gegebenen
Bewegung des Massekörpers 10 nach links über das geöffnete 2/2-Wege-Ventil 34 in den
kleinen Hubraum 20 des Antriebszylinders 12 nachgesaugt.
[0033] Am Ende der Bremsphase werden sowohl das Steuerventil 13 als auch die Steuerventilanordnung
23 in ihre vollständige Schließstellung überführt, so dass sich der in Figur 2 dargestellte
Ruhezustand beziehungsweise Stillstand wiederum einstellt.
[0034] Wie sich aus Figur 7 ergibt, lässt sich die Erfindung auch auf eine Bauform von Steuerzylinder
11 und Antriebszylinder 12 mit jeweils einem Kolben 17 und beidseitig daran angesetzten
Kolbenstangen 18a und 18b anwenden, wobei die eine Kolbenstange 18a mit dem Massekörper
10 verbunden ist und die andere Kolbenstange 18b jeweils leer läuft. Da in diesem
Fall die Kolbenflächen gleichgroß sind, bedarf die zugehörige hydraulische Schaltung
einer Anpassung dahingehend, dass auf eine Rückspeiseschaltung bei dem Steuerventil
13 für den Steuerzylinder 11 verzichtet und stattdessen dem kleinen Hubraum 19 ein
weiterer Tankanschluss 15a zugeordnet ist. Soweit entsprechendes auch für die Ventilanordnung
23 des Antriebszylinders 12 mit einem zusätzlichen Tankanschluss 24a gilt, weist die
Steuerventilanordnung 23 vier Steuerkante 26 auf. Die Schaltung der Steuerkanten 26
vollzieht sich jedoch grundsätzlich ebenso wie zu den Figuren 2 bis 6 ausführlich
beschrieben.
[0035] Soweit sich aus der vorstehenden ausführlichen Funktionsbeschreibung bereits ergibt,
dass der Antriebszylinder 12 funktionsmäßig nur während der Beschleunigungsphase und
der Bremsphase des Massekörpers 10 erforderlich ist, ist in Figur 8 eine Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, bei welcher an beiden Enden des linearen Bewegungsweges
des Massekörpers 10 jeweils ein Antriebszylinder 12a und ein Antriebszylinder 12b
angeordnet sind. Die Kolbenstangen 18 der beiden Antriebszylinder 12a und 12b sind
entsprechend kurz ausgeführt, so dass ausgehend von der in Figur 8 dargestellten Betriebsstellung
nach Abschluss der Beschleunigungsphase der Massekörper 10 von der Kolbenstange 18
des Antriebszylinders 12a abhebt und zu Beginn der Bremsphase auf die Kolbenstange
18 des gegenüberliegenden Antriebszylinders 12b auftrifft. Den beiden Antriebszylindern
12a und 12b sind entsprechende hydraulische Schaltungen zugeordnet, wie zu Figur 1
beschrieben, so dass sich jeweils die Schaltvorgänge vollziehen, wie zu den Figuren
2 bis 6 im Einzelnen beschrieben.
[0036] Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind den Antriebszylindern 12a
und 12b jeweils eigene Akkumulatoren 25 zugeordnet. Zur Einsparung von Bauteilen beziehungsweise
Bauvolumen kann aber auch in einer nicht dargestellten Weise vorgesehen sein, dass
den beiden Antriebszylindern 12a und 12b jeweils ein gemeinsamer Akkumulator 25 zugeordnet
ist, zu dem jeweils eine entsprechende Leitung geführt ist. Änderungen im Funktionsablauf
ergeben sich aber daraus nicht.
[0037] Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und
der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln
als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung
in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
1. Hydraulisch angetriebene Anordnung zum linearen Bewegen eines Massekörpers (10), bestehend
aus zwei parallel zueinander geschalteten, jeweils einen Kolben (17) mit wenigstens
einer zum Zusammenwirken mit dem Massekörper (10) eingerichteten Kolbenstange (18)
aufweisenden, doppelt wirkenden Arbeitszylindern (11, 12), wobei der eine Arbeitszylinder
als Steuerzylinder (11) für die Steuerung der eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase
und eine Bremsphase aufweisenden Bewegung des Massekörpers (10) eingerichtet ist und
der andere Arbeitszylinder als Antriebszylinder (12) an einen hydraulischen Akkumulator
(25) als Energiespeicher angeschlossen ist derart, dass der Akkumulator (25) während
der Beschleunigungsphase des Massekörpers (10) die Antriebsenergie für den Antriebszylinder
(12) liefert und der Antriebszylinder (12) in der Bremsphase des Massekörpers (10)
als Pumpe zum Aufladen des hydraulischen Akkumulators (25) dient, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerzylinder (11) und Antriebszylinder (12) jeweils einen Kolben (17) mit einseitiger
Kolbenstange (18) aufweisen, die im Sinne einer Hin- und Herbewegung des Massekörpers
(10) jeweils an den Massekörper (10) gekoppelt sind und dass Steuerzylinder (11) und
Antriebszylinder (12) jeweils mittels hydraulisch voneinander getrennter, unabhängiger
und jeweils ein Steuerventil (13) bzw. eine Steuerventilanordnung (23) aufweisender
Steuerkreise gesteuert sind, wobei die dem Antriebszylinder (12) zugeordnete Steuerventilanordnung
(23) drei Steuerkanten (26) aufweist und der kleine Hubraum (20) des Antriebszylinders
(12) über die Steuerventilanordnung (23) mit dem Akkumulator (25) und der große Hubraum
(19) des Antriebszylinders (12) über die Steuerventilanordnung (23) wahlweise mit
dem Akkumulator (25) oder mit dem Tank (24) verbindbar sind.
2. Hydraulisch angetriebene Anordnung zum linearen Bewegen eines Massekörpers (10), bestehend
aus zwei parallel zueinander geschalteten, jeweils einen Kolben (17) mit wenigstens
einer zum Zusammenwirken mit dem Massekörper (10) eingerichteten Kolbenstange (18)
aufweisenden, doppelt wirkenden Arbeitszylindern (11, 12), wobei der eine Arbeitszylinder
als Steuerzylinder (11) für die Steuerung der eine Beschleunigungsphase, eine Fahrphase
und eine Bremsphase aufweisenden Bewegung des Massekörpers (10) eingerichtet ist und
der andere Arbeitszylinder als Antriebszylinder (12) an einen hydraulischen Akkumulator
(25) als Energiespeicher angeschlossen ist derart, dass der Akkumulator (25) während
der Beschleunigungsphase des Massekörpers (10) die Antriebsenergie für den Antriebszylinder
(12) liefert und der Antriebszylinder (12) in der Bremsphase des Massekörpers (10)
als Pumpe zum Aufladen des hydraulischen Akkumulators (25) dient, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerzylinder (11) und Antriebszylinder (12) jeweils einen Kolben (17) mit zur Ausbildung
symmetrischer Kolbenflächen beidseitig angesetzten Kolbenstangen (18a, 18b) aufweisen,
von denen jeweils eine Kolbenstange (18a) im Sinne einer Hin- und Herbewegung des
Massekörpers (10) an den Massekörper (10) gekoppelt ist und dass Steuerzylinder (11)
und Antriebszylinder (12) jeweils mittels hydraulisch voneinander getrennter, unabhängiger
und jeweils ein Steuerventil (13) bzw. eine Steuerventilanordnung (23) aufweisender
Steuerkreise gesteuert sind, wobei die dem Antriebszylinder (12) zugeordnete Steuerventilanordnung
(23) vier Steuerkanten (26) aufweist und sowohl der kleine Hubraum (20) wie auch der
große Hubraum (19) des Antriebszylinders (12) über die Steuerventilanordnung (23)
wahlweise mit dem Akkumulator (25) oder mit dem Tank (24) verbindbar sind.
3. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Hubräume
(19, 20) des Steuerzylinders (11) über ein hydraulisches Steuerventil (13) mit einer
Pumpe (14) und/oder einem Tank (15) verbindbar sind.
4. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 3, bei welcher das hydraulische Steuerventil
(13) eine Rückspeiseschaltung für das bei der Kolbenbewegung aus dem kleinen Hubraum
(20) des Steuerzylinders (11) verdrängte Fluid aufweist.
5. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die
Hubräume (19, 20) des Antriebszylinders (12) jeweils über eine hydraulische Steuerventilanordnung
(23) wahlweise mit dem Akkumulator (25) und/oder einem Tank (24) verbindbar sind.
6. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher zwischen dem Akkumulator
(25) und den dessen Verbindung mit den beiden Hubräumen (19, 20) des Antriebszylinders
(12) zugeordneten Steuerkanten (26) der Steuerventilanordnung (23) eine die Hubräume
(19, 20) des Antriebszylinders (12) verbindende Durchflussleitung (29) vorgesehen
ist.
7. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 5 oder
6, bei welcher beim Ausfahren der Kolbenstangen (18) von Steuerzylinder (11) und Antriebszylinder
(12) während der Beschleunigungsphase des Massekörpers (10) die Verbindung zwischen
dem mit vorgespanntem Fluid gefüllten Akkumulator (25) und dem großen Hubraum (19)
des Antriebszylinders (12) über die zugeordnete Steuerkante (26) der Steuerventilanordnung
(23) geöffnet und gleichzeitig die Verbindung zwischen dem kleinen Hubraum (20) des
Antriebszylinders (12) und der Durchflussleitung (29) geöffnet ist, so dass das im
Akkumulator (25) gespeicherte sowie das aus dem kleinen Hubraum (20) des Antriebszylinders
(12) bei der Kolbenbewegung verdrängte Fluid in den großen Hubraum (19) des Antriebszylinders
(12) eingespeist wird, und bei welcher während der Bremsphase des Massekörpers (10)
einerseits die Verbindung zwischen dem großen Hubraum (19) des Antriebszylinders (12)
und dem Tank (24) geöffnet sowie die Verbindung zwischen der Durchflussleitung (29)
und dem großen Hubraum (19) des Antriebszylinders (12) gesperrt sind und andererseits
die Verbindung zwischen dem kleinen Hubraum (20) des Antriebszylinders (12) und der
Durchflussleitung (29) mit dem daran angeschlossenen Akkumulator (25) geöffnet bleibt,
so dass der Akkumulator (25) durch das aus dem kleinen Hubraum (19) des Antriebszylinders
(12) verdrängte Fluid aufgeladen wird.
8. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 5 oder
6, bei welcher beim Einfahren der Kolbenstangen (18) von Steuerzylinder (11) und Antriebszylinder
(12) während der Beschleunigungsphase des Massekörpers (10) die Verbindung (27) zwischen
dem großen Hubraum (19) des Antriebszylinders (12) und dem Tank (24) bei gleichzeitiger
Sperrung der Verbindung des großen Hubraumes (19) zum Akkumulator (25) sowie die Verbindung
zwischen dem Akkumulator (25) und dem kleinen Hubraum (20) des Antriebszylinders (12)
geöffnet sind, so dass das aus dem Akkumulator (25) freigesetzte Fluid den kleinen
Hubraum (20) des Antriebszylinders (12) beaufschlagt, und bei welcher während der
Bremsphase des Massekörpers (10) die Verbindung zwischen dem großen Hubraum (19) des
Antriebszylinders (12) und der Durchflussleitung (29) mit dem daran angeschlossenen
Akkumulator (25) bei gleichzeitiger Sperrung der Verbindung zum Tank (24) geöffnet
ist, so dass der Akkumulator (25) durch das aus dem großen Hubraum (19) des Antriebszylinders
(12) verdrängte Fluid aufgeladen wird.
9. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher an
beiden Enden des linearen Bewegungsweges des Massekörpers (10) jeweils ein Antriebszylinder
(12a, 12b) mit einer zugeordneten, dessen Anschlüsse zum Akkumulator (25) und dem
Tank (24) umfassenden hydraulischen Steuerschaltung (23) angeordnet ist, deren dem
Massekörper (10) zugewandte Kolbenstangen (18) jeweils nur während der Bremsphase
und der Beschleunigungsphase des Massekörpers (10) mit diesem zusammenwirken, wobei
die zugeordnete Kolbenstange (18) des Steuerzylinders (11) über den gesamten Bewegungsweg
des Massekörpers (10) an diesen gekoppelt ist.
10. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher jedem der beiden Antriebszylinder
(12a, 12b) ein über eine zwischengeschaltete Steuerventilanordnung (23) ansteuerbarer
Akkumulator (25) zugeordnet ist.
11. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher die beiden Antriebszylinder
(12a, 12b) über ihnen zugeordnete Steuerventilanordnungen (23) an einem gemeinsamen
Akkumulator angeschlossen sind.
12. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher
die Steuerventilanordnung (23) zur Steuerung des Antriebszylinders (12) von einzelnen,
jeweils in die von den Hubräumen (19, 20) des Antriebszylinders (12) zum Akkumulator
(25) und zum Tank (24) führenden Leitungen eingeschalteten 2/2-Wege-Ventilen (34,
35, 36) gebildet ist.
13. Hydraulisch angetriebene Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher
die Steuerventilanordnung (23) zur Steuerung des Antriebszylinders (12) aus einem
einerseits an dessen Hubräume (19, 20) und andererseits an den Tank (24) und den Akkumulator
(25) angeschlossenen Kolbenschieberventil besteht.