CN103201093B

CN103201093B - 液压轴

Info

Publication number: CN103201093B
Application number: CN201180054376.5A
Authority: CN
Inventors: H.戈特弗里德; S.施密特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: ES2622496T3; DE102011116964A1; EP2637852A1; WO2012062416A1; TWI581955B; EP2637852B1; TW201244920A; CN103201093A

Abstract

本发明涉及一种液压轴，该液压轴包括液压缸，该液压缸具有汽缸室和环形室，该汽缸室和环形室通过汽缸活塞彼此隔开。此外，液压轴包括液压的控制装置，通过该液压的控制装置可在快速行程运动中和在工作冲程运动中操控液压缸。控制装置包括：液压机，该液压机可沿其输送方向反转，该液压机与环形腔流体连接；流体容器；截止阀，通过该截止阀可截止和释放流体容器和汽缸室之间的连接；和充液阀，该充液阀由于其布置使得流体从流体容器抽吸到液压机的与环形腔连接的接口处。流体容器具有一带有可调节的体积的腔，如此使得，体积的缩小引起了从所述流体容器挤出流体，并且流体容器的体积调节元件机械地耦合到汽缸活塞上。

Description

液压轴

技术领域

本发明涉及一种液压轴。在本申请的框架内，所述液压轴理解成液压执行器，例如液压缸以及利用流体操纵执行器的液压的或电动液压的控制装置。这种液压轴是紧凑的、牢固的和功率强大的驱动装置。在多种工业自动化应用中可使用该液压轴，例如压力机、塑料机、弯边机等。

背景技术

这种驱动装置特别是设计用于，实现至少两个运动过程，即快速的转换运动、下面称为快速运动或快速行程以及施加力的做功运动、下面称为做功行程或作为挤压过程。

申请人的申请DE 10 2009 043 034描述了已知的液压轴。在预加应力的液压系统中主缸、快速挡缸和旋转方向了反转的液压机彼此连接。通过阀可如此改变这些构件的连接，使得从多个通过例如活塞面预先给定的液压机械的传动比中选出一个。因此可以高效地执行所述的快速行程或做功行程。缺点在于，在该液压轴中必须基于相应的工作循环段有效地连接至少两个阀。此外，必需的预加应力需要大的设备花费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种更简单的液压驱动装置，所述驱动装置利用驱动机和液压执行器之间的不同的液压机械传动比提供了快速行程（Eilhub）和做功行程，以及所述驱动装置替代之前所述申请可在没有液压预加应力或仅利用小的液压预加应力的情况下运行。

所述目的通过具有按本发明的特征的、液压驱动装置来实现。

特别是实现了一种液压轴，所述液压轴非常高效地工作且具有封闭的液压系统、不具有或仅具有小的预加应力，且利用小的油体积就够用了，该油体积可非常好地与环境隔开或封闭。

根据一种特别优选的改进方案，运行的特征在于，不通过油流的节流作用由控制/调节阀在位置、速度或压力方面对做功活塞进行调节或控制，而是优选通过液压机结合伺服马达的控制/调节来实现。为此可在所述机器上安置相应的传感器。做功活塞的运动方向仅通过伺服马达的旋转方向预先给定。

根据一种特别优选的改进方案，运行的特征在于，通过减小内部压力损失、部分地回收利用做功过程不需要的能量、以及将能量回馈给供电网络的可能性，该运行可以设计地特别高效。

本发明的其它有利的设计方案是申请文本上下文中得出的主题。

此外，本发明涉及一种液压驱动装置，该液压驱动装置具有由电驱动马达转速可变地操控的液压机、用于执行一施加力的运动过程的主缸以及辅助缸，所述辅助缸用于油存储以实现封闭的循环。

根据本发明，主缸通过优选作用到两个活塞面上的液压机压紧，以及优选通过液压阀在主缸底面上与辅助缸隔开地布置。

根据本发明，液压机的调节或控制通过电动伺服马达的旋转运动来实现。

根据本发明，伺服马达的旋转方向确定了挤压活塞的运动方向。

可选地或附加地，液压机可以设计成具有可调节的输送体积的液压机，其中特别是当驱动液压机的马达的旋转方向保持不变时可借助于调节输送体积使输送方向反转。在后一种情况中也将可调节的液压机称为“在零点上可偏转的”液压机。

根据本发明通过电切换一切换阀来实现快速运动和挤压过程之间的切换。

然而根据本发明也可以在没有切换阀的情况下，仅通过挤压缸的相应的负荷状态而自动地进行快速运动和挤压过程之间的切换。

根据本发明，主缸和辅助缸优选如此机械连接，使得主缸的排出和进入将运动传递至辅助缸上。辅助缸的液压连接优选在相应缸侧面上实现，其在挤压腔放大时主缸排出时缩小辅助缸腔的体积。

根据本发明，辅助缸的液压接口优选通过优选被弹簧加载的止回阀与主缸环形面如此连接，使得在确定的运行状态下油可以从辅助缸出来沿主缸方向流动，而不能通过止回阀返回沿辅助缸的方向流动。

根据本发明，辅助缸优选与平衡体积连接，用于接纳体积差和用于压力存储。

为了缓和地结束减压阶段，截止阀可以具有与切换运动成比例上升的打开特征曲线。然而，被关在主缸的活塞腔中的流体的减压也可以通过借助于液压机取出流体来实现。由液压机输送的油例如可以通过可打开的止回阀或通过旁路阀输出至辅助缸。

附图说明

附图中：

图1示出了根据本发明的优选实施例处于静止状态的液压驱动装置的原理线路图，其中所述驱动装置进行运行方式的电切换；

图2示出了处于向下“快速运动”中根据图1的液压驱动装置的原理线路图；

图3示出了处于“挤压过程”中根据图1的液压驱动装置的原理线路图；

图4示出了处于减压阶段的根据图1的液压驱动装置的原理线路图；

图5示出了处于向上“快速运动”（回程阶段）中根据图1的液压驱动装置的原理线路图；

图6示出了根据本发明的另一种优选实施方式的液压驱动装置的原理线路图，其中所述驱动装置进行运行方式的自动切换；

图7示出了根据本发明的另一种优选实施方式的液压驱动装置的原理线路图，其中所述驱动装置具有快速挡缸和进行运行方式的自动切换；和

图8示出了根据本发明的另一种优选实施方式的液压驱动装置的原理线路图，其中所述驱动装置具有快速挡缸和进行运行方式的电切换。

附图标记列表

1 液压机

2 伺服马达（转速可变）

3 连接管路

4 主缸

4a 缸腔

4b 第一环形腔

4c 缸活塞

5 阀

6 充液阀

6a 旁路阀

7 辅助缸

7a 第二环形腔

7b 压力腔

7c 活塞

8 连接管路

9 存储器

10 三路方向阀

11 机械连接件

12 连接管路

13 通风装置

14 气压存储器

15 弹簧装置

16 工具

17 方向阀

18 控制管路

19 控制管路

20 连接管路

21 连接管路

22 快速挡缸

22a 快速挡缸的活塞腔

22c 柱塞

23 止回阀

24 压力阀

25 止回阀

26 三路磁阀。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选第一实施例的处于静止状态的液压驱动装置的原理线路图。

像从所有附图中可看到的那样，根据本发明的液压驱动装置具有转速可变地被驱动的液压机1形式的泵，所述液压机在此机械地连接到电动机上。液压机1在其两个压力接口处连接到液压的压力管路系统上，该压力管路系统形成了封闭的液压回路。

具体地，在液压机1的第一压力接口处连接了连接管路3，该连接管路直接通至主缸的活塞侧的压力腔。在液压机1的第二压力接口处连接了第二管路12，该第二管路与主缸的活塞杆侧的压力腔（下面称为第一环形腔4b）连接。此外，管路12通过充液阀6与辅助缸7的活塞杆侧的压力腔（下面称为第二环形腔7a）连接。构造成止回阀的充液阀6仅允许沿第一环形腔4b的方向和沿液压机1的方向的油流动。充液阀6可通过旁路阀6a跨接。作为通过旁路阀6a跨接的备选方案，充液阀6还可以设计成可打开的止回阀。第二环形腔7a通过另一个管路8与液压存储器9连接并通过方向阀与管路3连接。在阀5的未切换的状态中，油可以从第二环形腔7a沿环形腔的方向并且沿反方向流动。

主缸和辅助缸的活塞杆与机械连接件11连接。

图2示出了处于向下“快速运动”中根据图1的液压驱动装置的原理线路图。

在竖直装配时，机械连接件11、工具16和汽缸活塞的质量由于重力在主活塞的第一环形腔4b中产生了负荷压力，该负荷压力通过管路12施加在液压机1的一侧上。如果不存在通过重力在第一环形腔4b中产生负荷压力的可能性，则替代地存在借助于气压存储器14的下述可能性，即辅助缸7的压力腔7b优选借助于气压存储器14被加载压力，或者利用弹簧装置15在第一环形腔4b中产生负荷压力。

在利用弹簧或通过重力产生负荷压力的情况下，可以借助于适合的通风装置13为辅助缸7的压力腔7b供给正常压力。

充液阀6阻止了从第一环形腔4b朝向第二环形腔7a的油流动。

切换阀实现了在未切换的状态中从第二环形腔7a至活塞侧的压力腔中的油流动。

液压机1通过伺服马达2的旋转将油从第一环形腔4b输送至活塞侧的压力腔中。辅助缸的活塞通过机械连接件11平行于主缸的活塞运动。

因为活塞室的活塞面显著小于压力腔的压力腔面，则从变小的第二环形腔7a挤出的油通过管路8经过阀5流入到压力腔中。

第一环形腔4b的面与第二环形腔7a的面相加近似与活塞面面积相等，从而所述体积从第一环形腔4b和第二环形腔7a流入到压力腔中。出现的体积差由平衡体积接纳或放出。如果管路12中的压力下降到临界点，则平衡体积通过充液阀6保持该压力，在管路中由于油缺乏会形成空穴现象。

汽缸可以通过伺服马达2调节地在快速运动中向下运行。

图3示出了处于“挤压过程”中根据图1的液压驱动装置的原理线路图。

在到达挤压开始位置后，阀5被切换至截止位置。挤压所需的油体积通过管路12从主活塞的第一环形腔4b取出且在挤压过程中借助于液压机1压入到压力腔中。如果由于油缺乏会产生空穴现象的管路12中的压力下降到临界点，则第二环形腔7a或平衡体积额外地通过充液阀6将油填充到管路12中。多余的油暂时存储在液压存储器中。汽缸可以通过伺服马达2在挤压过程中以较小的速度和大的力受控地运行。（挤压过程）

图4示出了处于减压阶段的根据图1的液压驱动装置的原理线路图。

通过旁路阀6a的切换或必要时通过打开充液阀6，取消了充液阀6的截止功能。在压力下被关在主缸的压力腔中的流体通过液压机1借助于伺服马达2调节地被释放到平衡体积中。

可选地，可以通过打开阀5实现在活塞侧的压力腔中流体的减压。为了进行受控的、和缓的减压，在这种情况下阀5应该设计成比例阀，从而该阀在减压阶段中首先可以提供小的开口横截面。然而，在这种情况下减压能量以节流损失的形式损失掉。

图5示出了处于向上“快速运动”（回程阶段）中根据图1的液压驱动装置的原理线路图。

旁路阀6a再次被切换至截止位置中。阀5再次置于释放位置中。

通过伺服马达2沿相应的与在快速运动和挤压过程中使用的方向相反的方向的旋转，液压机1将油从压力腔输送至第一环形腔4b中。压力腔中多余的油经过阀5流入到辅助缸的变大的第二环形腔7a中。多余的油的可能的差量通过液压存储器9平衡。

汽缸可以通过伺服马达2调节地在快速运动中运行到初始位置中。

图6示出了静止状态中根据本发明的第二优选实施例的液压驱动装置的原理线路图。

如从所有附图中可看到的那样，根据本发明的液压驱动装置具有转速可变地被驱动的液压机1形式的泵，所述液压机在此机械地连接到电动机上。液压机1在其两个压力接口处连接到液压的压力管路系统上，该压力管路系统形成了封闭的液压回路。

具体地，在液压机1的第一压力接口处连接了连接管路3，该连接管路直接通至主缸的活塞侧的压力腔。在液压机1的第二压力接口处连接了第二管路12，该第二管路与主缸的活塞杆侧的压力腔（下面称为第一环形腔4b）连接。此外，管路12通过充液阀6与辅助缸7的活塞杆侧的压力腔（下面称为第二环形腔7a）连接。充液阀6仅允许沿第一环形腔4b的方向和沿液压机1的方向的油流动。

第二环形腔7a通过另一个管路8与液压存储器9连接并通过弹簧加载的方向阀17与管路3连接。方向阀17通过控制管路18与管路12连接。在未切换状态中，方向阀17被弹簧加载且通过控制油管路18增加负荷压力。油可以从第二环形腔7a沿环形腔的方向和沿反方向流动。

主缸和辅助缸的活塞杆与机械的连接件11连接。

运行方式－向下“快速运动”：

在竖直装配时，机械连接件11、工具16和汽缸活塞的质量由于重力在主活塞的第一环形腔4b中产生了负荷压力，该负荷压力通过管路12施加在液压机1的一侧上。如果不存在通过重力在第一环形腔4b中产生负荷压力的可能性，则替代地存在借助于气压存储器14的下述可能性，即辅助缸7的压力腔7b利用压力优选借助于气压存储器14加载，或者利用弹簧装置15在第一环形腔4b中产生负荷压力。

充液阀6阻止了从第一环形腔4b沿第二环形腔7a方向的油流动。

方向阀17通过控制油管路18和弹簧以弹簧加载的方式被增加负荷。

因为活塞室的活塞面显著小于压力腔的压力腔面，则从变小的第二环形腔7a挤出的油通过管路8经过阀5流入压力腔中。

第一环形腔4b的面与第二环形腔7a的面相加近似与活塞面面积相等，从而所述体积从第一环形腔4b和第二环形腔7a流入到压力腔中。出现的体积差由平衡体积接纳或放出。如果管路12中的压力下降到临界点，则平衡体积通过充液阀6保持该压力，在管路中由于油缺乏会产生空穴现象。

汽缸可以通过伺服马达调节地在快速运动中向下运动。

运行方式－“挤压过程”：

在关上工具16后，在压力腔中构建挤压压力。在管路3中增大的压力通过控制管路19关闭方向阀17。挤压所需的油体积通过管路12从主活塞的第一环形腔4b取出且在挤压过程中借助于液压机1压入压力腔中。如果由于油缺乏会产生空穴现象的管路12中的压力下降到临界点，则第二环形腔7a或平衡体积额外地通过充液阀6将油填充至管路12中。多余的油暂时存储在液压存储器中。汽缸可以通过伺服马达2在挤压过程中以较小的速度和大的力受控地运行。（挤压过程）

运行方式－减压阶段：

通过伺服马达2和液压机1向后旋转，在压力腔和第一环形腔4b之间建立压力平衡。通过在控制油管路18和控制油管路19中的压力平衡打开方向阀17。压缩体积流入到液压存储器9中。

运行方式－向上“快速运动”（回程阶段）：

通过伺服马达2沿相反方向的旋转，液压机1将油从压力腔输送至第一环形腔4b中。压力腔中多余的油经过方向阀17流入到辅助缸的变大的第二环形腔7a中。多余的油暂时存储在液压存储器中。

汽缸可以通过伺服马达2调节地在快速运动中进入初始位置中。

在根据图1至图6的实施方式中，像已经示出的那样，在第一环形腔4b和第二环形腔7a中在各个活塞处被加载流体的面合计为缸腔4a中的活塞面。一定的面积差是允许的且能够通过液压存储器，例如存储器9来补偿。

缸侧上和缸活塞4c的杆侧上的活塞面、即缸腔4a中和第一环形腔4b中的面之间的比例原则上可自由选择且例如可以为10比1。则因此第一环形腔4b中和第二环形腔7a中的活塞面之间的比例可以为1比9。

根据图7和图8的其它实施例：

在图7和8中示出了其它优选的实施例。该液压驱动装置特别是具有快速挡缸22，通过该快速挡缸有效地实现了机械连接件11或挤压工具或工具支架的向下运动。为此，流体特别是可以从第一环形腔4b通过液压机1输送至快速挡缸的活塞腔22a中。通过在弹簧加载的基本位置中的三路方向阀10或三路磁阀26由第二环形腔7a来填充汽缸腔。在挤压过程中，三路方向阀10或三路磁阀26截止了汽缸腔和第二环形腔7a之间的连接且替代于此释放了液压机1和汽缸腔之间的连接。随后可以借助于液压机1在汽缸腔中构建挤压压力。

在根据图7和图8的实施方式中，缸腔4a中在各个活塞处被加载流体的面相应于第二环形腔7a中的活塞面，并且快速挡缸的活塞腔22a中的活塞面对应于第一环形腔4b中的活塞面。一定的面积差是允许的且能够通过液压存储器、例如存储器9来补偿。

缸侧上和缸活塞4c的杆侧上的活塞面、即缸腔4a中和第一环形腔4b中的面之间的比例原则上可自由选择且例如可以为2比1。

前述的实施例和附图仅用于更好地理解本发明，然而它们并不将本发明局限于该实施例。附图为局部的粗略的示意性的，效果或作用部分显著放大地或夸大地描述，以便说明作用方式、作用原理、技术设计方案和特征。原则上在附图和正文中描述的每种作用方式、每种原理、每种技术设计方案和每个特征都可以与所有申请文本正文中和其它附图中的每个特征、其它作用方式、原理、技术设计方案和在该公开内容中包括的或由此得出的特征自由地且任意地组合，从而所有可设想的组合可添加至本发明的公开范围中。在此包括了正文中、也就是说在说明书正文的每个段落中所有单个实施方案之间的组合以及正文中和附图中不同的实施例之间的组合。

申请文本并不局限或限制公开内容且进而并不局限或限制所有描述的特征彼此之间的组合可能性。所有描述的特征明确地以及单独地并且与本发明的所有其它特征组合地被该公开内容包括。

Claims

1.一种用于驱动压力机的液压轴，所述液压轴包括：液压缸（4），所述液压缸具有缸腔（4a）和第一环形腔（4b），所述缸腔和第一环形腔通过所述液压缸（4）的缸活塞（4c）彼此隔开；和液压的控制装置，通过所述液压的控制装置能在快速行程运动中和在工作冲程运动中操控所述液压缸（4），其中所述控制装置包括：

液压机（1），所述液压机能沿其输送方向反转，所述液压机与所述第一环形腔（4b）流体连接；

流体容器（7）；

截止阀，通过所述截止阀能截止和释放所述流体容器（7）和所述缸腔（4a）之间的连接；

充液阀（6），所述充液阀由于其布置使得流体从所述流体容器（7）抽吸到所述液压机（1）的与所述第一环形腔（4b）连接的接口处，

其中所述流体容器（7）具有一带有能调节的体积的第二环形腔（7a），如此使得，所述体积的缩小引起了从所述流体容器（7）挤出流体，并且

其中所述流体容器（7）的体积调节元件（7c）机械地耦合到缸活塞（4c）上。

2.根据权利要求1所述的液压轴，其中，设置了伺服马达（2），以便转速可变地且旋转方向能反转地操控所述液压机（1）。

3.根据权利要求1或2所述的液压轴，其中，所述截止阀设计成液压控制的阀或电磁操纵的阀。

4.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述液压机（1）的第一压力接口连接在所述液压缸（4）的活塞杆侧的第一环形腔（4b）上，并且所述液压机（1）的第二压力接口连接在所述液压缸（4）的缸腔（4a）上。

5.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述充液阀（6）设计成止回阀。

6.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述充液阀（6）设计成能打开的止回阀。

7.根据权利要求5或6所述的液压轴，其特征在于，平行于所述充液阀（6）设置旁路阀（6a）。

8.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，在所述流体容器（7）的接口上连接了液压存储器（9），以用于平衡体积差。

9.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，在所述液压机（1）和所述第一环形腔（4b）之间的流体连接中布置安全阀，所述安全阀在正常运行中打开。

10.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述截止阀设计成液压控制的阀，并且所述截止阀基于在所述液压机（1）之上的压差占据截止位置或释放位置，所述压差经由控制管路（18、19）被检测。

11.根据权利要求10所述的液压轴，其特征在于，当所述液压机（1）的环形腔侧的接口处的压力超过在其他接口处的压力时，所述截止阀位于释放位置中，并且其中，一旦在另外的接口处的压力超过所述环形腔侧的接口处的压力，则所述截止阀切换到所述截止位置中。

12.根据权利要求10或11所述的液压轴，其特征在于，所述截止阀的释放位置是弹簧加载的基本位置。

13.根据权利要求12所述的液压轴，其特征在于，所述弹簧加载的压力当量处于2bar。

14.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，存在快速挡缸（22），所述快速挡缸由于其布置能够支持所述液压缸（4）的排出运动，并且所述液压机（1）连接在所述液压缸（4）的所述第一环形腔（4b）和所述快速挡缸（22）的沿所述液压缸的排出方向起作用的缸腔（22a）之间。

15.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，设置了预加应力元件，所述预加应力元件相对于所述液压机（1）的排出方向起作用。

16.根据权利要求15所述的液压轴，其特征在于，所述预加应力元件是弹簧装置。

17.根据权利要求15所述的液压轴，其特征在于，所述预加应力元件是能竖直移动地布置的与所述液压缸耦合的质量体。

18.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）是缸存储器，其中其活塞与所述液压缸（4）的缸活塞（4c）机械耦合，其中所述机械耦合沿排出方向在拉紧的状态下是刚性的。

19.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，在所述液压缸（4）的排出运动中，所述流体容器（7）的流体挤出量取决于所述体积调节元件（7c）在所述液压缸（4）的缸活塞（4c）上的机械耦合，且基本上相应于所述液压缸（4）的流体接纳量。

20.根据权利要求19所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）的流体挤出量与所述第一环形腔（4b）的流体挤出量一起为所述液压缸（4）的所述缸腔（4a）的流体接纳量的至少70%，以及设置一用于提供差量的存储器。

21.根据权利要求20所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）的流体挤出量与所述第一环形腔（4b）的流体挤出量一起为所述液压缸（4）的所述缸腔（4a）的流体接纳量的至少80%。

22.根据权利要求21所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）的流体挤出量与所述第一环形腔（4b）的流体挤出量一起为所述液压缸（4）的所述缸腔（4a）的流体接纳量的至少90%。

23.根据权利要求22所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）的流体挤出量与所述第一环形腔（4b）的流体挤出量一起为所述液压缸（4）的所述缸腔（4a）的流体接纳量的至少95%。

24.根据权利要求23所述的液压轴，其特征在于，所述流体容器（7）的流体挤出量与所述第一环形腔（4b）的流体挤出量一起为所述液压缸（4）的所述缸腔（4a）的流体接纳量的至少99%。

25.根据权利要求14所述的液压轴，其特征在于，所述截止阀同样控制所述液压机（1）和所述液压缸（4）的缸腔（4a）之间的连接，使得液压缸（4）的缸腔（4a）与第二环形腔（7a）之间的连接被截止，而液压机（1）和缸腔（4a）之间的连接被释放。

26.根据权利要求1所述的液压轴，其特征在于，所述液压机（1）设计成具有能调节的输送体积的液压机，其中当旋转方向保持不变时能借助于调节所述输送体积来反转所述输送方向。