DE10013194A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Antriebsvorrichtung (2) vorgeschlagen, die einen geschlossenen Hydraulikkreis enthält, der einen durch hydraulisches Mediums betätigbaren Hydraulikantrieb (5) und eine die Zufuhr und Abfuhr des hydraulischen Medium bezüglich dem Hydraulikantrieb (5) veranlassende Hydraulikpumpe (22) aufweist. Zur Betätigung der Hydraulikpumpe (22) ist ein Elektromotor (23) vorgesehen. Die Aktivierung des Hydraulikantriebes (5) wird durch den Betriebszustand der Hydraulikpumpe (22) bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Antriebs­ vorrichtungen, die einen durch Zufuhr von Energie aktivierba­ ren Antrieb aufweisen, von dem eine Antriebskraft abgegriffen werden kann.

Eine derartige Antriebsvorrichtung geht beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 299 03 825.4 hervor, wo sie als Bestandteil einer Kniehebel-Spannvorrichtung beschrieben wird. Sie erhält dort einen durch Druckluft aktivierbaren Pneumatikantrieb mit zugeordneten elektrisch betätigbaren Steuerventilen, um die Antriebsrichtung des Pneumatikantrie­ bes vorgeben zu können. Alternativ wäre auch ein Hydraulikan­ trieb denkbar, der mit elektrisch betätigbaren Servoventilen ausgestattet ist, um den Antriebszustand zu beeinflussen. Während bei Pneumatikantrieben auf Grund der Kompressibilität des Betätigungsmediums in der Regel ein größerer technischer Aufwand notwendig ist, um exakte Positionierungen und langsa­ me Bewegungen beherrschen zu können, überwiegt bei Hydraulik­ antrieben das Leckageproblem und der hohe Unterhaltsaufwand für die Gewährleistung sicherer Schlauchverbindungen und ei­ nes qualitativ hochwertigen Hydraulikmediums.

Auf dem Sektor der Spannvorrichtungen sind daher alternativ auch Bauformen mit Elektroantrieb bekannt, wobei in einem Prospekt der Firma Tünkers Maschinenbau GmbH ein sogenannter "Elektrospanner" gezeigt wird, dessen Elektroantrieb als Spindelantrieb ausgeführt ist. Hier ergibt sich jedoch, ins­ besondere in Verbindung mit der Übertragung hoher Stellkräf­ te, ein nicht unbeträchtliches Verschleißproblem.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebs­ vorrichtung zu schaffen, mit der bei geringer Verschleißan­ fälligkeit und geringem Wartungsaufwand hohe Antriebskräfte übertragen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung, mit einem geschlossenen Hydraulikkreis, der einen durch hydrauli­ sches Medium betätigbaren Hydraulikantrieb und eine die Zu­ fuhr und Abfuhr des hydraulischen Mediums bezüglich dem Hyd­ raulikantrieb veranlassende Hydraulikpumpe enthält, wobei zur Betätigung der Hydraulikpumpe ein Elektromotor vorgesehen ist und die Aktivierung des Hydraulikantriebes durch den Be­ triebszustand der Hydraulikpumpe bestimmt wird.

Auf diese Weise ergibt sich eine elektro-hydraulische An­ triebsvorrichtung, bei der auf Grund des geschlossenen Hyd­ raulikkreises die Leckageproblematik sehr einfach in den Griff zu bekommen ist und auf Grund der besonderen Ansteue­ rung durch die elektromotorisch aktivierbare Hydraulikpumpe keine teuren Servoventile benötigt werden, um den Hydraulik­ antrieb in der gewünschten Weise zu betätigen. Der Verzicht auf Servo-Steuerventile hat dabei auch den Vorteil, dass an die Aufbereitung des verwendeten Hydraulikmediums relativ ge­ ringe Anforderungen gestellt sind, was den Unterhalt sehr kostengünstig gestaltet. Die Aktivierung des Hydraulikantrie­ bes wird zweckmäßigerweise allein durch den Betriebszustand der Hydraulikpumpe bestimmt und kann beispielsweise durch Ein-/Ausschalten sowie Vorgabe einer bestimmten Pumpendreh­ zahl sehr einfach gesteuert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Während des Betriebes des Hydraulikantriebes benötigte unter­ schiedliche Betätigungsdrücke lassen sich zweckmäßigerweise allein in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hydraulikpumpe vorgeben. Somit lassen sich Lasten beschleunigen oder brem­ sen, ohne auf eine zwischengeschaltete Servoventileinrichtung zurückgreifen zu müssen, die den Strömungsquerschnitt beein­ flusst. Dabei sind vorzugsweise geeignete Einstellmittel vor­ handen, durch die eine variable Vorgabe der die Pumpendreh­ zahl der Hydraulikpumpe bestimmenden Motordrehzahl des Elekt­ romotors steuerbar oder regelbar ist. Es kann auch die Mög­ lichkeit gegeben sein, Drehzahlrampen vorzugeben, um die Be­ schleunigung und Abbremsung einer durch den Hydraulikantrieb zu bewegenden Last gleichförmig zu gestalten und ruckartige Bewegungen zu vermeiden.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der An­ triebsvorrichtung ist der Hydraulikantrieb mit mindestens ei­ nem mit einem Kraftabgriffsteil bewegungsgekoppelten An­ triebskolben versehen, der zwei Arbeitskammern fluiddicht voneinander abteilt, die beide über jeweils eine Hydraulik­ schaltung mit der Hydraulikpumpe verbunden sind, wobei das Einspeisen von Hydraulikfluid in die jeweils eine Arbeitskam­ mer mit dem gleichzeitigen Ausströmen von Hydraulikfluid aus der anderen Arbeitskammer einhergeht, um dementsprechend den Antriebskolben in gewünschter Weise zu verlagern. Indem die Hydraulikpumpe wahlweise zu einer linksdrehenden oder rechts­ drehenden Rotationsbewegung antreibbar ist - beispielsweise durch Änderung des Drehsinnes des Elektromotors oder unter Zwischenschaltung eines Umschaltgetriebes -, kann Hydraulik­ medium wahlweise in die eine oder andere der beiden Arbeits­ kammern eingespeist werden, um dementsprechend die Bewegungs­ richtung des Antriebskolbens zu beeinflussen.

Die beiden Hydraulikschaltungen der Antriebsvorrichtung ent­ halten zweckmäßigerweise jeweils ein entsperrbares Rück­ schlagventil, das normalerweise eine Fluidströmung von der Hydraulikpumpe zum Hydraulikantrieb zulässt und in Gegenrich­ tung verhindert, wobei jedes Rückschlagventil durch den in der jeweils anderen Hydraulikschaltung von der Hydraulikpumpe aufrecht erhaltenen Druck entsperrbar ist, um eine Fluidströ­ mung vom Hydraulikantrieb zurück zur Hydraulikpumpe zu ermög­ lichen. Auf diese Weise können beliebige Zwischenstellungen des Antriebskolbens ohne ständige Energiezufuhr aufrecht er­ halten werden, weil das Hydraulikmedium bei deaktivierter Hydraulikpumpe durch die Rückschlagventile in den Arbeitskam­ mern eingesperrt wird. Wird hingegen die Hydraulikpumpe akti­ viert, so sorgt der in der einen Hydraulikschaltung dadurch aufgebaute Druck für ein Entsperren des in der anderen Hydraulikschaltung befindlichen Rückschlagventils und ermöglicht somit die ungehinderte Bewegung des Antriebskolbens.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausstattung der An­ triebsvorrichtung ergibt sich, wenn in mindestens eine und vorzugsweise beide Hydraulikschaltungen ein Vorspannventil eingeschaltet ist, das die Fluidverbindung von der zugeordne­ ten Arbeitskammer hin zur Hydraulikpumpe normalerweise ab­ sperrt und nur dann freigibt, wenn und solange sich in der ausströmseitigen Arbeitskammer ein vorbestimmter Öffnungs­ druck aufgebaut hat. Durch das Vorspannventil wird also eine Vorspannung des in der ausströmseitigen Arbeitskammer befind­ lichen Hydraulikmediums bewirkt, das nicht sofort verdrängt werden kann, wenn in der einspeiseseitigen Arbeitskammer eine Druckerhöhung stattfindet. Erst wenn die Druckerhöhung in der einspeiseseitigen Arbeitskammer so stark ist, dass der in der ausströmseitigen Arbeitskammer sich aufbauende Druck den als Öffnungsdruck bezeichneten Mindestdruck erreicht, kann das zuvor eingespannte Hydraulikmedium ausströmen. Da der in der ausströmseitigen Arbeitskammer herrschende Druck dabei jedoch ständig eine der gewünschten Bewegungsrichtung des Antriebs­ kolbens entgegengesetzt orientierte Gegenkraft verursacht, läßt sich der Antriebskolben auch bei einer mit hoher Dynamik ausgeführten Bewegung sehr schnell und präzise abbremsen, in­ dem einfach der einströmseitig angelegte Druck durch entspre­ chende Änderung des Betriebszustandes der Hydraulikpumpe va­ riiert wird. Es kann also wiederum ohne servogesteuerte Hyd­ raulikventile eine sehr exakte Positionierung des Antriebs­ kolbens bzw. eines mit diesem bewegungsgekoppelten Kraftabgriffsteils auch bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten erreicht werden.

Die Auslegung der Vorspannventile ist zweckmäßigerweise so getroffen, dass der das Öffnen bewirkende Öffnungsdruck im Bereich zwischen 10% und 90% des von der Hydraulikpumpe maxi­ mal erzeugbaren Betriebsdruckes liegt. Der bevorzugte Druck­ bereich liegt dabei zwischen 30% und 50% des erwähnten maxi­ malen Betätigungsdruckes. Anders als ein einfaches Rück­ schlagventil, das schon bei sehr geringen Druckdifferenzen öffnet, wird also durch die Vorspannventile ein nicht unbe­ trächtlicher Vorspanneffekt herbeigeführt. Dabei läßt sich der Öffnungsdruck zweckmäßigerweise durch geeignete Einstell­ mittel variabel vorgeben, um eine einfache Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall durchführen zu können.

Zweckmäßigerweise verfügt das betreffende Vorspannventil über ein bewegliches Absperrglied, das durch eine dem gewünschten Öffnungsdruck entsprechende Federkraft in eine die Fluidver­ bindung unterbrechende Schließstellung vorgespannt ist und das vom Hydraulikfluid der ausströmseitigen Arbeitskammer entgegen der Federkraft im Öffnungssinne beaufschlagt wird. Steigt der Druck in der ausströmseitigen Arbeitskammer auf mindestens den Öffnungsdruck an, ergibt sich eine resultie­ rende Öffnungskraft, die die Federkraft überwinden und das Absperrglied in eine Offenstellung umschalten kann. Das Vor­ spannventil hat also vorzugsweise ein digitales Schaltverhal­ ten.

Soweit eine Hydraulikschaltung sowohl mit einem entsperrbaren Rückschlagventil als auch mit einem Vorspannventil ausgestat­ tet ist, sind diese Ventile zweckmäßigerweise in Reihe ge­ schaltet, wobei das Vorspannventil vorzugsweise zwischen dem entsperrbaren Rückschlagventil und dem Hydraulikantrieb plat­ ziert ist.

Jedem Vorspannventil ist zweckmäßigerweise ein in Richtung zum Hydraulikantrieb öffnendes und in Gegenrichtung sperren­ des Rückschlagventil parallel geschaltet, das bei entspre­ chender Drehrichtung der Hydraulikpumpe ein Einspeisen des Hydraulikmediums in die zugeordnete Arbeitskammer unter Umge­ hung des Vorspannventils ermöglicht.

Zur Kompensation von Temperaturschwankungen und/oder unter­ schiedlichen Volumina der Arbeitskammern kann jede Hydraulik­ schaltung mit einem Hydraulikfluid-Ausgleichsbehältnis ver­ bunden sein, das eine dem Atmosphärendruck ausgesetzte beweg­ liche Wand besitzt.

Zweckmäßigerweise sind zumindest der Hydraulikantrieb, die Hydraulikpumpe, die Hydraulikschaltungen und der Elektromotor zu einer Baueinheit (Antriebseinheit) zusammengefasst, wobei zur Energieeinspeisung ausschließlich elektrische Schnitt­ stellenmittel vorhanden sein können, die zum Betrieb des Elektromotors dienen. Auf hydraulische Schnittstellenmittel kann verzichtet werden, weil der geschlossene Hydraulikkreis als autarker Bestandteil der Antriebseinheit ausgeführt sein kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die An­ triebsvorrichtung als Bestandteil einer insbesondere als Kniehebel-Spannvorrichtung ausgebildeten Spannvorrichtung ausgeführt, bei der das Kraftabgriffsteil des Hydraulikan­ triebes mit einem schwenkbeweglichen Spannarm der Spannvor­ richtung in Antriebsverbindung steht. Diese Ausgestaltung empfiehlt sich insbesondere in Verbindung mit einer zu einer Antriebseinheit zusammengefassten Antriebsvorrichtung, da dies sehr kompakte Abmessungen ermöglicht und einen Einsatz alternativ zu einer rein fluidisch oder rein elektrisch betä­ tigten Spannvorrichtung gestattet. Hier können auch Bauformen erhalten werden, bei denen die Querschnittsabmessungen der Antriebseinheit gleich oder geringer sind als diejenigen des zur Schwenklagerung dienenden Lagerungskopfes der Spannvor­ richtung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung und teilweise im Längsschnitt eine Spannvorrichtung, die mit einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattet ist,

Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 in einer Rückansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II, und

Fig. 3 den elektro-hydraulischen Schaltplan der bei der Spannvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 bevorzugt zum Einsatz gelangenden Antriebsvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine als Kniehebel-Spannvorrich­ tung ausgebildete Spannvorrichtung 1, die als wesentliche Komponenten eine zu einer Baueinheit zusammengefasste und da­ her als Antriebseinheit 3 bezeichenbare Antriebsvorrichtung 2 und eine fest mit der Antriebseinheit 3 verbundene Spannein­ heit 4 enthält. Der schaltungstechnische Aufbau der Antriebs­ vorrichtung 2 bzw. Antriebseinheit 3 ist in Fig. 1 nur sche­ matisch wiedergegeben, wobei die Fig. 3 den Schaltplan eines besonders vorteilhaften Aufbaus wiedergibt.

Die Antriebsvorrichtung 2 enthält einen durch hydraulisches Medium betätigbaren Hydraulikantrieb 5, der beim Ausführungs­ beispiel als Linearantrieb ausgeführt ist, bei entsprechendem Einsatzgebiet der Antriebsvorrichtung 2 aber beispielsweise auch als Drehantrieb konzipiert sein kann.

Der Hydraulikantrieb 5 verfügt über ein Gehäuse 6, in dem sich ein länglicher Kolbenaufnahmeraum 7 befindet, der einen Antriebskolben 8 enthält. Dieser ist Bestandteil einer im Rahmen einer durch einen Doppelpfeil markierten Antriebsbewe­ gung 12 linear verschiebbaren Abtriebseinheit 13, die beim Ausführungsbeispiel noch ein von einer Kolbenstange gebilde­ tes längliches Kraftabgriffsteil 14 enthält, das mit dem An­ triebskolben 8 fest verbunden und somit bewegungsgekoppelt ist.

Das Kraftabgriffsteil 14 erstreckt sich in der Richtung der Antriebsbewegung 12, wobei es an der vorderen Stirnseite 15 des Gehäuses 6 herausragt und an seinem außerhalb des Gehäu­ ses 6 befindlichen Abschnitt über Kraftabgriffsmittel 16 ver­ fügt, die eine Verbindung mit zu bewegenden Bauteilen oder Einrichtungen ermöglichen.

Der Antriebskolben 8 befindet sich entweder unmittelbar im Gehäuse 6 oder in einer in das Gehäuse 6 eingesetzten Hülse, wobei er den Kolbenaufnahmeraum 7 unter Abdichtung in zwei Arbeitskammern unterteilt, die nachfolgend zur besseren Un­ terscheidung als erste und zweite Arbeitskammern 17, 18 be­ zeichnet werden.

Die Antriebsvorrichtung 2 enthält desweiteren eine Hydraulik­ pumpe 22 an sich bekannten Aufbaues, die mit einem vorzugs­ weise als Gleichstrommotor ausgeführten Elektromotor 23 in Antriebsverbindung steht. Der Elektromotor 23 läßt sich wahl­ weise mit Linkslauf und Rechtslauf betreiben, um dementspre­ chend auch die Hydraulikpumpe 22 wahlweise in einer der bei­ den möglichen Drehrichtungen zu betreiben. Die Hydraulikpumpe ist also reversierbar, wobei es sich zweckmäßigerweise um ei­ ne Volumenstrompumpe handelt, deren Drehzahl unmittelbar die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebskolbens bestimmt.

Der Elektromotor 23 ist mit Einstellmitteln 24 ausgestattet, durch die sich sowohl die Drehrichtung als auch die Motor­ drehzahl des Elektromotors 23 variabel vorgeben läßt, um dem­ entsprechend auch die Pumpendrehzahl der Hydraulikpumpe 22 variabel einstellen zu können, die zweckmäßigerweise als Ro­ tationspumpe ausgeführt ist. Eine Drehzahlsteuerung oder auch Drehzahlregelung ist somit möglich.

Ferner können durch die Einstellmittel 24 bei Bedarf Dreh­ zahlrampen derart erzeugt werden, dass eine ruckartige Be­ schleunigung oder Abbremsung einer durch den Antriebskolben 8 zu bewegenden Last verhindert wird.

Es versteht sich, dass die Änderung der Richtungsumkehr der Pumpenrotation auch durch ein zwischen den Elektromotor 23 und die Hydraulikpumpe 22 zwischengeschaltetes Getriebe rea­ lisiert werden könnte.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Hydraulikpumpe 22 und der Elektromotor 23 zweckmäßigerweise zu einer festen Bauein­ heit mit dem Gehäuse 6 des Hydraulikantriebes 5 zusammenge­ fasst. Beim Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 22 an das Gehäuse 6 angeflanscht, wobei der Elektromotor 23 seiner­ seits an der Hydraulikpumpe 22 befestigt ist. Möglich wäre auch eine separate Befestigung der beiden Komponenten am Ge­ häuse 6 wie auch eine zumindest partielle Integration einer oder beider Komponenten in das Gehäuse 6.

Damit die Antriebseinheit 3 über eine schlanke Bauweise ver­ fügt, sind der Elektromotor 23 und die Hydraulikpumpe 22 im Bereich der rückwärtigen Stirnseite 25 des Gehäuses 6 instal­ liert.

Die Hydraulikpumpe 22 ist über zwei zueinander parallele und zur besseren Unterscheidung als erste und zweite Hydraulik­ schaltungen 26, 27 bezeichnete Hydraulikschaltungen hydrau­ lisch mit dem Hydraulikantrieb 5 verbunden. Die Hydraulikpum­ pe 22 hat zwei Pumpenanschlüsse 28, 29, deren erster (28) über die erste Hydraulikschaltung 26 mit der ersten Arbeits­ kammer 17 verbunden ist und deren zweiter (29) über die zwei­ te Hydraulikschaltung 27 mit der zweiten Arbeitskammer 18 des Hydraulikantriebs 5 in Verbindung steht. Dabei liegt ein ge­ schlossener, komplett mit Hydraulikmedium gefüllter Hydrau­ likkreis vor, wobei sich als Hydraulikmedium beispielsweise Öl oder Wasser anbietet.

Im Betrieb der Hydraulikpumpe 22 wird das Hydraulikmedium je nach Drehrichtung derart innerhalb des geschlossenen Hydrau­ likkreises gefördert, dass es in die erste oder zweite Ar­ beitskammer 17, 18 eingespeist wird, wobei gleichzeitig Hyd­ raulikmedium durch den sich dabei bewegenden Antriebskolben 8 aus der jeweils anderen Arbeitskammer 18, 17 zurück zur Hyd­ raulikpumpe 22 verdrängt wird. Auf diese Weise läßt sich die Abtriebseinheit 13 zu einer Antriebsbewegung 12 in zwei ein­ ander entgegengesetzte Richtungen veranlassen, wobei das stangenförmige Kraftabgriffsteil 14 beim Ausführungsbeispiel entweder aus dem Gehäuse 6 ausfährt oder in dieses einfährt. Wesentlich ist dabei, dass die Aktivierung des Hydraulikan­ triebes 5 und vorzugsweise auch der im aktivierten Hydraulik­ antrieb 5 stattfindende Druckaufbau bzw. Volumenstrom allein durch den Betriebszustand der Hydraulikpumpe bestimmt wird. Um die Abtriebseinheit 13 in einer bestimmten Position anzu­ halten, wird die Hydraulikpumpe 22 stillgesetzt. Um die Abtriebseinheit 13 zu verlagern, wird je nach gewünschter Bewe­ gungsrichtung die Hydraulikpumpe 22 mit entsprechendem Dreh­ sinn aktiviert. Der Druckaufbau in der einspeiseseitigen Ar­ beitskammer und dementsprechend auch die Verlagerungsge­ schwindigkeit der Abtriebseinheit 13 wird durch die Pumpen­ drehzahl bestimmt, die mit Hilfe der Einstellmittel 24 nach Bedarf variabel vorgegeben werden kann.

Vorzugsweise wird also die Geschwindigkeit des aktivierten Antriebskolbens 8 des Hydraulikantriebes 5 ausschließlich von dem Volumenstrom des hydraulischen Mediums in den hydrauli­ schen Schaltungen 26, 27 bestimmt.

Bedingt durch das die zweite Arbeitskammer 18 durchsetzende Kraftabgriffsteil 14, stellen sich beim Verlagern der Ab­ triebseinheit 13 in den beiden Arbeitskammern 17, 18 unter­ schiedliche Volumenänderungen pro Zeiteinheit ein. Um dies zu kompensieren, sind die beiden Hydraulikschaltungen 26, 27 ge­ meinsam an ein Hydraulikfluid-Ausgleichsbehältnis 32 ange­ schlossen, das überschüssiges Fluid aufnimmt und fehlendes Fluid nachfüllt. Dabei stehen die beiden Hydraulikschaltungen 26, 27 mit einem volumenveränderlichen Ausgleichsraum 33 in Fluidverbindung, der eine andererseits dem Atmosphärendruck ausgesetzte bewegliche Wand 34 aufweist. Letztere kann bei­ spielsweise von einem Kolben oder von einer Membran gebildet sein. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Hydraulikfluid- Ausgleichsbehältnis 32 zweckmäßigerweise ebenfalls Bestand­ teil der Antriebseinheit 3 und kann in das Gehäuse 6 integ­ riert oder an dessen rückwärtige Stirnseite 25 angesetzt sein.

Hinsichtlich der für den Betrieb notwendigen Energiezufuhr von außen her ist die Antriebsvorrichtung 2 als monoenergeti­ sches Gerät ausgeführt. Bedingt durch den intern geschlosse­ nen Hydraulikkreis bedarf es keiner Zufuhr und/oder Abfuhr hydraulischer Betätigungsenergie, so dass die Antriebsvor­ richtung 2 zur Energieeinspeisung ausschließlich über elekt­ rische Anschlussmittel 35 verfügt, über die die für den Be­ trieb des Elektromotors 23 benötigte elektrische Energie ein­ gespeist wird. Es kann sich dabei beispielsweise um Steckan­ schlussmittel handeln oder, wie beim Ausführungsbeispiel, um ein abgehendes, zu einer elektrischen Energiequelle geführtes Anschlusskabel.

In Baueinheit mit den elektrischen Anschlussmitteln oder über separate weitere elektrische Anschlussmittel kann auch eine Anbindung der Antriebsvorrichtung 2 an eine externe elektro­ nische Steuereinrichtung erfolgen, die auch Positionserfas­ sungssignale berücksichtigen kann, welche in Abhängigkeit von der Position der Abtriebseinheit 13 erzeugt werden. Die An­ triebsvorrichtung 2 läßt sich auf diese Weise bei Bedarf in ein Fertigungs- oder Montagesystem integrieren, dessen Be­ triebsabläufe elektronisch gesteuert werden.

Die zur Vorgabe des Betriebszustandes der Hydraulikpumpe 22 dienenden Einstellmittel 24 können bei Bedarf abseits von der Antriebsvorrichtung 2 platziert sein und über entsprechende Signalverbindungen mit dem Elektromotor 23 zusammenwirken. Sämtliche für den Betrieb der Antriebsvorrichtung 2 benötig­ ten Signale können auch drahtlos übermittelt werden.

Vorzugsweise ist dem Hydraulikantrieb 5 ein Wegmeßsystem 61 zugeordnet, das die Position des Antriebskolbens 8 oder einer mit diesem bewegungsgekoppelten Komponente erfassen kann, um in Abhängigkeit von bestimmten Positionen den Elektromotor 23 nach Bedarf ansteuern zu können. Dabei können die Positions­ erfassungssignale den Einstellmitteln 24 zugeführt werden, die hierbei zweckmäßigerweise mit einem Positionsregler aus­ gestattet sind.

Die beiden Hydraulikschaltungen 26, 27 sind beim Ausführungs­ beispiel in das Gehäuse 6 des Hydraulikantriebes 5 integ­ riert, wobei sie in Fig. 1 nur strichpunktiert schematisch angedeutet sind, während ihr bevorzugter Aufbau im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist.

So enthalten beide Hydraulikschaltungen zweckmäßigerweise je­ weils ein entsperrbares Rückschlagventil 36a, 36b, also ein Rückschlagventil, das sich unter bestimmten Umständen ent­ sperren läßt, so dass es auch in der normalerweise gesperrten Durchflussrichtung einen Fluiddurchlass ermöglicht.

Die entsperrbaren Rückschlagventile 36a, 36b sind so in die jeweilige Hydraulikschaltung 26, 27 eingegliedert, dass sie normalerweise eine Fluidströmung von der Hydraulikpumpe 22 zur jeweils angeschlossenen Arbeitskammer 17, 18 zulassen und in Gegenrichtung verhindern. Das entsperrbare Rückschlagven­ til 36a, 36b einer jeweiligen Hydraulikschaltung 26, 27 steht allerdings über einen in Fig. 3 gestrichelt angedeuteten Entsperrkanal 37a, 37b mit demjenigen Kanalabschnitt der jeweils anderen Hydraulikschaltung 27, 26 in Fluidverbindung, der sich zwischen der Hydraulikpumpe 22 und dem dortigen ent­ sperrbaren Rückschlagventil befindet. Auf diese Weise wird in einer jeweiligen Hydraulikschaltung 26, 27 der von der Hyd­ raulikpumpe aufrecht erhaltenden Druck abgegriffen und dem in der anderen Hydraulikschaltung platzierten entsperrbaren Rückschlagventil als Entsperrsignal zugeleitet. Wird also die Hydraulikpumpe 22 beispielsweise so betrieben, dass in der ersten Hydraulikschaltung 26 ein Druckaufbau stattfindet und durch das sich dabei öffnende zugeordnete entsperrbare Rück­ schlagventil 36a ein Einspeisen von Hydraulikfluid in die erste Arbeitskammer 17 erfolgt, bewirkt der aufgebaute Druck gleichzeitig eine Entsperren und Öffnen des entsperrbaren Rückschlagventils 36b der zweiten Hydraulikschaltung 27, so dass aus der zweiten Arbeitskammer 18 verdrängtes Hydraulik­ medium zur Hydraulikpumpe 22 zurückströmen kann. Der entspre­ chende Ablauf ergibt sich bei umgekehrter Förderrichtung der Hydraulikpumpe 22.

Durch die entsperrbaren Rückschlagventile 36a, 36b ergibt sich der Vorteil, dass die Abtriebseinheit 13 bei deaktivier­ ter Hydraulikpumpe 22 in ihrer momentanen Position festgehal­ ten wird, weil das in den Arbeitskammern 17, 18 und in den sich daran anschließend bis hin zu den entsperrbaren Rück­ schlagventilen 36a und 36b in den Hydraulikschaltungen 26, 27 befindliche Fluid fest eingesperrt ist. Zum Halten einer be­ stimmten Position der Abtriebseinheit 13 wird somit keine Energie benötigt.

Die Realisierung eines weiteren Ausstattungsmerkmals der An­ triebsvorrichtung 2 empfiehlt sich insbesondere bei Anwen­ dungsfällen, die ein sehr dynamisches Bewegungsverhalten der Abtriebseinheit 13 erfordern, also abwechselnd hohe Beschleu­ nigungen bzw. Geschwindigkeiten und starkes Abbremsen. Dieses Ausstattungsmerkmal besteht in einem zweckmäßigerweise in je­ de Hydraulikschaltung 26, 27 integrierten Vorspannventil 38a, 38b, das die Fluidverbindung von der zugeordneten Arbeitskam­ mer 17, 18 hin zur Hydraulikpumpe 22 nur freigibt, wenn und solange sich in der momentan ausströmseitigen Arbeitskammer ein vorbestimmter Mindestdruck aufgebaut hat, der als Öff­ nungsdruck bezeichnet sei. Dieser Öffnungsdruck bewegt sich typischerweise im Bereich zwischen 10% und 90% und dabei vor­ zugsweise in einer Größenordnung zwischen 30% und 50% des von der Hydraulikpumpe 22 maximal erzeugbaren Betriebsdruckes. Beim Ausführungsbeispiel, bei dem der Arbeitsbereich der Hyd­ raulikpumpe 22 zwischen 24 und 100 bar liegt, sind die beiden Vorspannventile 38a, 38b auf einen Öffnungsdruck von etwa 50 bar ausgelegt.

Die auch als Druckbegrenzungsventile bezeichenbaren, druckab­ hängig öffnenden Vorspannventile 38a, 38b bewirken, dass der Abtriebseinheit 13 zusätzlich zu der eigentlich zu bewegenden Last eine Bremslast auferlegt wird, die es erst durch ent­ sprechende Druckerzeugung der Hydraulikpumpe 22 zu überwinden gilt, um die Abtriebseinheit 13 in Bewegung zu versetzen. Vernachlässigt man einmal die durch das Kraftabgriffsteil 14 zu betätigende externe Last und die auftretende Reibung, so würde sich beim geschilderten Ausführungsbeispiel erst dann eine Bewegung der Abtriebseinheit 13 einstellen, wenn durch das eingespeiste Hydraulikmedium ein über 50 bar liegender Druck aufgebaut wird.

Wird die Abtriebseinheit 13 durch entsprechenden Druckaufbau mit hoher Geschwindigkeit verlagert, so läßt sich der Ab­ bremsvorgang durch Reduzieren der Pumpleistung sehr einfach beherrschen, weil der durch die Fluidvorspannung in der aus­ strömseitigen Arbeitskammer herrschende Öffnungsdruck eine als Bremskraft wirkende Gegenkraft zur Folge hat.

Beim Ausführungsbeispiel enthalten die Vorspannventile je­ weils ein bewegliches Absperrglied 42, das durch eine dem Öffnungsdruck entsprechende Federkraft in eine die Fluidver­ bindung normalerweise unterbrechende Schließstellung vorge­ spannt ist. Die Federkraft wird beispielsweise durch eine me­ chanische Federeinrichtung 43 und/oder durch eine Gasfeder geliefert. Durch schematisch angedeutete Einstellmittel 44 läßt sich die Federvorspannung zweckmäßigerweise variabel einstellen, um den Öffnungsdruck zu beeinflussen und dement­ sprechend eine Anpassung an den momentanen Einsatzfall der Antriebsvorrichtung 2 zu ermöglichen.

Das Absperrglied 42 wird vom Hydraulikfluid der ausströmsei­ tigen Arbeitskammer entgegen der Federkraft im Öffnungssinne beaufschlagt und verlagert das Absperrglied in die Offenstel­ lung, wenn die aus dem Öffnungsdruck resultierende Stellkraft größer ist als die Federkraft. Die Auslegung ist dabei zweck­ mäßigerweise so getroffen, dass ein digitales Schaltverhalten vorliegt und das Vorspannventil schlagartig in die maximale Offenstellung umschaltet.

Es versteht sich, dass auch lediglich eine der Hydraulik­ schaltungen mit einem Vorspannventil ausgestattet sein kann. Dies insbesondere dann, wenn nur in einer Bewegungsrichtung dynamische Bewegungen der geschilderten Art auftreten.

Da die Vorspannventile 38a, 38b in der betreffenden Hydrau­ likschaltung 26, 27 eine Fluidströmung von der Hydraulikpumpe 22 zum Hydraulikantrieb 5 nicht zulassen, ist ihnen jeweils ein Rückschlagventil 45a, 45b parallel geschaltet, das in der genannten Richtung eine Fluidströmung zulässt und in Gegen­ richtung, hin zur Hydraulikpumpe 22, absperrt.

Innerhalb einer jeweiligen Hydraulikschaltung 26, 27 ist das entsperrbare Rückschlagventil 36a, 36b mit den parallel ge­ schalteten Vorspann- und Rückschlagventilen 38a, 45a; 38b, 45b in Reihe geschaltet. Dabei befindet sich das Vorspannven­ til 38a, 38b zweckmäßigerweise in demjenigen Kanalabschnitt, der sich zwischen dem entsperrbaren Rückschlagventil 36a, 36b und dem Hydraulikantrieb 5 erstreckt.

Wie eingangs schon erwähnt, sind der Hydraulikantrieb 5, die Hydraulikpumpe 22, die Hydraulikschaltungen 26, 27, der Elektromotor 23 und das gegebenenfalls vorhandene Hydrau­ likfluid-Ausgleichsbehältnis 32 zu der Antriebseinheit 3 zu­ sammengefasst. Dabei können die rückseitig an das Gehäuse 6 angesetzten Komponenten durch ein am Gehäuse 6 fixiertes Schutzgehäuse 46 abgedeckt sein, das vor Eindringen von Ver­ unreinigungen und Feuchtigkeit abschirmt.

Es wäre auch möglich, den Hydraulikantrieb 5, den Ausgleichs- bzw. Vorratsbehälter 32, die Hydraulikpumpe 22, den Elektro­ motor 23 mit Einstellmitteln 24, sowie die hydraulischen Schaltungen 26, 27 in ein gemeinsames Gehäuse zu integrieren.

Die Antriebsvorrichtung 2 läßt sich prinzipiell zu beliebigen Antriebszwecken einsetzen, wobei auch unterschiedliche Bauar­ ten des Hydraulikantriebes 5 denkbar wären, beispielsweise auch kolbenstangenlose Ausführungsformen. Besonders vorteil­ haft gestaltet sich der Einsatz der Antriebsvorrichtung 2 in einer zu einer Antriebseinheit 3 zusammengefassten Bauform in Verbindung mit einer Spannvorrichtung 1, wobei an die vordere Stirnseite 15 des Gehäuses 6 die oben erwähnte Spanneinheit 4 angesetzt ist. Letztere kann wie abgebildet einen an das Ge­ häuse 6 angeflanschten Lagerungskopf 47 enthalten, in den das aus dem Gehäuse 6 herausragende Ende der Abtriebseinheit 13 eintaucht und der einen schwenkbeweglichen Spannarm 48 trägt. Dabei sind die Kraftabgriffsmittel 16 der Abtriebseinheit 13 über einen Kniehebelmechanismus 49 derart mit dem Spannarm 48 bewegungsgekoppelt, dass aus der Linearbewegung der Abtriebs­ einheit 13 eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Spannarmes 48 abgeleitet wird. Dieser verfügt beim Ausführungsbeispiel über einen drehfest verbundenen Schwenkhebel 50, an dem an einer zur Schwenkachse 52 des Spannarmes 48 beabstandeten Lager­ stelle 53 ein laschenartiges Zwischenglied 54 angelenkt ist, das über eine weitere Lagerstelle 55 mit den Kraftabgriffs­ mitteln 16 gelenkig gekoppelt ist.

Um das Kraftabgriffsteil 14 und die diesem zugeordnete, im Bereich einer vorderen Abschlusswand 59 des Kolbenaufnahme­ raums 7 platzierte Dichtung 58 vor zu starkem Verschleiß zu schützen, ist das Kraftabgriffsteil 14 mit seinem äußeren Endabschnitt an Führungsmitteln 56 längsverschiebbar geführt und zugleich in Querrichtung bezüglich der Schwenkachse 52 abgestützt. Die Führungsmittel 56 können beispielsweise von einer oder mehreren, insbesondere nutartig ausgebildeten Füh­ rungsbahnen gebildet sein.

Durch Betätigung des Hydraulikantriebs 5 kann der Schwenkarm 48 gemäß Doppelpfeil 57 zu einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse 52 veranlasst werden, um ihn wahlweise in einer Spannstellung oder einer Freigabestellung zu positionieren. In der Spannstellung kann er auf ein nicht näher dargestell­ tes Werkstück einwirken, um dieses so fest zu spannen, dass es bearbeitet werden kann. Die Spannvorrichtung 1 eignet sich besonders zum Zusammenspannen von zu verschweißenden Werkstü­ cken.

Wie auch aus der Rückansicht der Fig. 2 ersichtlich ist, er­ möglicht die Antriebseinheit 3 eine besonders schmale Bauwei­ se. Es ist insbesondere möglich, die Querschnittsabmessungen der Antriebseinheit 3 so zu wählen, dass sie gleich oder ge­ ringer sind als diejenigen, des Lagerungskopfes 47.

Da die Antriebsvorrichtung 2 weder servobetätigte Steuerven­ tile bzw. Proportionalventile noch Drosselventile benötigt, sind an das verwendete Hydraulikmedium keine besonders hohen Qualitätsanforderungen gestellt, was die zur Aufbereitung notwendigen Maßnahmen auf ein Minimum reduziert. Häufiges Auswechseln des Hydraulikmediums und Reinigen von Filterein­ richtungen erübrigt sich. Die Bewegungsrichtung der Abtriebs­ einheit 13 wird allein durch die Drehrichtung des Gleich­ strommotors vorgegeben, wie auch die Hubgeschwindigkeit der Abtriebseinheit 13 eine Funktion der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors bzw. der Pumpendrehzahl ist. Die einzige Variable während des Betriebes der Antriebsvorrichtung 2 ist beim Ausführungsbeispiel der Betriebszustand der Hydraulik­ pumpe bzw. deren Drehzahl.

Zum Ausführungsbeispiel kann nochmals zusammengefasst werden, dass es sich vorzugsweise um eine Antriebsvorrichtung mit ei­ nem durch ein hydraulisches Medium betätigbaren Hydraulikan­ trieb 5 handelt, dem eine Hydraulikpumpe 22 zur Zufuhr des hydraulischen Mediums zugeordnet ist. Der Druckaufbau im ak­ tivierten Hydraulikantrieb 5 wird durch einstellbare Druckbe­ grenzungsventile (Vorspannventile 38a, 38b), die druckabhän­ gig öffnend ausgebildet sind, sowie zu diesen parallelge­ schaltete Rückschlagventile 45a, 45b, gesteuert. Die Ge­ schwindigkeit des Antriebskolbens 8 des aktivierten Hydrau­ likantriebes 5 wird ausschließlich vom Volumenstrom des hyd­ raulischen Mediums in den hydraulischen Schaltungen 26, 27 bestimmt.

Claims (26)

1. Antriebsvorrichtung, mit einem geschlossenen Hydraulik­ kreis, der einen durch hydraulisches Medium betätigbaren Hyd­ raulikantrieb (5) und eine die Zufuhr und Abfuhr des hydrau­ lischen Mediums bezüglich dem Hydraulikantrieb (5) veranlas­ sende Hydraulikpumpe (22) enthält, wobei zur Betätigung der Hydraulikpumpe (22) ein Elektromotor (23) vorgesehen ist und die Aktivierung des Hydraulikantriebes (5) durch den Be­ triebszustand der Hydraulikpumpe (22) bestimmt wird.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen allein in Abhängigkeit von der Drehzahl der Hyd­ raulikpumpe (22) erfolgenden Druckaufbau unterschiedlicher Betätigungsdrücke im Hydraulikantrieb (5).

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch Einstellmittel (24) zur variablen Vorgabe der die Pumpendrehzahl der Hydraulikpumpe (22) bestimmenden Mo­ tordrehzahl des Elektromotors (23).

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass durch die Einstellmittel (24) Drehzahlrampen erzeugbar sind, die eine gleichförmige Antriebsbewegung des Hydraulikantriebes (5) hervorrufen.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass dem Hydraulikantrieb (5) ein Wegmeßsystem zugeordnet ist, dessen Signale den Einstellmitteln (24) zuge­ führt werden, welche hierbei zweckmäßigerweise einen Positi­ onsregler enthalten.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (23) als dreh­ zahlgesteuerter oder drehzahlgeregelter Antriebsmotor ausge­ bildet ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Hydraulikpumpe (22) die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebskolbens (8) des Hydraulikantriebes bestimmt.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe als rever­ sierbare Volumenstrompumpe ausgebildet ist.

9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (5) mindes­ tens einen mit einem Kraftabgriffsteil (14) bewegungsgekop­ pelten Antriebskolben (8) aufweist, der zwei Arbeitskammern (17, 18) fluiddicht voneinander abteilt, die beide über je­ weils eine Hydraulikschaltung (26, 27) mit der Hydraulikpumpe (22) verbunden sind, wobei das Einspeisen von Hydraulikfluid in die eine Arbeitskammer (17, 18) mit dem gleichzeitigen Ausströmen von Hydraulikfluid aus der anderen Arbeitskammer (18, 17) einhergeht.

10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Hydraulikpumpe (22) wahlweise zu einer linksdrehenden oder einer rechtsdrehenden Rotationsbewegung antreibbar ist, um Hydraulikmedium wahlweise in die eine oder andere der beiden Arbeitskammern (17, 18) einzuspeisen und dementsprechend die Bewegungsrichtung des Antriebskolbens (8) vorzugeben.

11. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hydraulikschaltungen (26, 27) ein entsperrbares Rückschlagventil (36a, 36b) enthalten, das nor­ malerweise eine Fluidströmung von der Hydraulikpumpe (22) zum Hydraulikantrieb (5) zulässt und in Gegenrichtung verhindert, wobei jedes Rückschlagventil (36a, 36b) durch den in der je­ weils anderen Hydraulikschaltung von der Hydraulikpumpe (22) aufrecht erhaltenen Druck entsperrbar ist, um eine Fluidströ­ mung vom Hydraulikantrieb (5) zurück zur Hydraulikpumpe (22) zu ermöglichen.

12. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hydraulikschal­ tung (26, 27) ein Vorspannventil (38a, 38b) enthält, das die Fluidverbindung von der betreffenden Arbeitskammer (17, 18) hin zur Hydraulikpumpe (22) nur freigibt, wenn und solange sich in der ausströmseitigen Arbeitskammer ein vorbestimmter Öffnungsdruck aufgebaut hat.

13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Auslegung so getroffen ist, dass der Öff­ nungsdruck im Bereich zwischen 10% und 90% und dabei vorzugs­ weise im Bereich zwischen 30% und 50% des von der Hydraulik­ pumpe (22) maximal erzeugbaren Betriebsdruckes liegt.

14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekenn­ zeichnet durch Einstellmittel (44) zur veränderlichen Vorgabe des Öffnungsdruckes.

15. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannventil (38a, 38b) ein bewegliches Absperrglied (42) aufweist, das durch eine dem Öffnungsdruck entsprechende Federkraft in eine die Fluid­ verbindung unterbrechende Schließstellung vorgespannt ist und das vom Hydraulikfluid der ausströmseitigen Arbeitskammer entgegen der Federkraft im Öffnungssinne beaufschlagt wird.

16. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hydraulikschaltung (26, 27) ein Vorspannventil (36a, 36b) enthält.

17. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 in Verbindung mit Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einer betreffenden Hydraulikschaltung (26, 27) das ent­ sperrbare Rückschlagventil (36a, 36b) und das Vorspannventil (38a, 38b) in Reihe geschaltet sind.

18. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Vorspannventil (38a, 38b) ein in Richtung zum Hydraulikantrieb (5) öffnendes und in Ge­ genrichtung sperrendes Rückschlagventil (45a, 45b) parallel geschaltet ist.

19. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hydraulikschaltung (26, 27) mit einem Hydraulikfluid-Ausgleichsbehältnis (33) verbunden ist.

20. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Hydraulikantrieb (5), die Hydraulikpumpe (22), die gegebenenfalls vorhandene Hydraulikschaltungen (26, 27) und der Elektromotor (23) zu einer Antriebseinheit (3) zusammengefasst sind.

21. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Antriebseinheit (3) zur Energieeinspeisung ausschließlich über elektrische Anschlussmittel (35) verfügt.

22. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, als Bestandteil einer insbesondere als Kniehebel-Spannvor­ richtung ausgebildeten Spannvorrichtung (1), wobei das Kraft­ abgriffsteil (14) des Hydraulikantriebes (5) mit einem schwenkbeweglichen Spannarm (48) in Antriebsverbindung steht.

23. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 22 in Verbindung mit Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig an der Antriebseinheit (3) ein den Schwenkarm (48) tragender Lagerungskopf (47) angeordnet ist.

24. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Querschnittsabmessungen der Antriebsein­ heit (3) gleich oder geringer sind als diejenigen des Lage­ rungskopf es (47).

25. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (5) ein Drehantrieb ist.

26. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (5) ein Li­ nearantrieb ist.