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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Herkömmliche hydraulische Pressen haben zwei hydrostatische Verdrängereinheiten, die über einen Zulauf und einen Rücklauf fluidisch verbindbar sind. Zur Erzeugung einer Pressenkraft ist dabei eine der Verdrängereinheiten mit einer Antriebsmaschine, beispielsweise einem Elektromotor, und die andere mit einem Pressenstößel gekoppelt. Die Kopplung erfolgt meist über ein Koppelgestänge oder Koppelgetriebe.
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Eine gattungsgemäße hydraulische Presse zeigt die Patentschrift
CH 681 872 A5 . Darin wird eine Verdrängereinheit über einen Elektromotor angetrieben, wobei auf einer Triebwelle des Elektromotors ein Schwungrad angeordnet ist. Die andere, mit dem Pressenstößel gekoppelte Verdrängereinheit, ist als Hydrozylinder aber auch als Hydromotor offenbart. Zur Steuerung der Kraft des Pressenstößels (Pressenkraft) und von dessen Geschwindigkeit weist die Presse eine Steuereinrichtung mit einem Steuerventil auf. Über dieses kann zum Einen der Druckmittelvolumenstrom von der einen zur anderen Verdrängereinheit angedrosselt und begrenzt werden. Zum anderen kann über das Steuerventil die Druckmittelbeaufschlagung der beiden Arbeitsräume des Hydrozylinders zur Umkehrung der Bewegungsrichtung des Pressenstößels invertiert werden.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass aufgrund von Druckverlusten in der Steuereinrichtung ein bedeutender Anteil an hydraulischer Energie verloren geht und das sich dabei erwärmende Druckmittel rückgekühlt werden muss. Dies stellt einen erheblichen energetischen und vorrichtungstechnischen Aufwand dar.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Presse mit erhöhter Energieeffizienz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Presse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der hydraulische Presse sind in den Patentansprüchen 2 bis 12 beschrieben.
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Eine hydraulische Presse hat zwei hydrostatische Verdrängereinheiten, die über einen ersten Zulauf und einen ersten Rücklauf fluidisch miteinander verbindbar, insbesondere verbunden sind. Zur Erzeugung einer Presskraft ist eine der beiden Verdrängereinheiten mit einer Antriebsmaschine und die andere der beiden Verdrängereinheiten mit einem Pressenstößel koppelbar, insbesondere gekoppelt. Erfindungsgemäß ist ein Verdrängungsvolumen wenigstens der einen Verdrängereinheit, insbesondere zur Verstellung der Presskraft und/oder einer Hubgeschwindigkeit des Stößels, verstellbar.
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Anstatt, wie bei herkömmlichen hydraulischen Pressen üblich, eine Druckmittelbeaufschlagung der anderen Verdrängereinheit durch die eine Verdrängereinheit druckverlustbehaftet über eine Drosselvorrichtung zu steuern, kann die Druckmittelbeaufschlagung erfindungsgemäß über die Verstellung des Verdrängungsvolumens druckverlustarm gesteuert werden. Dadurch weist die Presse eine kleinere Verlustleistung auf und arbeitet energieeffizienter. Zudem entfällt eine aus der herkömmlichen Drosselung resultierende Erwärmung des Druckmittels, so dass ein Kühlaggregat zu dessen Rückkühlung kleiner auslegbar ist.
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Abgesehen davon hat die erfindungsgemäße Presse den Vorteil, dass sie eine um etwa 35 bis 75% höhere Teileausbringung bei gleichzeitig erhöhter Standzeit aufweist und eine volle Presskraft bereits ab einer Hubzahl von eins zur Verfügung steht.
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Verglichen mit herkömmlichen, gattungsfremden Pressen, bei denen der Pressenstößel zur Erzeugung der Presskraft elektromechanisch über einen Servomotor angetrieben wird, sind erfindungsgemäß dynamischere Zeitverläufe der Presskraft und der Pressgeschwindigkeit realisierbar. Das beruht darauf, dass die eine Verdrängereinheit eine höhere Verstelldynamik als der Servomotor aufweist, da an der Verstellung des Verdrängungsvolumens beteiligte Komponenten, verglichen mit einem zu beschleunigenden oder abzubremsenden Rotor des Servomotors, eine bedeutend geringere Trägheit aufweisen. Der somit präziser zu steuernde Zeitverlauf beeinflusst eine Qualität des zu pressenden Bauteils positiv. Zudem ist über eine erfindungsgemäße Verstellung des Verdrängungsvolumens hin zu kleinen Werten ein Druckhalten des Pressenstößels bei minimaler Antriebsleistung realisierbar. Beim herkömmlichen, über den Servomotor angetriebenen Pressenstößel kann diese Haltearbeit nur durch permanente, hohe Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz geleistet werden.
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Gegenüber diesem gattungsfremden Antrieb weist der erfindungsgemäße Antrieb einen Kostenvorteil auf.
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Die andere Verdrängereinheit ist vorzugsweise über ein mechanisches Koppelgetriebe oder -gestänge mit dem Pressenstößel koppelbar, insbesondere gekoppelt.
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Eine vorrichtungstechnisch besonders einfache und kostengünstige Weiterbildung der Presse ist gegeben, wenn die andere Verdrängereinheit mit konstantem Verdrängungsvolumen ausgebildet ist. Die Verstellung eines zwischen den Verdrängereinheiten strömenden Druckmittelvolumenstroms erfolgt dann nur über die erste Verdrängereinheit. Alternativ dazu kann die andere Verdrängereinheit ebenfalls ein verstellbares Verdrängungsvolumen aufweisen, wodurch eine noch höhere Verstelldynamik erreichbar ist.
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Alternativ dazu kann die andere Verdrängereinheit mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein, wodurch eine Dynamik der Verstellung der Kraft und Geschwindigkeit des Pressenstößels erhöhbar ist.
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Um beispielsweise einen Eilgang des Pressenstößels abzubilden, ist in einer bevorzugten Weiterbildung die andere Verdrängereinheit über eine Triebwelle mit einem Elektromotor koppelbar, insbesondere gekoppelt. Der Elektromotor weist vorzugsweise eine elektronische Lage- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Momentenregelung in Abhängigkeit von entsprechenden Sollwerten des Pressenstößels auf. Vorzugsweise ist er als hochpoliger, langsam laufender Torque-Servomotor ausgestaltet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung hat die eine Verdrängereinheit eine erste hydrostatische Hydromaschine und eine, mit der ersten über eine Triebwelle koppelbare, insbesondere gekoppelte, zweite hydrostatische Hydromaschine. Dabei weist wenigstens die erste der beiden Hydromaschinen ein verstellbares Verdrängungsvolumen auf. Jede der Hydromaschinen weist dabei eine Gruppe hydrostatischer Arbeitsräume auf. Über die zwei Hydromaschinen kann die andere Verdrängereinheit mit einem besonders großen Druckmittelvolumenstrom beaufschlagt werden, ohne dass dafür eine besonders große, extra zu konzipierende und zu bauende Hydromaschine vorgesehen werden muss. Die beschriebene Kopplung ermöglicht die Verwendung zweier Standard-Hydromaschinen, wodurch Investitions-, Fertigungs-, Lager- und Wartungskosten der Presse verringerbar sind. Die eine Verdrängereinheit kann abweichend davon aber auch mehr als zwei gekoppelte Hydromaschinen aufweisen.
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Um die andere Verdrängereinheit mit einem gebündelten Druckmittelvolumenstrom zu beaufschlagen sind in einer bevorzugten Weiterbildung beide Hydromaschinen der einen Verdrängereinheit fluidisch parallel mit dem ersten Zulauf und dem ersten Rücklauf verbindbar, insbesondere verbunden.
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Die andere Verdrängereinheit ist vorrichtungstechnisch besonders einfach ausgestaltet, wenn sie genau eine Hydromaschine hat.
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In einer bevorzugten Weiterbildung hat auch die andere Verdrängereinheit eine erste Hydromaschine und eine mit dieser über eine Triebwelle koppelbare, insbesondere gekoppelte, zweite Hydromaschine. Dabei sind über den ersten Zulauf und den ersten Rücklauf beide ersten Hydromaschinen und über einen zweiten Zulauf und einen zweiten Rücklauf beide zweiten Hydromaschinen fluidisch miteinander verbindbar, insbesondere verbunden. Zudem weist auch die zweite Hydromaschine der einen Verdrängereinheit ein verstellbares Verdrängungsvolumen auf. Auf diese Weise kann jede Hydromaschine der anderen Verdrängereinheit von der ihr zugeordneten Hydromaschine der einen Verdrängereinheit über den entsprechenden Zu- und Rücklauf mit einem individuellen Druckmittelvolumenstrom beaufschlagt werden. Das ermöglicht eine sehr differenzierte und feine Steuerung des Pressenstößels. Vorzugsweise sind die Verdrängungsvolumina der beiden Hydromaschinen der einen Verdrängereinheit unabhängig voneinander verstellbar. Dabei kann eins der Verdrängungsvolumina unabhängig vom anderen Null sein.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind Verdrängungsvolumina der beiden Hydromaschinen der anderen Verdrängereinheit verschieden groß, wobei das Verdrängungsvolumen der ersten Hydromaschine größer als das der zweiten ist. Dadurch ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein Eil- und ein Kraftgang der Presse implementierbar, indem der ersten Hydromaschine der anderen Verdrängereinheit der Kraftgang des Pressenstößels mit geringem Weg und hoher Presskraft und der zweiten Hydromaschine der anderen Verdrängereinheit der Eilgang des Pressenstößels mit großem Weg und geringer Presskraft zugeordnet sein kann.
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Als besonders dynamisch und flexibel steuerbar erweist sich die Presse, wenn in einer Weiterbildung das Verdrängungsvolumen der einen Verdrängereinheit derart verstellbar ist, dass bei gleichbleibender Drehrichtung der Antriebsmaschine eine Förderrichtung der einen Verdrängereinheit umkehrbar ist. Dadurch sind eine Reversierbarkeit des Pressenstößels und ein Pendelhub möglich. Vorteilhaft ist, dass keine Schaltventile für eine Umkehr der Förderrichtung und damit der Bewegungs- oder Drehrichtung der anderen Verdrängereinheit nötig sind.
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Besonders bevorzugt, insbesondere zum letztgenannten Zweck, ist die eine Verdrängereinheit, oder zumindest eine von deren Hydromaschinen, als Einfach- oder Doppelaxialkolbenmaschine mit einer beidseitig einer Neutralstellung verschwenkbaren, insbesondere durchschwenkbaren, Schrägscheibe ausgestaltet. Die Neutralstellung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Schrägscheibe abgestützte Arbeitskolben oder Arbeitszylinder der Axialkolbenmaschine keinen Arbeitshub durchführen und somit keine Förderung des Druckmittels erfolgt.
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Alternativ dazu kann jede der Verdrängereinheiten als Umfangsmaschine ausgestaltet sein oder eine oder mehrere als Umfangsmaschinen ausgestaltete Hydromaschinen aufweisen.
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Hydromaschinen der genannten Bauformen sind bewährte und robuste hydraulische Standardkomponenten, die über ebenso bewährte Steuerungs-/Regelungseinrichtungen und -verfahren steuer-/regelbar sind. Durch sie sind ein stabiler Betrieb der Presse und ein geringer Wartungsaufwand gegeben.
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Vorzugsweise ist die Antriebsmaschine über wenigstens einen Elektromotor, insbesondere einen Drehstrommotor mit Frequenzumrichter, ausgebildet. Dabei kann die Antriebsmaschine auch modular, das heißt über mehr als einen Elektromotor ausgebildet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die eine Verdrängereinheit über ein Schwungrad mit der Antriebsmaschine koppelbar, insbesondere gekoppelt. Auf diese Weise müssen auftretende oder benötigte Kraftspitzen der Presskraft nicht unmittelbar von der Antriebsmaschine sondern können über die kinetische Energie des Schwungrades abgedeckt werden. Die Antriebsmaschine kann dadurch kleiner ausgelegt und/oder mit weniger Kühlaufwand betrieben werden. Das Schwungrad in Kombination mit der einen Verdrängereinheit bietet zudem eine bewährte Lösung der hydromechanischen Energierückgewinnung ohne Kondensatoren oder andere elektrische Vorrichtungen.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die eine Verdrängereinheit wie vorbeschrieben durchschwenkbar ausgestaltet ist, ihre Förderrichtung bei gleichbleibender Drehrichtung der Antriebsmaschine also umkehrbar ist. Dann kann ein Abbremsen des Pressenstößels am Ende eines Pressenhubes durch das Durchschwenken erfolgen. Die andere Verdrängereinheit geht dabei vom Motor- in den Pumpenbetrieb über und treibt die eine Verdrängereinheit an. Diese treibt wiederum das Schwungrad an, wodurch Energie zurückgewonnen wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Presse wenigstens einen Hydrozylinder auf, an dem ein Ziehkissen der Presse abstützbar, insbesondere abgestützt ist. Für eine Rückgewinnung von Pressenarbeit/-energie ist dabei ein Druckraum des Hydrozylinders mit einer weiteren Hydromaschine in Druckmittelverbindung bringbar, die in einer ersten Variante über eine weitere Triebwelle mit der Antriebsmaschine oder in einer zweiten Variante mit einer Elektromaschine koppelbar ist. So kann die Rückgewinnung für die erste Variante durch eine hydromechanische Antriebsunterstützung der Antriebsmaschine und für die zweite Variante hydromechanisch/elektromechanisch durch eine Wandlung von Pressenarbeit in elektrische Energie erfolgen. Im letztgenannten Fall kann die elektrische Energie in ein Netz zur anderweitigen Verwendung oder, sofern auch die Antriebsmaschine als eine Elektromaschine ausgebildet ist, der Antriebsmaschine zugespeist werden.
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Die hydraulische Presse kann derart ausgestaltet sein, dass über ein Handrad ein Tryout Betrieb ermöglicht ist.
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Die vorbeschriebene Steuereinheit weist vorzugsweise eine Speichereinheit auf, in der ein Steuerverfahren mit einem Sollprofil der Stößelgeschwindigkeit abgelegt ist. Vorzugsweise weist die Steuereinheit zudem eine Prozessoreinheit auf, in der das Steuerverfahren ausführbar ist, wobei das Sollprofil durch eine entsprechende Ansteuerung einer Verstellvorrichtung der einen oder beider Verdrängereinheiten nachgefahren werden kann.
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Die andere Verdrängereinheit kann alternativ zur genannten Bauform der Umfangs- oder Kolbenmaschine als ein doppeltwirkender Differentialzylinder ausgebildet sein.
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Für die Presse ist ein Überlastschutz durch eine Maximaldruckabsicherung in der Zulaufleitung vorrichtungstechnisch einfach über ein Druckbegrenzungsventil bereitstellbar.
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Die erste und/oder zweite Hydromaschine weist vorzugsweise je ein Gruppe hydrostatischer Arbeitsräume auf, von denen jeder alternierend mit dem der Hydromaschine zugeordneten Zulauf und Rücklauf fluidisch verbindbar ist.
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Weist die eine und/oder die andere Verdrängereinheit zwei Hydromaschinen auf, so können diese gemeinsamen in einem Gehäuse der entsprechenden Verdrängereinheit angeordnet sein oder jede Hydromaschine weist ein eigenes Gehäuse auf.
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Im Folgenden werden fünf Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Presse anhand von fünf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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1 einen hydraulischen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Presse,
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2 einen hydraulischen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Presse,
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3 einen hydraulischen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Presse,
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4 einen hydraulischen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Presse, und
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5 einen hydraulischen Schaltplan eines fünften Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Presse.
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Gemäß 1 hat eine hydraulische Presse 1 eine Verdrängereinheit 2 und eine andere Verdrängereinheit 4. Die Verdrängereinheiten 2, 4 sind über einen ersten Zulauf 6 und einen ersten Rücklauf 8, beide sind als Druckmittelleitungen ausgestaltet, in einem geschlossenen hydraulischen Kreis angeordnet. Die eine Verdrängereinheit 2 ist über eine Triebwelle 10 mit einem Schwungrad 12 drehfest verbunden, beziehungsweise gekoppelt. Das Schwungrad 12 ist über eine weitere Triebwelle 14 mit einer an einem Maschinenträger 16 befestigten Antriebsmaschine, die als Elektromotor 18 ausgestaltet ist, gekoppelt.
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Die andere Verdrängereinheit 4 ist über eine Triebwelle 20 mit einem Pressenstößel 22 gekoppelt. Dieser weist zur Wandlung der Drehbewegung der Triebwelle in eine Linearbewegung eine Pleuelanordnung und ein Koppelgetriebe (nicht dargestellt) auf. Der erste Zulauf 6 und der erste Rücklauf 8 sind über ein 2/2-Wege-Sitzventil 24 in Druckmittelverbindung bringbar. Das Ventil 24 ist dabei über eine Feder in eine Durchflussstellung vorgespannt und ist elektromagnetisch in seine Sperrstellung betätigbar. Das Ventil 24 kann so bei Stromausfall eine Notfunktion durch hydraulisches Kurzschließen des ersten Zulaufs 6 mit dem ersten Rücklauf 8 erfüllen.
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Sowohl der erste Zulauf 6 als auch der erste Rücklauf 8 sind mit einem Nachsaugrückschlagventil 26 verbunden, über das sie mit einem Tank oder einem anderen Druckmittelreservoir verbindbar sind.
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Erfindungsgemäß ist die eine Verdrängereinheit 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet. Sie ist als einfache Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit durchschwenkbarer Schrägscheibe ausgestaltet. Zur Erfassung eines Schwenkwinkels der Schrägscheibe weist sie einen Schwenkwinkelsensor 28 auf.
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In einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Presse 1 ist der Elektromotor 18 bestromt und treibt über die Triebwelle 14 das Schwungrad 12 und über die Triebwelle 10 die eine Verdrängereinheit 2 an. Diese fördert im Pumpenbetrieb Druckmittel vom ersten Rücklauf 8 in den ersten Zulauf 6, wodurch im geschlossenen hydraulischen Kreis die andere Verdrängereinheit 4 im Motorbetrieb die Triebwelle 20 antreibt. Diese treibt über eine nicht dargestellte Pressenwelle und die Pleuel den Pressenstößel 22 an, so dass dieser einen Hub ausführt. Dabei besteht die Anforderung, zur Erreichung einer gewünschten Qualität des zu pressenden Bauteils ein Sollprofil der Presskraft und der Geschwindigkeit des Pressenstößels 22 in Abhängigkeit der Zeit oder des Hubes nachzufahren. Die Sollprofile sind in einer nicht dargestellten Steuereinheit der Presse 1 hinterlegt und werden im bestimmungsgemäßen Betrieb der Presse 1 über eine entsprechende Ansteuerung einer Stellvorrichtung (nicht dargestellt) der einen Verdrängereinheit 2 nachgefahren. Dabei dient der Schwenkwinkelsensor 28 und eine nicht dargestellte Sensorik am Pressenstößel 22 der Erfassung der Istwerte, die in die Steuerung eingehen.
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Besonders vorteilhaft ist, dass zur vorbeschriebenen Steuerung, anders als beim Stand der Technik, keine Drosselung des Druckmittelvolumenstroms im ersten Zulauf 8 erfolgen muss. Die Steuerung des Druckmittelvolumenstroms erfolgt ausschließlich über die Ansteuerung beziehungsweise Verstellung des Verdrängungsvolumens der einen Verdrängereinheit 2 und somit druckverlustarm.
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Für die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele 2 bis 5 gilt, dass lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel näher eingegangen wird. Ansonsten entsprechen sie dem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei sind Bauteile oder Komponenten, die über die Ausführungsbeispiele hinweg gleich ausgebildet sind, mit gleichbleibendem Bezugszeichen versehen.
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Eine Presse 101 hat gemäß 2 einen Elektromotor 130 der über eine nicht dargestellte Triebwelle mit der anderen Verdrängereinheit 4 gekoppelt ist. Der Elektromotor 130 ist dabei als Torque-Servomotor ausgestaltet. Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass für unterschiedliche Gangarten der Presse entweder die andere Verdrängereinheit 4 oder der Elektromotor 130 oder beide zusammen zur Stößelbewegung beitragen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 130 klein, beziehungsweise leistungsschwach und übernimmt die Funktion eines Eilganges, bei dem der Pressenstößel 22 mit wenig Kraft aber hoher Geschwindigkeit hin zum Ziehkissen bewegt wird. Während des Eilgangs sind der Elektromotor 18 und die eine Verdrängereinheit 2 entweder derart angesteuert, dass die andere Verdrängereinheit 4 ein Geschwindigkeitsprofil des Elektromotors 130 ohne Widerstand mit abfährt, oder die andere Verdrängereinheit 4 ist von der Triebwelle 20 entkoppelt, so dass sie der Elektromotor 130 nicht mitschleppen muss. Geht der Eilgang in einen Kraftgang über, bei dem mit geringerer Geschwindigkeit aber hoher Presskraft das Bauteil abgepresst wird, so übernimmt dies die andere Verdrängereinheit 4 in bereits beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschriebener Weise.
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Abweichend von den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen hat eine Presse 201 gemäß 3 eine Verdrängereinheit 202 und eine andere Verdrängereinheit 204, die jeweils zwei miteinander über eine Triebwelle (nicht dargestellt) gekoppelte Hydromaschinen aufweisen. Die Verdrängereinheiten 202, 204 sind somit als Doppelmaschinen ausgestaltet. Die eine Verdrängereinheit 202 hat eine erste Hydromaschine 232 und eine zweite Hydromaschine 234. Beide sind, wie auch die eine Verdrängereinheit 2 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, jeweils als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit durchschwenkbarer Schrägscheibe ausgestaltet und haben jeweils den bereits erwähnten Schwenkwinkelsensor 28 zur Erfassung des Schwenkwinkels.
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Die andere Verdrängereinheit 204 hat eine erste Hydromaschine 236 und eine über eine Triebwelle (nicht dargestellt) mit dieser gekoppelte zweite Hydromaschine 238. Beide sind jeweils, ebenso wie die andere Verdrängereinheit 4 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, als Axialkolbenmaschine mit konstantem Verdrängungsvolumen ausgestaltet.
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Die beiden ersten Hydromaschinen 232, 236 sind über den ersten Zulauf 6 und den ersten Rücklauf 8 fluidisch miteinander verbunden. Die beiden zweiten Hydromaschinen 234 und 238 sind über einen zweiten Zulauf 207 und einen zweiten Rücklauf 209 fluidisch miteinander verbunden. Der zweite Zulauf 207 und der zweite Rücklauf 209 sind jeweils über ein bereits beschriebenes Nachsaugrückschlagventil 26 mit einem Tank oder einem anderen Druckmittelreservoir zum Zwecke der Druckmittelnachsaugung verbindbar. Analog zum über den ersten Zulauf 6 und den ersten Rücklauf 8 ausgebildeten hydraulischen Kreis, ist der zweite Zulauf 207 mit dem zweiten Rücklauf 209 über ein bereits beschriebenes 2/2-Wege-Sitzventil 24 verbindbar.
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Ziel des zweiten geschlossenen hydraulischen Kreislaufs ist dasselbe, wie es bereits beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 mit Hilfe des Elektromotors 130 verfolgt wird. Es gilt, an den Eil- und Kraftgang des Pressenstößels 22 angepasste hydraulische Antriebsmaschinen bereitzustellen. Über die erste Hydromaschine 232 der einen Verdrängereinheit 202, den ersten Zulauf 6, die erste Hydromaschine 236 der anderen Verdrängereinheit 204 und den ersten Rücklauf 8 kann der vorbeschriebene Kraftgang und über die zweite Hydromaschine 234 der einen Verdrängereinheit 202, den zweiten Zulauf 207, die zweite Hydromaschine 238 der anderen Verdrängereinheit 204 und den zweiten Rücklauf 209 kann der vorbeschriebene Eilgang bereitgestellt werden. Demgemäß ist die zweite Hydromaschine 238 mit kleinerem Verdrängungsvolumen als die erste Hydromaschine 236 ausgestaltet.
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Im in 4 gezeigten, vierten Ausführungsbeispiel weist die andere Verdrängereinheit 4 ein besonders großes Verdrängungsvolumen auf. Um dennoch eine ausreichende Stößelgeschwindigkeit erreichen zu können, muss eine mit der Antriebsmaschine 18 gekoppelte Verdrängereinheit einen großen Druckmittelvolumenstrom bereitstellen können. Hierzu bieten sich prinzipiell mehrere Möglichkeiten an: Einerseits kann eine entsprechend große, einfache Verdrängereinheit konzipiert und gebaut werden, die dem Druckmittelbedarf genügt, andererseits können zwei oder mehrere kleinere Hydromaschinen gekoppelt und fluidisch parallel mit dem ersten Zulauf 6 und dem ersten Rücklauf 8 verbunden werden. Letztere Lösung wurde für das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 4 gewählt. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel hat eine Presse 301 daher anstatt der Verdrängereinheit 2 gemäß 1 eine Verdrängereinheit 202 mit der ersten Hydromaschine 232 und der zweiten Hydromaschine 234. Anders als beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind nun jedoch beide Hydromaschinen 232, 234 mit dem ersten Zulauf 6 und dem ersten Rücklauf 8 fluidisch verbunden, so dass analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 nur ein geschlossener hydraulischer Kreis ausgebildet ist. Somit ist die andere Verdrängereinheit 4 über beide Hydromaschinen 232, 234 mit Druckmittel beauschlagbar. Vorteil hierbei ist, dass bestehende, bewährte Standardhydromaschinen modular zusammengeschaltet sind. Auf diese Weise sind Aufwände in der Konzeptionierung, der Planung, der Montage und der Wartung der Presse 301 minimiert.
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Abweichend von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist in 4 auch ein Ziehkissen 340 der Presse 301 gezeigt. Das Ziehkissen 340 hat einen als doppelt wirkenden Differentialzylinder ausgebildeten Hydrozylinder 342, in dem ein Kolben 344 mit einseitiger Kolbenstange 346 verschieblich angeordnet ist. Ein vom Kolben 344 und der Kolbenstange 346 begrenzter Ringraum 348 ist mit einem hydrostatischen Druckmittelspeicher 350 fluidisch verbunden. Über diesen kann eine Vorbeschleunigung des zu pressenden Bauteils zur Verringerung von Kraftspitzen beim Auftreffen des Pressenstößels erfolgen.
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Vom Kolben 344 ist weiterhin ein Druckraum 352 begrenzt, der über eine Druckmittelleitung 354 mit einer weiteren Hydromaschine 356 fluidisch verbunden ist. Auch diese ist als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit verschwenkbarer Schrägscheibe ausgestaltet und hat einen Schwenkwinkelsensor 28. Sie ist im offenen hydraulischen Kreis mit einem Tank T verbunden.
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Über die Druckmittelleitung 354 und die Hydromaschine 356 ist auf vorrichtungstechnisch einfache Weise Pressenarbeit, beziehungsweise Pressenergie, die vom Pressenstößel 22 auf die Kolbenstange 346 und den Kolben 344 übertragen wird, rekuperierbar. Hierzu ist die Hydromaschine 356 über eine Triebwelle 358 mit dem Elektromotor 18 gekoppelt. Andererseits kann der Elektromotor 18 die Hydromaschine 356 über die Triebwelle 358 antreiben, so dass Druckmittel in den Druckraum 352 gefördert wird und der Kolben 344 in seine Ausgangslage vor einem Pressenhub zurückgeschoben werden kann. Eine Richtungsumkehr des Druckmittelvolumenstroms in der Druckleitung 354 erfolgt dabei einfach über ein Durchschwenken der Schrägscheibe der Hydromaschine 356.
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Prinzipiell sind auch die ersten drei gezeigten Ausführungsbeispiele um die in 4 gezeigten Komponenten zur Energierückgewinnung erweiterbar.
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Das fünfte und letzte Ausführungsbeispiel einer Presse 401 gemäß 5 entspricht bis auf die Ausgestaltung der Energierückgewinnung dem Ausführungsbeispiel gemäß 4. Anders als bei diesem erfolgt die Energierückgewinnung im fünften Ausführungsbeispiel nicht alleine auf einem hydromechanischem, sondern zusätzlich auf einem elektromechanischen Weg. Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Presse 401 gemäß 5 einen modifizierten Elektromotor 418 auf. Dieser ist mit einer Elektromaschine 460 über eine elektrische Leitung 462 verbunden. Die Elektromaschine 460 ist über eine Triebwellenanordnung 464 mit einer Hydromaschine 468 gekoppelt, die mit einem Druckmittelanschluss mit dem Druckraum 352 und mit ihrem anderen Druckmittelanschluss mit einem Tank T verbunden ist. Die Hydromaschine 468 ist als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit durchschwenkbarer Schrägscheibe ausgestaltet und weist zur Messung eines Schwenkwinkels einen Schwenkwinkelsensor 28 auf. Fluidisch parallel zur Hydromaschine 468 ist in einer Druckmittelleitung 470 ein 2/2-Proportional-Wege-Sitzventil 472 in Servobauweise angeordnet. Dabei ist ein Arbeitsanschluss des Ventils 472 mit dem Druckraum 352 und der andere Arbeitsanschluss des Ventils 472 mit dem Tank T fluidisch verbunden. Über das Ventil 472 kann eine Bypassströmung vom Druckraum 352 unter Umgehung der Hydromaschine 468 direkt zum Tank T ausgebildet werden. Dies dient einem Abbau von möglichen Druckspitzen beim Pressvorgang und kann die Qualität des Kraft- und Geschwindigkeitsprofils des Ziehkissens 340 und damit die Teilequalität verbessern.
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Die Energierückgewinnung erfolgt gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel derart, dass über den vom Pressenstößel 22 niedergedrückten Kolben 344 Druckmittel aus dem Druckraum 352 verdrängt wird und, sofern das Ventil 472 nicht vollständig geöffnet ist und die Hydromaschine 472 einen Schwenkwinkel ungleich Null aufweist, über die Hydromaschine 468 das verdrängte Druckmittel vom Hochdruck hin zum Tankdruck entspannt wird. Dabei treibt die Hydromaschine 468 über die Triebwellenanordnung 464 die Elektromaschine 460 an, die im Generatorbetrieb über die elektrische Leitung 462 elektrische Leistung an die Antriebsmaschine 418 abgeben kann.
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Auch das in 5 gezeigte Konzept der Energierückgewinnung kann auf die bisher gezeigten Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 4 angewendet werden.
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Die Pressen 1; 101; 201; 301 und 401 können beispielsweise mit zwanzig bis dreißig Hüben pro Minute betrieben werden. Eine bevorzugte Übersetzung zwischen dem Pressenstößel 22 und der anderen Verdrängereinheit 4; 204 ist dabei etwa 1:5. Daraus folgt, dass die andere Verdrängereinheit 4; 204 mit etwa 100 bis 150 U/min laufen muss. Dazu ist sie als sogenannter Langsamläufer ausgestaltet.
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Die eine Verdrängereinheit 2; 202 sollte hingegen mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, etwa 1500 bis 2000 U/min, um einerseits einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und um andererseits mit einer vergleichsweise geringen Masse des Schwungrades 12 eine ausreichend hohe kinetische Energie bereitstellen zu können.
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Offenbart ist eine hydraulische Presse mit zwei Verdrängereinheiten, von denen eine mit einer Antriebsmaschine und die andere mit einem Pressenstößel koppelbar ist. Zumindest die eine Verdrängereinheit weist dabei ein verstellbares Verdrängungsvolumen auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 101; 201; 301; 401
- hydraulische Presse
- 2; 202
- eine Verdrängereinheit
- 4; 204
- andere Verdrängereinheit
- 6
- Erster Zulauf
- 8
- Erster Rücklauf
- 10
- Triebwelle
- 12
- Schwungrad
- 14
- Triebwelle
- 16
- Maschinenträger
- 18; 418
- Antriebsmaschine
- 20
- Triebwelle
- 22
- Pressenstößel
- 24
- 2/2-Wege-Sitzventil
- 26
- Rückschlagventil
- 28
- Schwenkwinkelsensor
- 130
- Elektromotor
- 207
- Zweiter Zulauf
- 209
- Zweiter Rücklauf
- 232
- Erste Hydromaschine
- 234
- Zweite Hydromaschine
- 236
- Erste Hydromaschine
- 238
- Zweite Hydromaschine
- 340
- Ziehkissen
- 342
- Hydrozylinder
- 344
- Kolben
- 346
- Kolbenstange
- 348
- Ringraum
- 350
- Hydrospeicher
- 352
- Druckraum
- 354
- Druckmittelleitung
- 356
- Hydromaschine
- 358
- Triebwelle
- 460
- Hydromaschine
- 462
- Druckmittelleitung
- 464
- Triebwellenanordnung
- 468
- Hydromaschine
- 470
- Druckmittelleitung
- 472
- 2/2-Proportional-Wege-Sitzventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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