用于驱动液压传动装置的方法和液压传动装置

摘要

本发明涉及一种用于驱动液压传动装置(10)的方法，该液压传动装置具有液压气缸-活塞单元(12)，该单元具有可以沿着上部死点与下部死点之间的工作方向(14)行进的工作活塞(16)，其中预先给定工作活塞沿着工作方向的位置的预定值，以及检测工作活塞沿着工作方向的位置的实际值，以及根据预定值和实际值调节工作活塞的运动。本发明此外涉及一种液压传动装置(10)。

说明书

本发明涉及一种用于驱动液压传动装置的方法，该液压传动装置具有液压的气缸-活塞单元，该单元具有可以沿着上部死点与下部死点之间的工作方向行进的工作活塞，其中预先给定工作活塞沿着工作方向的位置的预定值，并且测定工作活塞沿着工作方向的位置的实际值，并且根据预定值和实际值调节工作活塞的运动。

此外，本发明涉及一种液压传动装置，其具有液压的气缸-活塞单元以及可以沿着上部死点与下部死点之间的工作方向行进的工作活塞，其中设定装置设置用于预先给定工作活塞沿着工作方向的位置的预定值，并且其中可以测定工作活塞沿着工作方向的位置的实际值，并且其中设置有调节反馈部，该调节反馈部根据实际值与用于预先给定预定值的设定单元协作。

所提及的液压传动装置尤其用于冲床、冲压机、步冲机或者弯曲机。在此，在加工工艺期间通常要求工作活塞的双冲程，例如从上部死点出发至下部死点并且回到上部死点的运动。

对于所提及的加工机器的工作结果的质量，决定性的尤其是上部死点和下部死点的位置的精确性以及可复制性。这例如在冲压或弯曲过程中是显然的，因为在此下部死点的位置直接确定所加工的工件的形变。

在该情况下证明为有问题的是，在通过预先给定预定值来控制工作活塞的运动时，工作活塞的位置的实际值通常与该位置的预定值偏差。该所谓的随动(Nachlaufen)导致上部和/或下部死点的精确性和可复制性的不准确性，并且由此导致制造工艺中的不准确性。

随动可以有不同的原因。如果例如通过带有可推移的阀活塞(以调节可变的阀开口)的比例阀来为用于使工作活塞运动的液压的气缸-活塞单元供给液压液，则阀活塞由于其通常较小的质量而可以比厚重的工作活塞快得多地来控制。因此，预定值的改变可以比较快地进行，而工作活塞的位置改变的速度受惯性力限制。此外，在借助所描述类型的比例阀进行控制时会在调节实际值的准确性方面由于如下原因而产生问题：在比例控制的情况下，阀开口与实际值和预定值的偏差成比例地改变。在实际值接近预定值的情况下，阀开口变小并且由此通过控制阀的体积流量变小，这延迟了工作活塞至预定位置的运动。

为了在双冲程的情况下使工作活塞精确地并且可复制地向上部死点或下部死点行进，用于调节和协调预定值和实际值的措施是必需的并且已知有不同类型。

为了阐述技术背景，在图2a中示出了在借助开头提及类型的液压传动装置来实施上部死点(OT)与下部死点(UT)之间的双冲程时，预定值(X_CMD)和实际值(X_FBK)的时间变化曲线。在此，在横轴上绘制了前进的时间，在纵轴上绘制了工作活塞的位置。从上部死点OT出发，首先将预定值X_CMD预先给定为下部死点UT。随后，实际值X_FBK接近下部死点UT。出于上面描述的原因，实际值X_FBK的时间变化与预定值X_CMD相比延迟地进行。实际值X_FBK跟随预定值X_CMD(“随动”)。尤其在下部死点UT左右的范围中，实际值X_FBK仅仅随着时间缓慢改变(可以根据曲线X_FBK的平的斜率看出)，这归因于实际值X_FBK与预定值X_CMD的小的偏差。

为了引入对于双冲程必需的运动反转，在根据图2a的时间变化曲线中预先给定下部位置阈值UT1。一旦实际值X_FBK达到下部位置阈值UT1(在图2a中在时刻T_UT1)，则预定值X_CMD向回朝着上部死点OT引导。在预定值X_CMD的该改变之后，实际值X_FBK首先仍以其原始方向朝着下部死点UT行进(例如由于工作活塞的质量惯性)，并且在运动反转之后从下部死点UT朝着上部死点OT运动。在此，出于所提及的原因而又出现实际值X_FBK与预定值X_CMD之间的偏差(“随动”)，其中实际值X_FBK与预定值X_CMD越接近，则实际值X_FBK的时间变化越缓慢。

为了能够合理确定双冲程的结束，预先给定了在上部死点OT以下的上部位置阈值OT1。在时刻T_OT1，实际值X_FBK达到上部位置阈值OT1。上部位置阈值OT1选择为接近上部死点OT，使得达到上部位置阈值OT1可以视为双冲程结束。在该意义下，从所描述的过程开始直至时间T_OT1的持续时间可以视为双冲程的过程持续时间。

类似的调节方法例如可以从EP 1 462 660 A1中获悉。

在加工机器中使用开头提及的液压传动装置时，除了活塞运动的准确性(也即上部死点和下部死点的精确性和可复制性)之外，工作过程的快速性对于经济性也是决定性的。通常希望尽可能短的持续时间用于实施双冲程。这使得工作活塞的快速运动和快速的运动改变是必需的。

在此，在借助比例阀进行之前描述的对于双冲程的调节时尤其出现如下问题：在实际值与预定值的偏差小的情况下，比例阀的阀开口小并且由此用于供给传动装置的液压液的体积流量小。出于该原因，一旦实际值位于所希望的预定值(即尤其是上部和下部死点)的范围中，则工作活塞的位置调节仅仅缓慢地进行。这会导致双冲程的所不希望的较长过程持续时间。

本发明基于如下任务：能够实现具有改进的经济性的液压传动装置工作。

该任务通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求4的装置来解决。

根据本发明的方法的特征在于，为了实施工作活塞的从上部死点出发的双冲程，首先将预定值预先给定为下部死点以下的下部过调位置，并且，当实际值达到下部死点以上的转换值时，则将预定值预先给定为上部死点以上的上部过调位置，用于使工作活塞运动反转，并且此后，当实际值达到上部死点以下的静切换值(Ruheschaltwert)时，将预定值预先给定为上部死点。

该方法尤其适用于液压传动装置在冲床、冲压机、步冲机或弯曲机中的工作。

在根据本发明的方法中，很大程度上在从上部死点出发至下部死点并且然后回到静切换值的整个运动期间引起预先给定的预定值与实际值之间较大的偏差。与开头所示的现有技术不同，据此有意识地引起液压传动装置的随动。因此并不等待直到实际值与预定值几乎一致。

由此，首先可以极大地缩短预先给定所希望的预定值与调节相关的实际值之间的调节时间。这例如在借助作为比例阀工作的调节阀来驱动液压传动装置时变得明显，其中提供阀开口用于与预定值和实际值之间的偏差成比例地为液压传动供给液压液。因为在根据本发明的方法中有意识地引起预定值与实际值之间的比较大的偏差，所以在所描述的调节阀中几乎在整个双冲程上设置大的阀开口。因此，传动装置被供给有比较大的体积流量的液压液，并且工作活塞尤其在上部和下部死点左右的范围中的运动比在所描述的已知的调节方法情况下更快。

总之，借助根据本发明的驱动方法，可以在保持活塞运动在上部和下部死点中的精确性的情况下实现双冲程的明显缩短的过程持续时间，并且因此实现改进的经济性。

为了在根据本发明的方法情况下保证工作活塞的运动的高度精确性，转换值(UT2)和/或下部过调位置(XUT)有利地选择为使得在工作活塞运动反转时实际值位于下部死点中。

然而，在某些应用中也会有利是：转换值和/或下部过调位置选择为使得实际值始终在下部死点以上。

作为根据本发明的方法的另一方面可以设计的是，静切换值和/或上部过调位置选择为使得实际值始终在上部死点以下或者等于上部死点。由此防止工作活塞超过上部死点。

如果借助根据本发明的方法来驱动液压传动装置，其中该传动装置具有调节阀为气缸-活塞单元供给用于使工作活塞运动的液压液，其中调节阀至少可以在用于使工作活塞沿工作方向(也即沿上部死点到下部死点的方向)运动的驶出状态和用于使工作活塞逆着工作方向运动的驶入状态之间进行切换，则该方法的有利扩展方案通过如下方式得到：确定预定值与实际值之间的调节偏差，并且根据在驶入状态或在驶出状态的调节偏差来切换调节阀。

为了解决开头设置的任务，此外提出一种液压传动装置，该液压传动装置具有液压气缸-活塞单元，该单元具有可以沿着工作方向在上部死点与下部死点之间行进的工作活塞，其中此外设置有设定装置用于预先给定工作活塞沿着工作方向的位置的预定值，并且其中可以测定工作活塞沿着工作方向的位置的实际值，并且其中此外设置有调节反馈部，其根据实际值与用于预先给定预定值的设定装置协作。在根据本发明的传动装置中，设定装置构建为使得可以将预定值预先给定为下部死点以下的下部过调位置和预先给定为上部死点以上的上部过调位置，并且调节反馈部构建为使得可以预先给定下部死点UT以上的转换值UT2以及上部死点OT以下的静切换值OT2，并且调节反馈部与设定装置协作，使得当实际值达到转换值UT2时，将预定值预先给定为上部的过调位置XOT，并且当实际值从下部死点UT的方向达到静切换值OT2时，将预定值预先给定为上部死点OT。

在此，调节反馈部在最广泛的意义上表示用于接收并处理被检测的实际值以预先给定预定值的装置。在此可能的是机械的调节反馈部，其例如在工作活塞与设定装置之间，然而也可能的是电子设备。

这种装置可以以有利的方式借助上面阐述的方法来工作。因此，借助根据本发明的装置，比较快的活塞运动和运动改变是可能的，这能够实现工作活塞的双冲程的短的工程持续时间并且由此实现具有提高的经济性的工作。

该装置进一步有利地通过如下方式来构建：设置有位置检测部，用于检测工作活塞尤其沿着工作方向的位置的实际值。为此例如考虑光学、电子、磁性或者机械的测量装置。

一个特别优选的扩展方案通过如下方式得出：设置有调节阀，用于为气缸-活塞单元供给用于使工作活塞运动的液压液，其中调节阀至少可以在用于使工作活塞从上部死点向下部死点(也即工作方向)运动的驶出状态与用于使工作活塞从下部死点向上部死点(也即逆着工作方向)运动的驶入状态之间进行切换。在该扩展方案中，为了预先给定预定值仅仅必须操作调节阀。

在此有利的是，调节阀可以根据预定值并且根据实际值借助调节反馈部来进行切换。调节反馈部在该情况下起设定装置的作用或包括设定装置，或者是设定装置的组成部分。

作为另一扩展方案，调节阀可以在驶出状态、驶入状态和中性状态之间进行切换，在中性状态中气缸-活塞单元不被输送液压液，或者在该中性状态中至少抑制为气缸-活塞单元供给用于使工作活塞运动目的的液压液。由此能够实现的是，将工作活塞保持在静位置(Ruheposition)中。尤其考虑3/3或4/3方向阀作为调节阀。

有利的是，调节反馈部在此构建为使得可以预先给定工作活塞的位置的保持值，并且，当实际值与保持值一致或至少基本上一致，或者预定值与实际值都与保持值一致或至少基本上一致时，例如在可预先给定的、在保持值左右的位置窗内或者在位置阈值与保持值之间时，将调节阀切换到中性状态中。由此，在达到过程的结束、例如双冲程的结束时，可以将工作活塞保持在静止中。

对于该装置的另一扩展方案，调节阀构建为连续阀，并且调节反馈部构建为使得实际值与预定值偏差越多，则为气缸-活塞单元供给越大的体积流量。由于该比例调节，则时间的实际值曲线比预先给定的时间的预定值曲线滞后越多，则工作活塞运动越快。调节阀例如构建为具有可推移的阀活塞的比例阀，其中可以通过阀活塞的移动来提供可连续改变的阀开口。

另一扩展方案通过如下方式得出：调节阀构建为具有可连续改变的调节开口的比例阀，并且调节反馈部构建为使得可以确定预定值与实际值之间的调节偏差，并且调节开口可以与调节偏差成比例地改变。由于比例阀的可连续改变的调节开口，连续调节通过调节阀的体积流量是可能的。调节偏差尤其确定为预定值与实际值之间的偏差，其中例如从上部死点出发朝着下部死点的方向将正值与位置关联，并且因此当预定值比实际值更接近下部死点时，调节偏差是正的。当然，符号选择也可以以相反的方式进行。

为了预先给定预定值，设定装置优选地包括(尤其为电的)线性电动机或者旋转电动机-小齿轮-齿条单元。也可能的是，预定值的预先给定通过旋转电动机来进行，该旋转电动机与可通过旋转来在驶入状态和驶出状态之间进行切换的调节阀协作。在此进一步可能的是，实际值通过小齿轮的旋转经由与小齿轮啮合的齿条来输送给调节阀。

为了能够在同时保持上部和下部死点的精确性的情况下也实现工作活塞的复杂的运动行程，例如带有可分区段变化的活塞速度的双冲程，有利地是设置CNC控制单元，借助该控制单元可以控制用于预先给定预定值的设定装置。

本发明的其他有利的扩展方案可以从下面的描述中获悉，借助下面的描述来详细描述和阐述在附图中所示的本发明的实施形式。

其中：

图1示出了根据本发明的液压传动装置的示意图；

图2a为了阐述技术背景而示出了在双冲程情况下预定值和实际值的时间变化曲线；

图2b示出了根据本发明的方法在双冲程的情况下预定值和实际值的时间变化曲线。

在图1中所示的液压传动装置10包括液压气缸-活塞单元12，其具有可以沿着和逆着工作方向14行进的工作活塞16。工作方向14在图1中以箭头来表明。工作活塞16可以在上部死点OT和下部死点UT(工作活塞16的沿着工作方向14完全驶出的状态)之间行进，该上部死点在图1中对应于逆着工作方向14完全驶入的状态。

为了确定给出工作活塞16沿着工作方向14的位置的实际值XFBK，设置了位置检测部18。

工作活塞16对驶出压力空间A形成边界，该驶出压力空间可以被施加液压的压力液用于使工作活塞16沿着工作方向14运动。此外，工作活塞16对驶入压力空间B形成边界，该驶入压力空间可以被施加以压力液用于使工作活塞16逆着工作方向14驶入。在此，液压的气缸-活塞单元12构建为液压的差动气缸，其中驶入压力空间B的对于使工作活塞16运动有效的液压作用面比驶出压力空间A的液压作用面小。

液压的传动装置10具有调节阀20，用于为气缸-活塞单元12供给液压液。调节阀20构建为3/3方向阀，其具有与驶出压力空间A连接的工作端子，以及具有压力端子P和储藏端子(Tankanschluss)T。调节阀20可以在三个切换位置a、0、b之间进行切换，其中在切换位置a中，压力端子P与工作端子连接，即与驶出压力空间A连接。在切换位置b中，驶出压力空间A与储藏端子T连接。切换位置0表示中性状态，在中性状态中压力空间A被封闭以防止液压液的馈送或输出。在所有三个切换位置中，具有较小的液压作用面的驶入压力空间B都与压力端子P压力连接。

为了预先给定工作活塞16的位置的预定值X_CMD，在传动装置10中设置有设定装置30。设定装置30包括旋转电动机M1，借助该旋转电动机可以使与齿条34啮合的小齿轮32旋转。因此，齿条34可以通过旋转电动机M1来移动。此外，在图1中以点线示出了一个替选的实现形式，其具有线性电动机M2，借助该线性电动机可以移动条杆34。

在所示的示例中通过设定装置30与调节阀20的协作来预先给定预定值，其中设定装置30尤其操作调节阀20。

为此，例如工作活塞16的实际值X_FBK通过轭部38以机械方式输送给调节阀20的控制输入端。然而也可能的是电输送。在输送方面例如可能的是，调节阀20包括可以在与切换位置a、0、b相关的位置之间移动的阀活塞(未示出)，其中阀活塞移动到位置a(或b)中越多，则通过将阀活塞移动到位置a(或b)中提供调节阀20的越大的调节开口。在此，阀活塞通过轭部38与工作活塞16的运动耦合，使得阀活塞20以复制阀的方式工作。如在图1中表明的那样，在该情况下设定装置30作用于调节阀20的未示出的另一控制输入端。该另一控制输入端例如可以与调节阀的以可移动的方式安置的控制衬套(未示出)协作，其中阀活塞在该控制衬套中以可移动的方式放置。

通过这种设置实现了：如果预定值X_CMD沿工作方向14超过了实际值X_FBK，则调节阀20被切换到切换位置a中。反之，如果预定值X_CMD落后于实际值X_FBK，则调节阀20被切换到切换位置b中。当预定值X_CMD与实际值X_FBK一致，则调节阀20被切换到中性状态0中。

为了根据实际值X_FBK预先给定预定值X_CMD，在液压传动装置10中设置有调节反馈部40。调节反馈部40被包括控制装置42，其被输送有由位置检测部18检测的、例如作为电信号的实际值X_FBK。控制装置42然后根据信号X_FBK产生输出信号用于预先给定设定装置30的预定值X_CMD。

传动装置10还包括CNC控制装置50，例如用于预先给定时间运动过程。借助CNC控制装置50可以预先给定可随时间变化的位置值X，其同样输送给控制装置42。控制装置42因此控制设定装置30，用于一方面根据实际值X_FBK另一方面根据位置值X预先给定预定值X_CMD。

下面借助图2b阐述在借助液压传动装置10进行工作活塞16的双冲程时预定值X_CMD和实际值X_FBK的时间变化曲线，其中参考在图1中所示的液压传动装置10。在图2b的示图中，在纵轴上绘制了对应于工作活塞16沿着工作方向14的位置的位置值，并且在横轴上绘制了时间发展。

在过程开始时，工作活塞16位于上部死点OT中，也即在相反于工作方向14的驶入状态中。因此，实际值X_FBK和预定值X_CMD位于上部死点OT中。然而也可能的是，将预定值X_CMD设置为另一值，并且实际值X_FBK仅仅暂时地位于上部死点(OT)中。

为了引入在上部死点OT与下部死点UT之间的双冲程，首先将预定值X_CMD预先给定为下部死点UT以下的下部过调位置XUT。

为此，在传动装置10中，CNC控制装置50首先产生相应的位置值X，其被输送给控制装置42。控制装置42然后激励设定装置30的旋转电动机M1，使得调节阀20被切换到切换位置a中。在此，例如在调节阀20中设置的阀活塞被相应地移动。因此，可以将预定值X_CMD从上部死点OT引向下部过调位置XUT的可能速度尤其是通过阀活塞的运动速度来进行限制。因此在图2b中预定值X_CMD并非阶跃状地、而是连续地向下部过调位置XUT引导。

另一方面也可能的是，通过CNC控制装置50有针对性地以连续方式预先给定预定值X_CMD的时间变化曲线。

由于工作活塞16的质量惯性和/或由于通过调节阀20的受限制的液压液体积流量，实际值X_FBK并不直接跟随预定值X_CMD，而是随着时间发展而落在其后。

在时间T_UT2之后，实际值X_FBK达到下部转换值UT2。这被位置检测部18检测并且被输送给控制装置42。因此，预定值X_CMD被借助设定装置30预先给定为上部过调位置XOT。

如上面阐述那样，预定值X_CMD并不阶跃状地改变，而是随着连续的时间变化而改变。尤其在图2b中可看出的是，预定值X_CMD从时刻T_UT2起在一定的持续时间上仍位于下部死点UT以下。因此，在运动反转进行之前并且在实际值朝着上部死点OT向回运动之前，工作活塞16的位置的实际值X_FBK在时刻T_UT2之后也还继续接近下部死点UT。

在时刻T_OT2，实际值X_FBK从下部死点UT的方向超过上部死点OT以下的静切换值OT2。因此，预定值X_CMD从上部过调位置XOT回到上部死点OT。

在根据图2b的示例中，一方面将下部过调位置XUT并且另一方面将转换值UT2选择为使得实际值X_FBK在运动反转时恰好在下部死点UT中。然而，通过合适地选择转换值UT2和/或下部过调位置XUT，可以将实际值X_FBK在工作活塞16运动反转的时刻尤其设置为在上部死点OT与下部死点UT之间的、可自由选择的值。

此外，可以通过合适地确定静切换值OT2和/或上部过调位置XOT来影响运动反转之后实际值X_FBK的运动变化曲线。

实际值X_FBK的改变速度一方面可以直接通过如下方式来变化：随着相应的时间变化来预先给定预定值X_CMD。

如果如上面阐述的那样将比例阀用于调节阀20，则实际值X_FBK与预定值X_CMD偏差越强烈，通过调节阀20的液压液的体积流量越大，并且由此工作活塞16的运动越快。由此，实际值X_FBK的改变率也可以通过如下方式受影响：相应地调节实际值X_FBK与预定值X_CMD之间的偏差。这也可以通过选择下部过调位置XUT、转换值UT2、上部过调位置XOT和静切换值OT2来进行。尤其由此可以引起快速或者延迟的运动反转。

出于比较目的，在图2b中标出了上部位置阈值OT3，实际值X_FBK在时刻T_OT3超过该位置阈值。如在阐述图2a中的技术背景时那样，该上部位置阈值OT3用于限定双冲程的末端。因此，从过程开始至时刻T_OT3的持续时间用作双冲程的过程持续时间的度量。从图2a与图2b的比较中看出的是，可以借助根据本发明的方法将过程持续时间缩短时间段T_G(在图2a中标出)。