專利名稱：用于運行機床中的被驅(qū)動的軸的方法和裝置的制作方法
用于運行機床中的被驅(qū)動的軸的方法和裝置本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求I的前序部分的用于運行機床中的被驅(qū)動的軸的方法和一種按照權(quán)利要求9的前序部分的裝置。機床，其中也包括壓鑄機(注模機)，大多數(shù)都具有多個被驅(qū)動的軸，其具有部分地非常大的和不同的負荷區(qū)域。在壓鑄機中，例如注射過程，即將熔液輸送到模具的腔中的過程，是具有可變性最大的要求的過程(工序)。在此情況下，必須依據(jù)應(yīng)用情況控制一個極端的速度和壓力范圍。因此要求每秒十分之幾毫米至每秒I米的注射速度。在負荷區(qū)·域中這些要求可以從低于IOObar延伸到高于2000bar。在極端考慮情況下，功率需求由此以一個直至20000的系數(shù)變化。如果用現(xiàn)今常用的驅(qū)動裝置要求來覆蓋這種應(yīng)用寬度，那么該功率至少不能夠在全部應(yīng)用情況中以能量最優(yōu)的方式被提供使用。因此，高的功率峰值僅僅直到一定的功率極限上能夠直接地由液壓的泵(例如調(diào)節(jié)泵或定量泵)直接地提供使用。自一定的功率極限起，需要中間存儲(例如通過液壓蓄能器)和從這種存儲中調(diào)用功率。本發(fā)明的目的是，給出一種用于在機床中的被驅(qū)動的軸的總驅(qū)動裝置以及一種用于其運行的方法，該總驅(qū)動裝置或該方法能夠在預(yù)先設(shè)定的性能特性(功率特性)(Leistungsprofil)下(例如盡可能能量效益高地)覆蓋盡可能寬的功率范圍。該目的按照方法方面通過在權(quán)利要求I中給出的特征實現(xiàn)和在按照裝置方面通過在權(quán)利要求7中給出的特征實現(xiàn)。按照本發(fā)明的構(gòu)思，至少兩個不同的驅(qū)動裝置被耦聯(lián)成一個共同的(聯(lián)合的)有效驅(qū)動裝置(作用驅(qū)動裝置)，其中，用于每個驅(qū)動裝置的性能數(shù)據(jù)被存儲和記載在特性值或特性曲線中(在此處，各個驅(qū)動裝置的全部的特征數(shù)據(jù)和消耗數(shù)據(jù)被稱為性能數(shù)據(jù))。最好也可以將三個或更多個驅(qū)動裝置“聯(lián)接起來”。按照本發(fā)明，此時確定用于被驅(qū)動的軸的性能要求(功率要求)并且預(yù)先設(shè)定性能特性。作為性能特性，例如可以預(yù)先設(shè)定一個盡可能小的能量消耗或在總驅(qū)動裝置的一定的最小動力性下的一個盡可能小的能量消耗，等等。在性能要求的基礎(chǔ)上，確定出驅(qū)動裝置的盡可能滿足預(yù)先設(shè)定的特性(例如盡可能小的能量消耗)的那個運行組合。驅(qū)動裝置然后用被確定的運行組合來驅(qū)動。按照本發(fā)明，現(xiàn)在可以將具有不同的技術(shù)特性和性能的驅(qū)動裝置聯(lián)接起來。例如可以將電機作為電動馬達與液壓缸耦聯(lián)，后者由液壓泵和/或液壓的蓄能器驅(qū)動。液壓缸和被耦聯(lián)的電機的組合然后作用于驅(qū)動軸上。泵以及蓄能器對液壓缸(也包括同步缸或差動缸)的柱塞尤其是雙作用的柱塞加載，其中，正是該柱塞又與電驅(qū)動裝置連接。在運行總驅(qū)動裝置時，現(xiàn)在可以實現(xiàn)各單獨的、被聯(lián)接起來的驅(qū)動裝置的不同的組合?？梢詢H僅激活電驅(qū)動裝置并且其它的(液壓的)驅(qū)動裝置可以被非激活地連接或連接在空轉(zhuǎn)模式下。備選地，可以只有液壓的泵運行并且另外的驅(qū)動裝置又連接在空轉(zhuǎn)模式下。按照第三實施例，可以僅僅操縱蓄能器。但是此外也可以實現(xiàn)前述單獨的驅(qū)動裝置的組合的驅(qū)動裝置，即激活的蓄能器與激活的馬達的組合，或激活的蓄能器與激活的泵的組合和激活的馬達與激活的泵的組合。在第七實施例中，也可以同時實現(xiàn)激活的蓄能器，激活的馬達和激活的泵的組合。由此具有關(guān)于驅(qū)動裝置的七種不同的組合可能性。如果采取預(yù)防措施，使得不僅電機作為電動馬達而且作為發(fā)電機和此外液壓的元件不僅作為泵而且作為液壓馬達來運行，那么這些備選方案還將增多。在這種情況下，針對激活的蓄能器和激活的馬達的組合還有兩個子組合，針對激活的蓄能器和激活的泵的組合也有兩個子組合，針對激活的馬達和激活的泵的組合有四個子組合和針對激活的蓄能器，激活的馬達和激活的泵的組合也有四個子組合，因此，即總共有16種不同的組合可能性用于運行前述的總驅(qū)動裝置。依據(jù)電機和液壓的元件的運行方式，即在相應(yīng)的驅(qū)動模式或再生模式下，在當前描述的、由三個具有蓄能器的單獨驅(qū)動裝置構(gòu)成的示例情況下，蓄能器的特性值有如可以被移動。這在后面還要借助于實施例進行詳細說明。但是作為驅(qū)動裝置，除了所述的液壓蓄能器，液壓泵和電驅(qū)動裝置以外，還可以有另外的驅(qū)動裝置，如高力矩馬達，線性驅(qū)動裝置等等。組合可能性和可變化性依據(jù)組合情況相應(yīng)地改變。如果電機，利用該電機可以實現(xiàn)一種電動馬達，也設(shè)計成可作為發(fā)電機驅(qū)動，那么 在再生運行中多余的能量就可以轉(zhuǎn)換成電能并且回饋到系統(tǒng)中。同樣也適用于當液壓的元件，其被驅(qū)動作為泵起作用，也作為液壓馬達被運行時的情況。如果該液壓馬達與一個另外的電機耦聯(lián)，該電機也是可以作為發(fā)電機驅(qū)動的，那么也可以在再生模式下產(chǎn)生電能并且電能被回饋到系統(tǒng)中。其它的優(yōu)點和特征在從屬權(quán)利要求中限定。以下借助于具體的實施例和參照附圖
詳細說明本發(fā)明。附圖中，
圖I顯示了本發(fā)明的一個具體的設(shè)計方案的示意框圖和
圖2顯示了按照在壓鑄機中圖I所示的具體的設(shè)計方案，用于說明依賴于調(diào)節(jié)泵的不同的系統(tǒng)壓力特性曲線的圖形
圖3顯示了按照在壓鑄機中圖I所示的具體的設(shè)計方案，用于說明依賴于電機的不同的注射力特性曲線的圖形
圖4顯示了按照在壓鑄機中圖I所示的具體的設(shè)計方案，用于說明在注射裝置中的不同的負荷區(qū)域的圖形。圖I中示出了用于被驅(qū)動的軸的總驅(qū)動裝置，即在壓鑄機的一個注射單元中的軸向驅(qū)動裝置，其由三個不同的驅(qū)動裝置組成部分組成。在此情況下，被驅(qū)動的軸的(本身沒有示出的)被驅(qū)動的操作元件(例如注射蝸桿或注射柱塞)與示出的雙作用的(雙動的)柱塞的柱塞桿連接，該柱塞容納在一個液壓柱塞中并且形成液壓的柱塞一缸單元2。該柱塞一缸單元具有在雙作用的柱塞兩側(cè)的兩個液壓的壓力室。柱塞當前是以傳力配合的方式與電機連接。該電機I是可以作為馬達和發(fā)電機運行的、由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的單元，它經(jīng)由傳動機構(gòu)(例如齒桿一小齒輪組合或螺母一主軸組合)作用于柱塞桿并且與柱塞桿作用連接。柱塞-缸-單元2的壓力室在閥門(例如比例閥，伺服閥或分配閥)10的中間連接下可以被施加壓力流體。壓力流體或者來自泵40，該泵經(jīng)由可變地控制的馬達來驅(qū)動。此夕卜，泵40也可以作為液壓馬達工作，其中，與泵40連接的馬達此時作為發(fā)電機起作用。可選擇地，在另一個閥門30的中間連接下，液壓泵40可以與閥門10連接。最后設(shè)置有液壓的蓄能器3，在其中可以在壓力下存儲液壓流體。該蓄能器3經(jīng)由第三閥門20分別與閥門30和10連接，如圖I中所示。依據(jù)閥門10，20和30的位置，由此形成在柱塞-缸-單元2的壓力室，蓄能器3和泵40之間的不同的連接可能性。例如，如果這樣地定位閥門20和30，使得蓄能器3與泵按照流動方式相連接，那么一方面泵可以對蓄能器充電或者另一方面蓄能器驅(qū)動作為發(fā)電機的泵。在一方面相應(yīng)地定位的閥門20或30和另一方面相應(yīng)地定位的閥門10的情況下，泵40可以可選擇地驅(qū)動柱塞-缸-單元2的雙作用的柱塞或者對蓄能器3充電。如果閥門10，20和30被相應(yīng)地定位，那么不僅泵40而且蓄能器3都可以在相同的方向上同時對雙作用的柱塞加載。由此依據(jù)閥門的轉(zhuǎn)換位置，可以只通過作為電動馬達作用的電機1，只通過泵40，只通過蓄能器或通過兩個單獨驅(qū)動裝置的組合或所有單獨驅(qū)動裝置的組合來驅(qū)動沒有示出的注射單元。此外，電機和液壓的元件可以在再生模式下運行。由此可以通過單獨驅(qū)動裝置的不同的組合最佳地滿足針對被驅(qū)動的軸的、被確定 的性能要求。依據(jù)組合方式，在此將消耗或多或少的能量。如果例如在蓄能器運行期間作為發(fā)電機工作的電機的多余能量被輸回到系統(tǒng)中(例如饋送到中間電路中)，那么可以避免能量的浪費并且由此提高驅(qū)動裝置的效率。該系統(tǒng)，尤其是對各單獨驅(qū)動裝置相應(yīng)地加載的(當前沒有示出的)控制或調(diào)節(jié)機構(gòu)，由存儲的性能數(shù)據(jù)確定出對應(yīng)于性能特性對該性能要求有利的運行組合。利用被確定的運行組合，各單獨驅(qū)動裝置然后被相應(yīng)地加載或者在再生模式下運行。從圖4中可以看到在負荷點的覆蓋方面各單獨的驅(qū)動裝置的組合的效果。在此情況下，負荷點可以對應(yīng)于性能要求。在圖2，圖3，圖4的曲線圖中，在橫坐標上或者示出注射速度V或者示出按照比例相關(guān)的體積流Q和在縱坐標上示出注射力F或者按照比例相關(guān)的液壓的壓力P，其中，(在圖4中)不同的負荷點被繪制在負荷特性曲線LK_1，LK_2，LK_3和LK_4上。依據(jù)負荷點落入的該曲線圖的區(qū)域，該負荷點位于這樣的一個區(qū)域中，在該區(qū)域中它可以被由圖I中的其中一個單獨的驅(qū)動裝置(分驅(qū)動裝置)或這些單獨的驅(qū)動裝置(分驅(qū)動裝置)的一種組合覆蓋。因此曲線圖(圖2)的陰影區(qū)域110示出這樣的區(qū)域，該區(qū)域僅僅通過運行液壓泵或調(diào)節(jié)泵40就能夠被覆蓋。在此情況下，負荷點LP1_1 (圖4)通過調(diào)節(jié)泵40在直接的運行中在全壓力下被覆蓋。需要的油流量在此處為調(diào)節(jié)泵的有效功率(容量)的大約90%。這標出了調(diào)節(jié)泵40的功率極限。液壓流體的通流量例如可以通過調(diào)節(jié)在相應(yīng)的調(diào)節(jié)泵中的回轉(zhuǎn)角(擺動角)以及也可以通過驅(qū)動的電動馬達的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來達到。能源效率在此是非常好的并且不僅在經(jīng)由回轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)下而且在經(jīng)由電動馬達的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)下都是非常良好的。在此情況下幾乎沒有節(jié)流損失。負荷點LP1_2(圖4)也可以僅僅通過調(diào)節(jié)泵40在直接的運行中以減小的壓力覆蓋。在此情況下油流量位于調(diào)節(jié)泵的功率的大約40%的范圍中。減小的通流量又可以通過調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)角以及也通過減小對泵驅(qū)動的電動馬達的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。在此，在調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)角情況下或在通過電動馬達減小轉(zhuǎn)速情況下實現(xiàn)不同的能量消耗值。在曲線圖中的陰影區(qū)域112(圖3)可以直接地經(jīng)由驅(qū)動裝置借助于作為電動馬達作用的電機I來覆蓋。在此處可以看到，負荷點LP1_3 (圖4)不僅可以由電機I而且可以由調(diào)節(jié)泵40單獨地覆蓋。在此情況下幾乎沒有效率差別。負荷點LP4_1，LP4_2, LP3_4, LP1_3和LP2_3可以通過電機I單獨地覆蓋。在全部其余的負荷點中，在按照圖I的實施例的總驅(qū)動裝置中，蓄能器3必須作為能量儲存器被接通。但是，在運行蓄能器3期間特性曲線可以通過液壓的元件2的不同的運行方式(驅(qū)動或再生運行)以及通過電機I的不同的運行方式(驅(qū)動或再生運行)在曲線圖中移動。因此，調(diào)節(jié)泵的不同的運行引起蓄能器的速度軸的零點的移動。沒有泵的運行時，蓄能器特性曲線通過特性曲線120(圖2)表征。該特性曲線由于在液壓線路中的節(jié)流損失而隨著注射速度V下降。如果現(xiàn)在調(diào)節(jié)泵40被作為驅(qū)動裝置接入，那么特性曲線在曲線圖 中向右移動(現(xiàn)在是圖2中的特性曲線124)。如果調(diào)節(jié)泵被作為液壓馬達使用，那么蓄能器附加地驅(qū)動液壓的元件，由此特性曲線向左移動(圖2中的特性曲線122)。在最后的情況中，蓄能器3的液壓功率不僅供給柱塞-缸-單元2，而且現(xiàn)在也供給作為液壓馬達工作的調(diào)節(jié)泵40。 以相同的方式，在相應(yīng)地接入電機I情況下，蓄能器3的特性曲線在曲線圖中向上或向下移動。電動馬達的力或作為發(fā)電機運行的電機的力與蓄能器在柱塞上的力相加或相減，從而依據(jù)電動馬達的運行方式，蓄能器特性曲線沒有被移動(圖3，特性曲線128)，在作為馬達作用的電機情況下被向上移動(圖3，特性曲線129)和在作為發(fā)電機作用的電機情況下被向下移動(圖3，特性曲線126)。就此而言，依據(jù)驅(qū)動裝置的組合可以不同地覆蓋不同的負荷點。負荷點LP2_1，LP3_1 (圖4)只能夠在系統(tǒng)的最大的負荷程度情況下被覆蓋。這意味著，全部三個可供使用的分驅(qū)動裝置必須共同地產(chǎn)生一個功率并且輸入到系統(tǒng)中。換言之，這意味著，電機I作為電動馬達工作，蓄能器3用于在相同的方向上對柱塞加載并且液壓的元件作為調(diào)節(jié)泵40工作(在圖4中的SL1，SL2，SL3描繪了在各組成部分的不同的運行方式下可能的系統(tǒng)功率特性曲線)。盡管隨著注射速度增大節(jié)流損失不可避免地也增大，這意味著，能量效率下降。但是通過單獨系統(tǒng)一般地完全不能或者幾乎不能提供這些上述性能要求。負荷點LP2_2可以只通過蓄能器3的支持來覆蓋。但是，為了使蓄能器中的節(jié)流損失盡可能小，附加地借助于作為電動馬達作用的電機I施加一個負荷，以便將負荷壓力提高到最大可能的水平(電機I的再生運行)。在此獲得的電能可以輸回到中間電路中。該被輸回的能量例如可以在注射過程期間由調(diào)節(jié)泵用于對儲存器充電或者直接地用于驅(qū)動另外的連接在中間電路上的機器或者也可以輸回到電網(wǎng)中。在這種方法中節(jié)流損失在該工作點處保持很小。產(chǎn)生的損失對應(yīng)于在各能量轉(zhuǎn)換期間的效率。負荷點LP3_3也位于曲線圖的一個區(qū)域中，在該區(qū)域中需要通過蓄能器3的支持。經(jīng)由閥門的節(jié)流損失可以通過調(diào)節(jié)泵的再生轉(zhuǎn)換(現(xiàn)在是液壓馬達功能)被減小到最低程度。最后，負荷點3_2也必須通過蓄能器3的支持來覆蓋。附加地，要求的功率的剩余部分例如通過作為電動馬達作用的電機I來施加。剩余功率的該部分也應(yīng)該僅僅如此大，即使得經(jīng)由閥門的節(jié)流損失被保持最小。通過本發(fā)明和前述方法，可以以非常高的能量效率構(gòu)造一種總驅(qū)動裝置，其中各響應(yīng)的驅(qū)動裝置部分的相應(yīng)的功能(強度)(動力，精度)能夠得到充分利用。尤其是通過再生利用電機以及液壓的元件可以在系統(tǒng)中保持在其它情況下在運行蓄能器期間損失的
倉tfi。總體上，在此情況下僅僅留下曲線圖的一小的區(qū)域，該區(qū)域不能夠理想地適配于希望的性能特性(在此處是能量效率)。此外，該系統(tǒng)允許模塊性(模塊化)。因此，例如可以在小的速度要求情況下僅僅直接地使用調(diào)節(jié)泵運行。相反，在具有高速度的較小扭矩要求情況下可以利用電的驅(qū)動系統(tǒng)。在高的注射生產(chǎn)量情況下，可選擇地，附加地接入具有蓄能器的儲能系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以在訂購壓鑄機期間暫時只能夠被單獨地出售(例如只有液壓的驅(qū)動裝置)。但是可以用另外的分驅(qū)動裝置進行補充裝備。原則上也可以將前述設(shè)計構(gòu)思擴展到其它的驅(qū)動軸或驅(qū)動元件上。關(guān)于驅(qū)動軸，可以在壓鑄機情況下例如在閉合力方面，在 壓緊力方面等等，使用相應(yīng)的設(shè)計理念。附圖標記表
I電機(發(fā)電機，電動馬達)
2雙作用的柱塞-缸-單元 3蓄能器 10第一閥門 20第二閥門 30第三閥門
40液壓的元件(液壓泵；液壓馬達)
110可以通過液壓泵直接覆蓋的負荷區(qū)域
112可以通過電驅(qū)動裝置直接覆蓋的負荷區(qū)域
114可以通過蓄能器或附加地通過蓄能器覆蓋的負荷區(qū)域
116用于儲能系統(tǒng)的速度軸的零位置的移動
118用于儲能系統(tǒng)的力軸的零位置的移動
120至129各種特性曲線
權(quán)利要求
1.用于在機床中，尤其是在壓鑄機中，運行被驅(qū)動的軸的方法，其中，至少兩個不同的驅(qū)動裝置被耦聯(lián)成一個共同的有效驅(qū)動裝置，其中，用于每個驅(qū)動裝置的性能數(shù)據(jù)被存儲在特性值或特性曲線中，其特征在于， -預(yù)先設(shè)定用于驅(qū)動裝置的性能特性， -確定用于被驅(qū)動的軸的性能要求， -在所述性能要求的基礎(chǔ)上，由性能數(shù)據(jù)確定驅(qū)動裝置的得到所述性能特性的那種運行組合和 -用被確定的所述運行組合來驅(qū)動所述驅(qū)動裝置。
2.按照權(quán)利I要求所述的方法， 其特征在于， 預(yù)先設(shè)定一種具有盡可能小的能量消耗的性能特性。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于， 預(yù)先設(shè)定一種在小的能量消耗下具有一定的最小動力性的性能特性。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 至少一個驅(qū)動裝置通過電機形成，所述電機依據(jù)要求不僅作為驅(qū)動馬達而且作為發(fā)電機運行。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法， 其特征在于， 在將電機作為發(fā)電機運行時產(chǎn)生電能并且該電能被輸回到一個系統(tǒng)中。
6.按照權(quán)利要求I至5中任一項所述的方法， 其特征在于， 至少一個驅(qū)動裝置包括液壓的元件，所述液壓的元件依據(jù)要求作為被驅(qū)動的泵或作為液壓馬達運行并且由閥門控制。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 作為液壓的元件運行的液壓馬達驅(qū)動一個另外的、作為發(fā)電機的電機，所述電機產(chǎn)生電能并且將電能輸回到所述系統(tǒng)中。
8.用于在機床中，尤其是在壓鑄機中，運行被驅(qū)動的軸的裝置，包括至少兩個不同的驅(qū)動裝置，它們被耦聯(lián)成一個共同的有效驅(qū)動裝置，其中，用于每個驅(qū)動裝置的性能數(shù)據(jù)被存儲在特性值或特性曲線中，以及一個控制或調(diào)節(jié)機構(gòu)，其與不同的驅(qū)動裝置連接，以控制所述不同的驅(qū)動裝置， 其特征在于， -一種性能特性可以被預(yù)先設(shè)定并且 -所述控制或調(diào)節(jié)機構(gòu)被設(shè)計成， 一用于確定用于被驅(qū)動的軸的性能要求和 一用于在所述性能要求的基礎(chǔ)上，確定被耦聯(lián)的驅(qū)動裝置的得到所述預(yù)先設(shè)定的性能特性的那種運行組合和-所述驅(qū)動裝置可以用被確定的所述運行組合來驅(qū)動。
9.按照權(quán)利要求8所述的裝置， 其特征在于， 至少一個驅(qū)動裝置包括液壓蓄能器，所述液壓蓄能器由閥門控制。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置， 其特征在于， 至少一個驅(qū)動裝置包括電機，所述電機被設(shè)計用于不僅作為馬達而且作為發(fā)電機來作用。
11.按照權(quán)利要求11所述的裝置， 其特征在于， 所述電機和它的組成部件被設(shè)計用于將電能回饋到一個系統(tǒng)中。
12.按照權(quán)利要求9至11中任一項所述的裝置， 其特征在于， 至少一個驅(qū)動裝置包括液壓的元件，所述液壓的元件被設(shè)計用于依據(jù)要求作為被驅(qū)動的泵或作為液壓馬達來運行。
13.按照權(quán)利要求12所述的裝置， 其特征在于， 所述液壓的元件與一個另外的電機耦聯(lián)。
14.按照權(quán)利要求13所述的裝置， 其特征在于， 所述另外的電機和它的組成部件被設(shè)計用于將電能回饋到所述系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行機床中的尤其是壓鑄機中的被驅(qū)動的軸的裝置和方法。其中，至少兩個不同的驅(qū)動裝置被耦聯(lián)成一個共同的有效驅(qū)動裝置，其中，用于每個驅(qū)動裝置的性能數(shù)據(jù)和消耗數(shù)據(jù)以特性值或特性曲線的形式進行存儲。為了盡可能能量優(yōu)化地利用有效驅(qū)動裝置，建議確定用于被驅(qū)動的軸的性能要求，在確定的性能要求的基礎(chǔ)上確定出驅(qū)動裝置的要求最小的能量消耗的那個運行組合并且用該確定的運行組合來驅(qū)動這些驅(qū)動裝置。
文檔編號B29C45/76GK102933364SQ201180030138
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者M.諾茨 申請人:內(nèi)茲塔爾機械公司