Hydraulic drive system for the press

本発明は、請求の範囲第１項の前段に記載したプレスのための液圧駆動装置に関する。
この形式の装置、本願出願人のドイツ特許第32 02 015号に開示されている。 この装置は、実質的に一定の圧力が適用される流体システムに液圧的に接続される液圧変圧器を備える、いわゆる二次制御駆動装置に関連している。 変圧器は、それぞれ調節可能な流量容量を有し、機械的に接続された、一対の静水圧機械によって規定される。 第一の静水圧機械は、流体システムに液圧的に接続され、第二の静水圧機械は、作動シリンダーに液圧的に接続される。 従って、二次制御駆動装置は作動シリンダーの操作に用いることができ、定圧流体システムに接続された第一の静水圧機械は、負荷のエネルギー需要を満たすだけの液圧エネルギーのみを流体システムから引き出し、一方反対に第一の静水圧機械がポンプとして作動している時に発生する液圧エネルギーは、流体システムに返却され、アキュムレーターを負荷するので、実質的にエネルギーを節約することができる。
概略的に、本発明の目的は、前述の形式の二次制御駆動装置を用いて液圧式プレスのプレスシリンダーを操作することにある。 特に、プレスシリンダーの両方のシリンダーチャンバーを、別個のバイアスポンプによって吐出される所定のバイアス圧力に付することが知られている。 同期式のプレスシリンダー、つまり等しい環状ピストン面積を有するピストンの場合、両方のシリンダーチャンバーに同一のバイアス圧力が容易に生じる。 しかしながら、差動シリンダーを考えると、ピストン側のシリンダーチャンバー内とピストンロッド側のシリンダーチャンバー内との同一のバイアス圧力は、少くとも一つの補助シリンダーを設け、つまり全てのシリンダーの環状ピストン面積を、プレスシリンダーのピストン面積と実質的に同一とすることにより追加的に発生させることができる、。 この原理は、種々の形式の流体システムにおいて知られている。
従って本発明の目的は、バイアス圧力を簡単で効率的な態様で発生させ、プレス操作時の損失を実質的に低減し、さらにプレス制御を簡略化した、前述の形式の駆動装置を提供することにある。
この目的は、請求の範囲第１項に記載の特徴によって達成される。
本発明によれば、プレスシリンダーは第一液圧機械の流体システム、つまり実質的に一定値である適用圧力が維持される流体システムに液圧的に接続され、よってプレスシリンダーが必要とするバイアス圧力が送出される。 本発明によれば、プレスシリンダーのバイアスには、協働して液圧変圧器の第一液圧機械へ流体を供給する定圧システムを分岐させる際の損失がない。 よって本発明の利点は、別個のバイアスポンプを設ける必要がないということである。 同様に、例えば最大操作圧力をバイアス圧力まで低下することにより高流体圧を低減することによって、若しくは従来のシステムにおいて必要とされるような特別な手段を設けることによって、バイアス圧力を発生させる。 さらにプレスの圧力バランスに必要な補助シリンダーもまた、実質的に一定圧力の流体システムに液圧的に接続される、つまりこの補助シリンダーのシリンダーチャンバーはバイアス圧力に付される。 補助シリンダーは、プレスシリンダーと並列に作動するように設けられ、シリンダーピストンの全環状面積の合計値は、プレスシリンダーのピストン側チャンバーのピストン面積に等しいか、若しくはこれよりも僅かに大きい。
実質的に一定圧力の流体システムは、チェック弁を介してプレスシリンダーに接続され、それによりプレス及び／又はフラッシング操作において漏れが生じた場合にリザーバに排出された流体はいつでも補充することができる。 さらに流体システムとプレスシリンダーとの間の流体ラインは圧力制御弁を含んでいてもよく、この弁は、変圧器の第一静水圧機械のモーター操作に必要な圧力よりも小さい場合にのみ必要とされるバイアス圧力まで、流体システムの適用圧力を低減するのに使用される。 概して、バイアス圧力、よって変圧器の第一機械の操作圧力は、最大プレス圧力の約2/3である。 従って、プレスピストンを動かすためのポンプとして機能する液圧変圧器の第二静水圧機械は、最大流量が最大圧力の約2/3で吐出されるように設計される。 従ってポンプは、プレスストローク中に最大圧力に達すると、最大吐出容量の2/3まで枢動して戻らなければならない。 しかしながらそのため、プレスサイクルには限界がない。
駆動装置の特別な利点は、迅速な行程での前進、プレス、デコンプレッション、迅速な行程での後退、及び加熱された流体のフラッシング等の完全なプレスサイクルを、アクチュエーターユニットとして使用する単一の静水圧機械で制御することができるという事実によるものである。 流体流を制御するために必要な弁の数は減少し、特に2/2方向制御弁（２ポート/2ポジション）を使用する。 この装置には、可変容量型ポンプのパイロット弁以外のプロポーショニングバルブは不要である。 迅速な行程からプレス操作への移行は、後に説明するように、能動的な切り替え手段を必要とすることなく、プレスシリンダーに関連付けられた2/2方向制御バルブのチェック弁機能によって行われる。
さらに、プレスシリンダー及び補助シリンダーの容量は、複雑なプレスサイクルを閉回路中で行うことができるように、つまりシステム本来のエネルギーを使い果たす必要がないように設計される。 従って（請求の範囲第５項）、プレスシリンダーのピストン面積に対するシリンダーのピストン面積は、迅速な行程並びにプレスストロークが、ポンプの容量的損失を考慮せずに、液圧変圧器の第二機械を介して流体の閉ループ内で行われるように設計される。 これらの損失は弁23によって自動的に補償されるので、流体システムから流体を供給する必要も、レザーバーから流体を返却する必要もない。 本発明によれば、このシステムでは、従来は本質的性質であった絞り及び流体の損失が防止されるように設計される。 デコンプレション及びフラッシング操作において回収されたエネルギーは、実質的に定圧の流体システムつまり液圧アキュムレーターに返却される。 本発明によれば、プレスはより多数のストロークを行うことができる。 迅速な行程及びプレスを行うために必要な流体容量は少なく、また損失はさらに少ない。
プレスのための駆動装置が、合計３台の静水圧機械を必要とし、その結果多重エネルギー変換のために効率が悪くなるにもかかわらず、損失は従来の駆動装置に比して実質的に65％まで削減されたことが示される。 必要なパワーのためには、単に中庸の出力率を備えればよい。 必要な出力率は、従って、従来のシステムに必要な出力率の15％まで削減される。 よってプレスサイクルに最適な効率が得られる。
本発明の液圧駆動装置は、差動シリンダー又は同期シリンダーのどちらにも適用することができる。 しかしながら後者の場合、一対の液圧変圧器を設ける必要がある、つまりプレスシリンダーの迅速な行程を行うための第一変圧器、及びプレスストロークを行うための第二液圧変圧器である。 若しくは、プレスをバイアス圧力等に付す手段は、差動シリンダーを含む駆動装置に使用する手段と同一である。
本発明の駆動装置の好ましい実施態様を以下の図面に示す。
図１は、差動式プレスシリンダーのための、本発明の液圧駆動装置の概略線図である。
図２は、バルブ位置、及び図１の駆動装置のデコンプレッッションを含むプレス操作のための液圧変圧器の調節を示す線図である。
図３は、同期式プレスシリンダーのための、本発明の液圧駆動装置の概略線図である。
図４は、バルブ位置、及び図３の駆動装置のデコンプレッションを含むプレス操作のための液圧変圧器の調節を示す線図である。
図１を参照して、モーター２によって駆動される可変容量型の静水圧機械１は、液圧アキュムレーター４を含む圧力ライン３に流体を吐出する。 液圧機械１の調節は、実質的に一定値である適用圧力が、圧力ライン３内で維持されるように制御される。 バルブ５は安全圧力弁である。
液圧変圧器は、第一静水圧機械６と、この第一機械に機械的に接続された第二静水圧機械７とを含む。 どちらの機械も二つの流れ方向を有する可変容量ユニットである。 DS及びHSの表示は、各機械の流量制御のための調節装置に関するものである。 どちらの機械もポンプ又はモーターとして操作することができる。 第一機械６をモーターとして操作する場合には、安全弁８及び8'は開位置で操作し、機械６は定圧流体システム３からの圧力流体によって駆動される。 機械６を出た流体は、アキュムレーター10を備え得る低圧装置９へと流れる。 低圧装置中の圧力は弁11によって決定され、弁11は、低圧装置内に比較的低く且つレザーバー12内の圧力よりも僅かに高い圧力が維持されるように調節される。 モーターとして作動している機械６は、第二静水圧機械７を駆動し、機械７のポートはライン14及び15を介してプレスシリンダー16に液圧的に接続される。 ライン14はピストン側のシリンダーチャンバー17に接続され、ライン15はピストンロッド側のシリンダーチャンバー18に接続される。 プレスシリンダー16のピストン19は、チャンバー17に隣接するピストン面と、環状チャンバー18に隣接する環状面とを備える。 ピストンはプレス20に機械的に接続される。
プレスシリンダー16のピストン19は、回転態様に従って第二機械７によって吐出される流体によって変位される。 回転態様は０前後で枢動可能な機械７の調節装置HSによって制御される。 枢動角度によって吐出流量つまりピストン19の速度が決定される。 作動シリンダーを駆動するための液圧変圧器６、７の操作は、前述のドイツ特許第32 032 015号でも説明している。
迅速な行程及びプレスストロークを行う際に、損失のない閉ループ内でプレスピストンの変位を得るために、一対の単動補助シリンダー28、29を設け、そのピストンもまたプレス20に接続する。 補助シリンダー28、29の環状ピストン面積とピストン19の環状ピストン面積との合計は、プレスシリンダーのピストン面積、つまりシリンダーチャンバー17に隣接するピストン19の面積と実質的に等しい。
従って、プレスを下降させる際には、シリンダー16、28、29のピストンロッド側のシリンダーチャンバーから吐出された流体は、容量が増加したピストン側のシリンダーチャンバー17を満たし、よってシステム３から新たに追加の流体を供給する必要はない。 好ましくは、環状ピストン面積の方が僅かに大きく、駆動機械７の漏れを補い、プレスが迅速な行程で作動している際にバイアス力が低下するのを防ぐ。
補助シリンダー28、29のピストンロッド側のシリンダーチャンバー30、31は、ライン32を介して互いに接続され、このライン32は、完全基準に従って要求される安全弁33、33'を介してライン15を含む機械７の低圧ポートへと接続され、このライン15は、弁35を介してプレスシリンダー16のピストンロッド側のシリンダーチャンバー18へと接続される。 補助シリンダー28、29のピストン側のシリンダーチャンバーは、リザーバー（図示せず）へと接続される。
プレスのシリンダー19、28、29の全てのピストンは、そのどちらかの側にバイアスがかけられている、つまりシリンダーチャンバー17、18、30、31はそれぞれバイアス圧力に付されている。 本発明によれば、これは流体ライン14に開放しているチェック弁23を備えるタップライン22によって達成される。 シリンダーチャンバー17と18とは弁25を介して互いに接続されている。 この弁25は短絡弁25とも呼ばれる。 図面に示す短絡位置において、弁25はシリンダーチャンバー17と18とを互いに接続する、つまり圧力ライン３内の一定圧力は、シリンダーチャンバー17及び18内においてプレスシリンダー16のバイアス圧力として機能する。 さらに補助シリンダー28、29のシリンダーチャンバー30、31は、ライン32、安全基準によって要求される安全弁33、33'、流体ライン15、及び方向制御弁35を介して、プレスシリンダー16のシリンダーチャンバー18に接続される。 低圧装置内に配置されるバルブ38は閉位置にある。 本発明によれば、チェック弁23を介して圧力ライン３をタップすることによって、バイアス圧力は、損失のない圧力補償のために必要な全てのシリンダーチャンバー17、18、30、31内で、このようにして簡単な方法で利用可能である。
操作方法は以下の通りである。 プレス20を前進させる際の迅速な行程のために、短絡弁25が図示する位置に配置され、それによりプレスシリンダー16のシリンダーチャンバー17と18とが互いに接続され、共に定圧ライン３からのバイアス圧力に付される。 方向制御弁35は図示されるように配置され、安全弁33、33'は開となるように操作される。 機械６によって駆動され、ポンプとして作動する第二液圧機械７がより高い流量に調節されるとすぐに、ポンプ７はピストンロッド側のシリンダーチャンバー30、31からライン32及び14を介してピストン側のシリンダーチャンバー17へと流体を送出する、つまりプレスシリンダー16のピストン19は、速やかに下降する。 同時に、プレスシリンダー16の環状チャンバー18からピストンチャンバー17へと短絡弁25を通って流体が通過する。 シリンダーチャンバーがバイアス圧力に付されている間、ピストン19のみが、補助シリンダー28、29のピストンロッド側シリンダーチャンバー30、31から流出する流体によって独占的に変位される。 しかしながら、プレスが迅速な行程を行うために加圧流体を必要とせず、補助シリンダー28、29のシリンダーチャンバー30、31から吐出される流体によって下降する程度にプレスの重量が重い場合には、モーターとして作動する液圧機械７で液圧機械６を駆動して、低圧装置９からアキュムレーター４へと流体を返却してエネルギーを回収してもよい。
プレスストロークを行っている間、液圧機械７は、迅速な行程のために必要な流量からプレス速度へと変更するために、枢動的に調節され、つまりプレス速度が低下する。 工作物（図示せず）と接触すると、反力によってライン15又は32内、よってこれと関連するシリンダーチャンバー内の保持圧力が低下する。 ここで短絡弁25は閉位置であり、シリンダーチャンバー17及び18内で優勢的な圧力差が生じる。 短絡弁25は、反力が生じると自動的に閉鎖するように設計してもよい。 ここでポンプ７はより高い流量へと枢動し、全てのピストンロッド側シリンダーチャンバー18、30、31から吐出された流体を、ピストン側シリンダーチャンバー17へと吐出する。 この操作において、低圧装置に関連付けられた弁38は通常閉位置にあり、それにより、プレスストロークに必要な圧力の上昇は、低圧装置９から流体を移動させるのではなく、ピストンロッド側シリンダーチャンバー内の比較的高い圧力を利用して得る。 しかしながら、高圧が低下してポンプ７がキャビテーションを生じる危険性がある場合には、チェック弁38が開いて、低圧装置から流体が吸引される。
最大圧力に達すると、ポンプ７は低容量へと枢動する。 従って、駆動ユニット６はそれに合わせて減速しないようにしなければならない。 利用可能な最大圧力は、バイアス圧力よりも高くなるように、このように任意に選択することができる。
プレスストロークを行うことによって、シリンダーチャンバー17内の流体が圧縮される。 液圧機械７はシリンダーチャンバー17から吐出される高圧流体によって駆動され、ポンプとして作動する液圧機械６を駆動することによって、流体をデコンプレッションするように機能する。 デコンプレッション工程において利用可能なエネルギーはこのようにして回収され、流体は安全弁８、8'を介して高圧システム３の液圧アキュムレーター４へとポンプ送りされる。 この工程を行う際に、弁33、33'は図示する位置つまりチェック弁機能の位置にあり、短絡バルブ25は開位置にある。
上述の操作サイクルは、流体システム３から定期的に追加の流体を供給する必要がないので、迅速な行程及びプレスストロークを行いながら駆動装置内を循環する流体はかなり加熱される。 従って、流体の循環途中にはフラッシング操作を設ける。
プレスの静止時にフラッシングを行うには、液圧ライン14内に配置された方向制御弁36を開にして、ポンプ７の出力ポートをレザーバー12に接続する。 プレスシリンダー16、ライン15、及び機械７を満たしている加熱された流体の総容積がレザーバーにドレンされ、新しい流体と交換されるように、レザーバーにドレンされた流体の量は、定圧システム３からライン14に開放しているチェック弁23を介して交換される。 フラシング工程を行っている間、液圧機械７は、プレスシリンダー16及び残りのシステムから移動した流体によって駆動され、流体はライン15を介して機械７へと吐出され、フラッシングにおいてもバイアス圧力とレザーバー圧力との差圧を利用して、エネルギーを回収し、ポンプとして作動している液圧機械６を通して定圧システム３へと流体を供給する。 フラッシングの間、補助シリンダー28、29は安全弁33、33'によってブロックされ、つまりプレスは所定位置で保持される。 上述の操作は、プレスが停止又は静止位置にある場合の流体のフラッシングに関するものである。
しかしながら、フラッシング工程はプレスの操作中にも行うことができる。 デコンプレッションの間、液圧機械６を駆動するためのモーターとして操作している液圧機械７から流出する流体は、ピストンロッド側のシリンダーチャンバー18、30、31へは返却されず、バルブ38を介して低圧システム９へと供給される。 流体の交換は、また定圧システム３から開位置にあるチェック弁23を介して行う。 シリンダーチャンバー17から流出した流体は、チャンバー18、30、31内の圧力を上昇させるために使用されていないので、シリンダーチャンバー内の圧力を平衡させるには、おそらくより長時間を要する。 いずれにせよ、フラッシング操作が望まれる場合には、プレスは静止状態であってはならない。
図２は、弁位置、並びにプレスの静止状態ST中、バイアス操作Ｖ中、下降中の迅速な行程Eab中、減速（ブレーキング）Ｂ中、プレスＰ中、デコンプレションＤ中、プレスの戻りＲ中、及び静止状態でのフラッシングSP中の変圧器の液圧機械の調節を示す。 変圧器の液圧機械６及び７に関して、図２はこれらがポンプ又はモーターとして操作しているところ、よって定圧システムからのエネルギーを消費し、若しくは定圧システムにエネルギーを回収するところを示す。
図３は、両側にピストンロッドを有し、シリンダーチャンバー17'、18'を備えるピストン19'を含む同期型プレスシリンダー16'のための駆動装置を示す。 図１の駆動装置に対応するその他全ての部品は同じ参照番号で示す。 本発明に従って閉ループ操作を行うために、及び図３の実施態様のプレス操作を同様に行うに際し、補助シリンダー28、29をプレスシリンダー16'から分離することが必要である。 プレスの迅速な行程を行うためには、第二の液圧変圧器が必要であり、これも、互いに機械的に接続され、それぞれ可変容量を有する、第一静水圧機械6'と第二静水圧機械7'とを含む。 また、第一機械6'は流体ライン22つまり適用圧力の圧力システムに接続され、第二液圧機械7'は補助シリンダー28、29のピストンロッド側シリンダーチャンバー30、31に接続される。 機械6'、7'のその他のポートはレザーバー、若しくはそれぞれ低圧装置９に接続される。
プレスシリンダー16'の迅速な行程及びプレスストロークを行いながら、流体の閉ループを達成することが可能である。 シリンダーチャンバー17'と18'の容量は等しい。 閉ループ内で利用可能な流体のデコンプレッション及びフラッシングは、図１に関して既に説明した態様で行う。 チェック弁23を含む流体ライン22を通してバイアス圧力を供給する際も同様である。
プレス20を下降させる際の迅速な行程並びにプレスの持ち上げは、第二液圧変圧器6'、7'によって行い、これらの工程を行う間、シリンダーチャンバー17'、18'は短絡弁25を介して単に互いに接続される。
弁位置、並びに二つの液圧変圧器の液圧機械の調節は、図４に示す。 第二液圧変圧器6'、7'の操作の場合、プレスの重量は、バルブ33、33'を開位置へと作動した後に下降するのに十分重いと考えられるので、シリンダーチャンバー30、31から移動する流体は第二液圧機械7'を駆動して、液圧機械6'を駆動するモーターとして作用させ、圧力システムへとエネルギーを返却する。 従って、プレスを持ち上げるためには、液圧機械7'のみが駆動され、ポンプとして操作し、シリンダーチャンバー30、31へ流体を吐出する。