AT511575B1 - Hydrauliksystem für eine maschine zur herstellung einer faserstoffbahn - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, mit einer Vielzahl von hydraulischen Stellgliedern (3), einer Vielzahl von Druckspeichern (11, 12) zur Bevorratung eines hydraulischen Arbeitsfluids unter Druck, mindestens einem digitalhydraulischen Druckregler (4), der dem hydraulischen Stellglied (3) zugeordnet ist und den Druck des Arbeitsfluids in dem hydraulischen Stellglied (3) einstellt, und einer Pumpe (10), um das Arbeitsfluid mit hohem Druck in den Druckspeicher (11, 12) einzuspeisen und diesen aufzuladen, wobei die Pumpe (10) als eine gemeinsame Pumpe vorgesehen ist, die die Druckspeicher (11, 12) auflädt, und die Pumpe (10) eine mobile, zu den jeweiligen Druckspeichern (11, 12) bewegbare und daran lösbar anschließbare Pumpe ist.

Description

(»terrelÄchfÄ AT511 575B1 2013-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine.

[0002] In Papiermaschinen wird verbreitet Hydraulik als Betätigungs- und Steuerungsmittel eingesetzt; insbesondere werden Stellglieder hydraulisch angetrieben, mit denen große Kräfte mit hoher Genauigkeit eingestellt und ausgeübt werden können.

[0003] In der Regel wird ein Arbeitsfluid, z.B. Hydrauliköl verwendet, das von einer Pumpe unter Druck gesetzt wird. Die Einleitung des unter Druck stehenden Hydrauliköls in ein hydraulisches Stellglied, wie z.B. einen Hydraulikzylinder oder einen Hydraulikmotor wird typischerweise durch ein proportionales Steuerventil oder Proportionalventil gesteuert, das elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein kann.

[0004] Ein solches Steuerventil hat einen verschieb- oder verlagerbaren Steuerschieber oder Steuerkolben, der in Antwort auf seine Lage in einem zugehörigen Ventilgehäuse einen Solldruck am Ausgang einstellen kann, indem der Druck von der Pumpe gelieferten Hydrauliköls heruntergeregelt wird. Die Beweglichkeit des Steuerkolbens im Ventilgehäuse erfordert zwingend ein gewisses Spiel oder Spaltmaß zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse, so dass eine innere Leckage des Steuerventils unvermeidbar ist. Das Spaltmaß darf nicht zu eng gewählt werden, denn sonst würde das Ventil zu anfällig gegen Verschmutzungen im Hydrauliköl.

[0005] In letzter Zeit wurden alternative Druckregler entwickelt, die in dieser Anmeldung durchgängig als digitalhydraulische Druckregler bezeichnet werden sollen. Werden solche digitalhydraulischen Druckregler als Druckminderer eingesetzt, werden diese in der vorliegenden Anmeldung durchgehend als digitalhydraulische Druckminderer bezeichnet.

[0006] Die Arbeitsweise der digitalhydraulischen Druckregler ist beispielsweise in der Zeitschrift Fluid Nr. 7-8, 2008 S. 12, 13 genauer beschrieben. Der verbesserten Lesbarkeit dieser Anmeldung halber wird die Arbeitsweise digitalhydraulischer Druckregler nochmals sehr kurz zusammengefasst dargestellt: [0007] Ein digitalhydraulischer Druckregler besteht im einfachen Fall aus einer Reihe parallel geschalteter Ventile, die lediglich AUF/ZU Funktion besitzen; also einfache EIN/AUS-Schaltventile sind, die einen Durchfluss zulassen oder unterbrechen und in dieser Anmeldung durchgängig als Ventile bezeichnet werden können. Die Ventile sind alle mit einer gemeinsamen Zuführleitung einerseits und mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung andererseits verbunden. Die Ventile selbst können herkömmliche Solenoidventile, d.h. Ventile mit elektromagnetischem Antrieb sein. Natürlich können auch andere Antriebsformen gewählt werden.

[0008] Durch Anschluss oder Einbau von Drosselelementen bzw. durch die Ventile selbst ist dafür gesorgt, dass die Ventile unterschiedliche Durchflüsse haben, wenn sie geöffnet sind. Wenn beispielsweise vier Ventile vorgesehen sind, so können die Durchflussraten Q in den einzelnen, jeweils von dem zugehörigen Ventil wahlweise freigebbaren Durchlässen im Verhältnis von 1:2:4:8 zueinander stehen; bei einer größeren Anzahl von Ventilen wird diese Reihe entsprechend fortgesetzt.

[0009] Durch Öffnen und Schließen einzelner Ventile bzw. Ventilkombinationen, die auf der Basis von mathematischen Modellen von einem Rechner bestimmt und ausgewählt werden, kann nun eine sehr rasche und präzise Druckeinstellung in der Ausgangsleitung bzw. in dem daran angeschlossenen Stellglied erreicht werden. Dies wird erreicht, indem die analoge Regelkurve des eingangs geschilderten proportionalen Steuerventils durch eine digital erstellte (angenäherte) Regelkurve ersetzt wird. Diese Kurve kann wegen des Wegfalls von Nichtlinearitäten und/oder Hysterese des analogen Proportionalventils eine stufenförmig angenäherte Gerade sein, die es erlaubt, einen Regelpunkt schnell und (nahezu) überschwingungsfrei anzufahren.

[0010] E in weiterer Vorteil der digitalhydraulischen Regelung liegt darin, dass die Ventile ent- 1/20 (»terrelÄchfi AT511 575B1 2013-08-15 weder offen oder geschlossen sind, d.h. zum Halten eines Solldrucks in einem geschlossenen (und unveränderten) System sind die Ventile einfach geschlossen und es gibt keine inneren Leckageströme. Damit besteht ein deutlicher Unterschied zum herkömmlichen Proportionalventil, das stets von einem Hydraulikölstrom durchflossen ist. Dies kostet ständig Energie für die Hydraulikpumpen, z.B. in der Papiermaschine.

[0011] Somit ist zu erkennen, dass es der Einsatz von digitalhydraulischen Druckreglern gestattet, die Hydraulikpumpen weniger oft oder kürzer zu betreiben, wodurch Energie gespart werden kann.

[0012] Hydrauliksysteme mit mindestens einem hydraulischen Stellglied, mindestens einem Druckspeicher und mindestens einem digitalhydraulischen Druckregler sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 525 547 A1, FR 2 880 143 A1 und WO 2010/106 22 6 A2 bekannt. Weiterer Stand der Technik findet sich in den Dokumenten US 2007/289 298 A1, DE 31 30 056 A1 und WO 2004/080 870 A1.

[0013] Es besteht aber weiterhin ein Bedarf, den Energieverbrauch einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine weiter zu vermindern.

[0014] Diese Aufgabe wird mit einem Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0015] Erfindungsgemäß ist ein Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, vorgeschlagen, das eine Vielzahl von hydraulischen Stellgliedern, eine Vielzahl von Hochdruckspeichern zur Bevorratung eines hydraulischen Arbeitsfluids unter Druck, eine Pumpe, um das Arbeitsfluid mit hohem Druck in den Hochdruckspeicher einzuspeisen und diesen aufzuladen, und mindestens einen digitalhydraulischen Druckregler hat, der dem hydraulischen Stellglied zugeordnet ist und den Druck des Arbeitsfluids in dem hydraulischen Stellglied einstellt, wobei die Pumpe als eine gemeinsame Pumpe vorgesehen ist, die die Hochdruckspeicher auflädt, und eine mobile, zu den jeweiligen Druckspeichern bewegbare und daran lösbar anschließbare Pumpe ist.

[0016] In den nachfolgenden Erläuterungen ist stets von einer Papiermaschine die Rede; dieser Begriff soll aber ausdrücklich alle Maschinentypen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, also insbesondere auch Kartonmaschinen, (Hart)Faserplattenmaschinen und dergleichen umfassen.

[0017] Wenn ein digitalhydraulischer Druckregler anstelle eines herkömmlichen Proportionalventils verwendet wird, ist, bei unveränderter Stellung des hydraulischen Stellglieds, der Hydraulikflüssigkeitsverbrauch, d.h. der innere Leckagestrom im Regler Null. In einer Papiermaschine sind viele verstellbare Elemente erforderlich und vorhanden; die Verstellung erfolgt aber nicht oft, sondern nur bei relativ selten auftretenden Vorgängen, wie Anfahrvorgängen, Bahnabrissen und Neueinfädelungen der Bahn, Tambourwechsel oder Wartungsmaßnahmen. Die Stellbewegungen, die üblicherweise mittels an den verstellbaren Elementen angreifenden Hydraulikzylindern ausgeführt werden, umfassen dabei einen Verfahrvorgang eines Hydraulikzylinders und/oder ggf. einen Druckaufbau, um irgendwelche mechanischen Druckkräfte, z.B. Druck zwischen zwei Walzen, zu erzeugen.

[0018] Es wurde gefunden, dass mit dem Wegfall des permanenten Leckagestroms in Proportionalventilen tatsächlich ein so geringer Bedarf an Arbeitsfluid vorliegt, dass es energetisch ungünstig ist, eine für den Leckagestrom hinreichend groß ausgelegte Pumpe wiederholt ein-und auszuschalten. Die Erfinder haben nun gefunden, dass der Verbrauch an Arbeitsfluid auch aus einem Hochdruckspeicher gedeckt werden kann, wobei die Hochdruckspeicher mit einer Pumpe von Zeit zu Zeit aufgeladen wird.

[0019] Wie eingangs erläutert wurde, hat das Hydrauliksystem für eine Papiermaschine üblicherweise eine Vielzahl von hydraulischen Stellgliedern, wobei es möglich ist, jedem einzelnen Stellglied einen eigenen Hochdruckspeicher oder mehreren Stellgliedern gemeinsam einen gemeinsamen Hochdruckspeicher zuzuordnen. In beiden Fällen kann eine einzelne Pumpe 2/20

österreichische' pittsiamt AT511 575B1 2013-08-15 vorgesehen werden, die mehrere Hochdruckspeicher oder den einen Hochdruckspeicher auflädt. Im Fall mehrerer Hochdruckspeicher können diese nacheinander einzeln aufgeladen werden, so dass eine kleine Pumpe, die für die Füllung eines Hochdruckspeichers ausgelegt ist, ausreicht.

[0020] Der Aufwand für die Bereitstellung, Verlegung, Wartung von Rohrleitungen für die Versorgung des Hydrauliksystems mit Hydrauliköl ist in einer herkömmlichen Papiermaschine beachtlich. Die verwendeten Materialien müssen für die feuchtheiße Umgebung korrosionsfest sein, es sind enorme Strecken zu bewältigen, denn eine übliche Papiermaschine ist schlichtweg groß (mehrere zig Meter lang), so dass hier der Materialverbrauch an hochwertigem Rohrmaterial ein echter Kostenfaktor ist. Zudem ergeben sich Strömungsverluste bei der Führung der Ölströme in den Leitungen, die entweder durch größere Rohrquerschnitte, d.h. mehr Materialverbrauch, oder durch höhere Pumpleistung, d.h. höherer Energieverbrauch ausgeglichen werden müssen.

[0021] Durch die Zuordnung von individuellen Hochdruckspeichern zu einzelnen Stellgliedern oder Gruppen mit mehreren Stellgliedern, lässt sich eine funktionale und räumliche Aufgliederung der Druckversorgung erreichen, d.h. einzelne lokale Pumpstationen werden vorgesehen, die unabhängig voneinander sind, so dass lange Leitungsstränge entfallen können.

[0022] Mit einem schnellen Satz digitaler Ventile als digitalhydraulischem Druckregler an einem Druckspeicher, kann der Druck in beispielsweise einem Walzenspalt oder Walzennip präzise gesteuert werden, obwohl der Pegel des Versorgungsdrucks ein wenig schwankt oder nachlässt. Der Satz Ventile ist in dem Druckspeicher eingebaut, um den Druck bzw. den von dem Druckspeicher abgegebenen Volumenstrom zu steuern. Wenn der Druckspeicher erschöpft ist, d.h. die darin gespeicherte Energie abgegeben wurde, schaltet der Satz digitaler Ventile auf den Pumpendruck um. Dabei wird die Druckregelung unmittelbar mit dem gepumpten Arbeitsfluid ausgeführt und gleichzeitig wird der Druckspeicher wieder aufgeladen. Dann schaltet die Pumpe wieder ab und es wird wieder Arbeitsfluid aus dem Druckspeicher entnommen.

[0023] Überlegungen haben ergeben, dass der Bedarf an Arbeitsfluid bei einem durchschnittlich häufigen und durchschnittlich dauernden Betrieb der Stellglieder so gering ist, dass entsprechend bemessene Hochdruckspeicher lediglich im mehrwöchigen Rhythmus aufzuladen sind. Daher ist es vorgesehen, das Hydrauliksystem anstatt mit stationär angebrachten und angeschlossenen Pumpen mit einer mobilen, zu den jeweiligen Hochdruckspeichern bewegbaren und daran lösbar anschließbaren Pumpe zu betreiben. Eine solche mobile Pumpe, bspw. in Form eines Pumpenwagens, könnte mit entsprechender Stromversorgung, ggf. einem eigenen Tank, geeigneten Schnellanschlüssen, Steuergeräten etc. ausgerüstet sein, so dass die Hochdruckspeicher einfach und ggf. mit frischem oder gereinigtem Arbeitsfluid aufgeladen werden können.

[0024] Es gibt ein Vielzahl Stellen in einer Papiermaschine, wo mehrere Stellglieder gleichwirken, also parallel arbeitend eingesetzt sind. In diesen Fällen sind, z.B. in Einrichtungen zum Tambourwechsel, Einrichtungen zum Öffnen von Walzenspalten, Gestellabschnitten, Bahndurchführungen oder dergleichen, wegen der schieren Größe der beteiligten Maschinenteile mehrere Hyraulikzylinder vorgesehen, die beispielsweise eine Walze an beiden Enden anheben oder absenken. Vorzugsweise wird jeder solchen Gruppe von gleichwirkenden hydraulischen Stellgliedern ein eigener digitalhydraulischer Druckregler zugeordnet, der dann den Druck für die ganze Gruppe einstellt. Dies erfordert eine Rohrverbindung unter den Mitgliedern einer Gruppe.

[0025] Wenn die gleichwirkenden Gruppenmitglieder aber weit voneinander entfernt angebracht sind kann jedes Stellglied mit einem eigenen digitalhydraulischen Druckregler verbunden sein. Wenn das Stellglied ein Hydraulikzylinder ist, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers unmittelbar an dem Hydraulikzylinder angebracht. Diese Bauweise ist nicht nur kompakt, sondern es sind auch wenige hydraulische Anschlussstellen vorhanden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit, weil es wenige Stellen gibt, die undicht werden könnten. 3/20 (»terrelÄchfÄ AT511 575B1 2013-08-15 [0026] Wegen des vergleichsweise einfachen Aufbaus der Druckregler ist es im Hinblick auf die Qualität des Regelungsergebnisses in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, die Druckregelfunktion an einem Hydraulikzylinder so zu gestalten, dass die Regelung des Drucks auf beiden Seiten eines Kolbens des Hydraulikzylinders erfolgt.

[0027] In dieser oder anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Hydraulikzylinder mit einem eigenen, digitalhydraulischen Druckregler, einem eigenen Hochdruckspeicher und einem eigenen Tank zur Speicherung von drucklosem Arbeitsfluid verbunden sein.

[0028] In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist das Stellglied ein Hydraulikmotor, der parallel zu einem elektrischen Antriebsmotor mit einem drehend anzutreibenden Element der Maschine vorgesehen ist. Der Hydraulikmotor kann als Antriebshilfsaggregat oder als Bremshilfsaggregat oder für diese beiden Funktionen mit dem drehend angetriebenen Element wahlweise koppelbar ausgestaltet sein.

[0029] Eine Papiermaschine ist eine auf Dauerbetrieb ausgelegte Maschine, dennoch ist ein Stillstand der Maschine unvermeidbar. Bahnbrüche, das Auswechseln von Verschleißteilen und ähnliche Tätigkeiten machen es erforderlich, die Maschine anzuhalten oder anzufahren. Für den Dauerbetrieb ist in der Regel ein elektrischer Antrieb für die drehenden bzw. umlaufenden Elemente vorgesehen, d.h. von Walzen, Zylindern, Trommeln, Bändern, Sieben etc. von denen es in einer Papiermaschine eine Vielzahl gibt. Das Anfahren der Papiermaschine erfordert, dass alle diese drehenden Elemente, die groß und schwer und entsprechend träge sind, vom Stillstand auf die Dauerbetriebsgeschwindigkeit beschleunigt werden. Um dieses in kurzer Zeit zu erreichen, sind erhebliche Leistungen der elektrischen Antriebe erforderlich; Leistungen, die deutlich über der für den Dauerbetrieb erforderlichen Antriebsleistungen liegen. Elektromotoren mit diesen Leistungen sind groß, teuer und für den Dauerbetrieb überdimensioniert.

[0030] Hydraulikmotoren erreichen aus dem Stand hohe Drehmomente und können somit geeignete Hilfsantriebe zum Anfahren der Papiermaschine sein. Wenn man den Hydraulikmotor mit einem Druckspeicher für das Arbeitsfluid versieht, dann kann der Speicher hohe Leistungen für kurze Zeit bereithalten. Für den im Verhältnis zum Dauerbetrieb seltenen Fall des Anfahrens der Papiermaschine lässt sich Bauaufwand und Energie sparen, wenn ein Teil des Anfahrdrehmoments von einem Hydraulikmotor anstelle eines großen Elektromotors geliefert wird. Mit einem rasch ansprechenden, digitalhydraulischen Druckregler kann der Hydraulikmotor gut gesteuert werden, so dass ein feinfühliges Aufbringen von Drehmoment mit dieser Lösung möglich ist.

[0031] Hydraulikmotoren haben einen im Vergleich zu Elektromotoren einfachen Aufbau und können aus einfachen Materialen angefertigt werden.

[0032] In einer Anordnung als Anfahrunterstützung kann der Hydraulikmotor mit einem eigenen digitalhydraulischen Druckregler, einer eigenen Pumpe, einem eigenen Hochdruckspeicher und einem eigenen Tank zur Speicherung von drucklosem Arbeitsfluids versehen und als kompakte Einheit an der gewünschten Stelle angebracht sein.

[0033] Die Anfahrunterstützung kann auch in Form eines Hybridantriebs aus Elektromotor mit ankoppelbarem Hydraulikmotor gestaltet sein.

[0034] Ferner ist es möglich, im laufenden Betrieb den Hydraulikmotor als Pumpe einzusetzen, die den Druckspeicher wieder auffüllt; dazu kann ein Teil der mechanischen Leistung des Elektromotors den Hydraulikmotor vorübergehend als Pumpe antreiben, um den Druckspeicher allmählich zu füllen.

[0035] Die Regelgenauigkeit der digitalhydraulischen Druckregler wird besser, wenn das Druckgefälle über den Regler kleiner wird. Wenn der Druck des Arbeitsfluids am Eingang des Reglers im Bereich des vom Regler einzustellenden Drucks liegt, lässt sich der gewünschte Druck genauer und schneller einstellen. Der oder die verwendeten Druckspeicher sollen aber, um einen großen Speicherinhalt (d.h. lange Laufzeiten der Arbeitsfluidversorgung) zu erreichen, bei hohen Drücken speichern. 4/20 erteil cfeeha pätensafüi AT511 575B1 2013-08-15 [0036] Um den Druck des Arbeitsfluids am Einlass des digitalhydraulischen Druckreglers in einen geeigneten Bereich einzustellen, kann ein als Druckminderer eingesetzter digitalhydraulischer Druckregler verwendet werden. Dieser kann ggf. einfacher aufgebaut sein als der die tatsächliche Regelaufgabe ausführende digitalhydraulische Druckregler, d.h. beispielsweise wenige Ventile haben oder mit einfachen oberen und unteren Stellwerten arbeiten oder es können ähnliche, die Regelaufgabe vereinfachende Maßnahmen getroffen sein.

[0037] Ein digitalhydraulischer Druckminderer kann jedem digitalhydraulischen Druckregler, einer Gruppe solcher Regler oder einfach jedem Druckspeicher zugeordnet sein. Wenn beispielsweise für mehrere Stellglieder ein gemeinsamer Hochdruckspeicher vorgesehen ist, an den eine Mehrzahl einzelner digitalhydraulischer Druckregler angeschlossen ist, kann zwischen dem Hochdruckspeicher und den Druckreglern ein gemeinsamer digitalhydraulischer Druckminderer vorgesehen sein oder es kann ein digitalhydraulischer Druckminderer für jeden digitalhydraulischen Druckregler Vorgehen sein, der die oder den jeweiligen Druckregler versorgt. Im letztgenannten Fall können die einzelnen digitalhydraulischen Druckminderer jeweils einen unterschiedlichen, der Regelaufgabe des nachfolgenden digitalhydraulischen Druckreglers angepassten Druck des Arbeitsfluids einstellen.

[0038] Es ist zudem möglich, zwischen dem digitalhydraulischen Druckminderer und dem oder den digitalhydraulischen Druckreglern einen oder jeweils einen Zwischenspeicher vorzusehen, der Arbeitfluid mit dem verminderten Druck speichert und an den oder die digitalhydraulischen Druckregler abgibt.

[0039] Die Erfindung kann mit zahlreichen Modifikationen und Optionen in die Praxis umgesetzt werden, von denen einige nachfolgend geschildert werden. Diese Modifikationen tragen zu einem vereinfachten Aufbau des Hydrauliksystems und/oder zur Verminderung des Energieverbrauchs bei.

[0040] Es gibt verschiedene Bauformen von Hydraulikzylindern, die einfachwirkenden Plungerzylinder oder die doppeltwirkenden Differentialzylinder. In einem Differentialzylinder sind sowohl auf der Kolbenseite als auch auf der Stangenseite druckwirksame Flächen ausgebildet, so dass die Kolbenstange des Zylinders letztlich eine Stellung einnimmt, die von der auf die Stange wirkenden Last und der Differenz der Drücke auf der Kolbenseite und der Stangenseite abhängt. In einer üblichen Betriebsweise wird, wenn die Lage des Kolbens verstellt werden soll, Arbeitsfluid unter Druck auf der Zylinderseite in die Druckkammer eingespeist, deren Volumen zunehmen soll, während eine entsprechende Menge an Arbeitsfluid aus der Druckkammer abgelassen wird, deren Volumen abnehmen soll.

[0041] In diesem Fall wird Arbeitsfluid auf einem Druckniveau abgelassen, das deutlich über dem des Vorratsbehälters, nachfolgend als Tank bezeichnet, liegt. Dies bedeutet, dass die zuvor investierte Pumpenergie, die in diesem abzulassenden Teil des Arbeitsfluid enthalten ist, ungenutzt in den Tank abgegeben wird. Durch ein Überströmventil, das die beiden Druckkammern des Zylinders miteinander verbindet, strömt des Arbeitsfluid auf hohem Druckniveau von einer Druckkammer in die andere und es ist nur die Pumpenergie aufzubringen, die zur Druckerhöhung in diesem Volumen erforderlich ist. Auf diese Weise wird Energie gespart.

[0042] Mit Hilfe eines geeigneten Umschaltventils kann auch ein vereinfachter Aufbau eines digitalen Druckreglers in Verbindung mit einem Differentialzylinder erreicht werden.

[0043] Ein üblicher digitalhydraulischer Druckregler hat in der Regel eine Reihe oder Bank parallel geschalteter Ventile für die Zuführung von Arbeitsfluid zu einer Druckkammer des Differentialzylinders und eine Bank parallel geschalteter Ventile zum Ablassen von Arbeitsfluid aus dieser Druckkammer. In der Regel sind einem Differentialzylinder mit zwei Druckkammern insgesamt vier Ventilbänke zugeordnet. Mit einem Umschaltventil (4/2-Wege Ventil) kann nun eine Vereinfachung des Aufbaus erreicht werden, indem jeweils eine Ventilbank mit jeweils einer Zylinderdruckkammer verbunden ist, während das Umschaltventil die beiden Ventilbänke abwechselnd mit dem Tank oder der Pumpe (bzw. der Druckquelle) verbindet.

[0044] Werden digitalhydraulische Druckregler zusammen mit Hydraulikzylindern verwendet, so 5/20 Säm&nsches pitessaist AT511 575B1 2013-08-15 liegt ein besonderer Vorteil darin, dass diese Regler keinen Leckagestrom haben. Daher stehen Ölvolumina und Kolbenstellung in sehr engem Zusammenhang, d.h. misst man das dem Zylinder zugeführte Ölvolumen kann man auf die tatsächliche Kolbenstellung schließen. Bei dem Betrieb eines solchen Zylinders kann die Kolbenstellung eine wichtige Größe sein, insbesondere bei der Einstellung von genauen Abständen bei großen Kräften oder hinsichtlich einer Synchronisation von Bewegungen.

[0045] Die herkömmlicherweise verwendete Sensorik für diese Aufgabe ist an der Außenseite des Zylinders angeordnet und damit den widrigen Umgebungsbedingungen von beispielsweise Papiermaschinen ausgesetzt, wo es häufig staubig und/oder feucht ist. Dadurch ist diese Sensorik störungsanfällig.

[0046] Durch den engen Zusammenhang zwischen vom Regler abgegebenem Ölvolumen und der Kolbenstellung wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass man aus einer Volumenstrommessung im Ölstrom, beispielsweise mit Zahnraddurchflussmessern, auf die Kolbenstellung schließt. Dabei kann der Durchflussmesser an einer Stelle angebracht sein, die von der Kolbenstange (deren Position erfasst werden soll) entfernt ist. Zudem kann man solche Durchflussmesser kapseln, da sie nur etwas erfassen müssen, was in ihrem Inneren erfolgt. Auf diese Weise ist eine robuste Kolbenstellungserfassung möglich. Selbst wenn ein Messfehler bei der Erfassung des Durchflusses auftritt, ist das System, besonders wenn Hin- und Rückfluss zum bzw. vom Zylinder getrennt erfasst und ausgewertet werden, hinreichend genau, um Fehlfunktionen zu erkennen.

[0047] Es sollte auch möglich sein, aus der Arbeitsweise des digitalhydraulischen Reglers auf das verschobene Ölvolumen zu schließen, indem man die einzelnen Ströme durch die einzelnen Ventile eines Reglers unter Berücksichtigung der Öffnungszeiten aufsummiert. Auf diese Weise kann ggf. sogar jedweder Durchflussmesser eingespart werden. Dabei kann man die Erkenntnis nutzen, dass die Öffnungszeiten der einzelnen Ventile für die Regelung ohnehin berechnet werden und aus der Verrechnung mit den individuellen Durchflussraten durch die entsprechenden Ventile auf das in der jeweiligen Druckkammer vorliegende Volumen (also die Kolbenstellung) geschlossen werden kann.

[0048] Die zuvor beschriebenen digitalhydraulischen Regleranordnungen werden in der Regel mit Hydrauliköl betrieben, d.h. das Arbeitsfluid ist ein öl. Die Verwendung von Öl ist für die üblichen Steuerventile zur Schmierung der Steuerkolben grundsätzlich erforderlich oder zumindest von Vorteil. Nachdem die digitalhydraulischen Regler nur noch einfache Abschaltventile verwenden, gibt es diese Schmierungserfordernis nicht mehr oder nicht mehr in dem Maße. Deshalb kann das Arbeitsfluid auch eine wässrige Emulsion (z.B. eine Öl/Wasser Emulsion ähnlich der Bohrmilch) oder sogar einfaches Wasser sein. Neben einer erheblichen Verringerung des Aufwands, der getroffen werden muss, um die Umwelt vor Verschmutzung durch austretendes Öl zu schützen, gibt es auch technische Vorteile.

[0049] Die Viskosität von Öl ist temperaturabhängig. In digitalhydraulischen Reglern sind in der Regel feste Drosseln zur Einstellung der Volumenströme durch die einzelnen Ventile vorgesehen, deren Drosselwirkung deutliche Abhängigkeit von der Viskosität des Arbeitsfluids zeigt. Bei Wasser oder wässrigen Emulsionen hat die Temperatur nur einen geringen Einfluss auf die Viskosität, so dass die Temperaturempfindlichkeit des Hydrauliksystems gering ist. Damit ist es nicht erforderlich, die Temperatur des Arbeitsfluids am Einsatzort des digitalhydraulischen Reglers zu berücksichtigen.

[0050] Die Erfindung wird nachfolgend hinsichtlich verschiedener Aspekte anhand von beispielhaften Ausgestaltungen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt: [0051] Fig. 1 einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit Druckspeichern und digitalhydrauli schen Druckminderern zur Versorgung mehrerer Hydraulikkreise mit jeweils verschiedenem Arbeitsdruck in einem schematischen Schaltbild; 6/20

ö;.te?reif«}Kche< AT511 575B1 2013-08-15 [0052] Fig. 2 einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem Druckspeicher, digitalhydrauli schen Druckreglern und einem hydraulischen Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild; [0053] Fig. 3 ein Schaltbild einer Pumpenanordnung, die mit dem Hydrauliksystem gemäß Fig. 2 verwendbar ist; [0054] Fig. 4 einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem digitalhydraulischen Druckregler, einem Überströmventil und einem hydraulischen Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild; [0055] Fig. 5 einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit zwei Druckspeichern mit unterschiedlichem Arbeitsdruck, digitalhydraulischem Druckminderer, digitalhydraulischen Druckreglern und hydraulischen Differentialzylindern in einem schematischen Schaltbild; [0056] Fig. 6 einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem vereinfachten digitalhydraulischen Druckregler, einem Umschaltventil und einem hydraulischen Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild; [0057] Fig. 7 eine Anordnung zur Erfassung der Kolbenstellung von Differentialzylindern in einem Hydrauliksystem mit digitalen Druckreglern.

[0058] In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass die allgemeine Funktionsbeschreibung lediglich anhand einer Figur vorgenommen und dann darauf verwiesen wird. Wenn ferner im nachfolgenden Text von Druckminderern, Druckreglern oder Durchflussreglern die Rede ist, so sind diese, wenn nichts anderes gesagt ist, digitalhydraulische Druckminderer, Druckregler oder Durchflussregler die unter Verwendung des eingangs der Beschreibung erläuterten digitalhydraulischen Prinzips arbeiten.

[0059] Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit Druckspeichern und digitalhydraulischen Druckminderern zur Versorgung mehrerer Hydraulikkreise mit jeweils verschiedenem Arbeitsdruck in einem schematischen Schaltbild. In einem Versorgungsabschnitt 1 ist eine Pumpe 10 vorgesehen und drückt Arbeitsfluid aus einem Tank 20 in eine Hochdruckleitung 100. Die Hochdruckleitung 100 ist mit einem Hochdruck- oder Pumpendruckspeicher 11 verbunden, der von der Pumpe 10 mit Arbeitsfluid unter hohem Druck gespeist wird und dieses unter hohem Druck speichert.

[0060] Von der Hochdruckleitung 100 zweigen vier Hydraulikkreise (kurz: Kreis) 101, 102, 103 und 104 ab. Jeder Kreis 101, 102, 103 und 104 hat seinen eigenen Druckminderer 13. Eingangsseitig des in Fig. 1 untersten Druckminderer 13 des Kreises 104 ist ein Hochdrucksensor 15 vor den Druckminderer geschaltet. Dieser Hochdrucksensor 15 wird zur Steuerung der Pumpe 10 und des Pumpendruckspeichers 11 verwendet. Ferner haben die einzelnen Kreise 101, 102, 103 und 104 diesen Hochdrucksensor 15 gemeinsam, haben aber jeweils ihre eigenen Niederdrucksensoren 12. Nachdem in der Schaltung gemäß Fig. 1 der Druck am Eingang jedes Druckminderers 13 dem von dem Hochdrucksensor 15 erfassten Druck entspricht, kann der Messwert vom Hochdrucksensor 15 der Druckregelung in den einzelnen Druckminderern 13 unter Verwendung des Messwerts des jeweils zugehörigen Niederdrucksensors 14 der einzelnen Kreise 101, 102, 103 und 104 zugrunde gelegt werden.

[0061] Jeder der Kreise 101, 102, 103 und 104 hat einen eigenen Niederdruckspeicher 12, der das Arbeitsfluid mit dem durch den Druckminderer 13 eingestellten Druck speichert und ggf. in den zugehörigen Hydraulikkreis nachliefert.

[0062] Durch die Verwendung eines Niederdruckspeichers 12 in dem jeweiligen Hydraulikkreis 101, 102, 103 und 104 werden Regelungsabweichungen des Druckminderers 13 gedämpft. Zudem ist keine ständig laufende Pumpe erforderlich, auch wenn mehrere Hydraulikkreise 101, 102, 103 und 104 mit Arbeitsfluid versorgt werden müssen und unterschiedlich hohen Verbrauch an Arbeitsfluid haben. Ferner hat die gezeigte Anordnung den Vorteil, dass die Nieder- 7/20 öst£srej£fci5ehe5 AT511 575B1 2013-08-15 druckspeicher 12 so bemessen sind, dass, auch wenn in allen angeschlossenen Hydraulikkreisen 101, 102, 103 und 104 der maximale Arbeitsfluidbedarf auftritt, die jeweiligen Niederdruckspeicher 12 die erforderliche Menge Arbeitsfluid mit ausreichendem Druck liefern können, ohne dass eine auf den maximalen Arbeitsfluidbedarf ausgelegte, entsprechend große Pumpe vorgesehen werden muss.

[0063] Der Pumpendruckspeicher 11 kann in einem solchen Fall zudem kurzfristig genügend Arbeitsfluid in der Leitung 100 bereitstellen, damit die einzelnen Niederdruckspeicher 12 rasch wieder aufgefüllt werden können. Die Pumpe 10 kann schon während dieser Zeit aber auch darüber hinaus laufen, um den Pumpendruckspeicher 11 wieder aufzuladen. Wegen der Speicherkapazität der Hochdruckversorgung kann eine Pumpe geringerer Leistung verwendet werden.

[0064] Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem Druckspeicher 11, einem digitalhydraulischen Druckregler 4 und einem hydraulischen Differentialzylinder 3 in einem schematischen Schaltbild. Ein Versorgungsabschnitt 1 mit einem Pumpendruckspeicher 11, einem Pumpenanschluss 16 und einem Tank 20 versorgt den Druckregler 4 mit zwei Reglerabschnitten 41, 42 zum Betrieb eines Differentialzylinders 3. Sensoren 19 erfassen den Druck in den beiden Druckkammern 31 und 34 des Differentialzylinders 3, die durch einen Kolben 33 mit einer Kolbenstange 36 getrennt sind. Der Druck in der stangenseitigen Druckkammer 31 wirkt auf die stangenseitige Kolbenfläche 32, während der Druck in der kolbenseitigen Druckkammer 34 auf die Kolbenfläche 35 drückt. Mit den Reglerabschnitten 41 und 42 können Füllmenge und Druck in den beiden Druckkammern 31 und 34 eingestellt werden, damit die Kolbenstange 36 in der gewünschten Stellung und mit der gewünschten Kraft mit einem daran angeschlossenen Maschinenelement (nicht gezeigt) zusammenwirkt.

[0065] Der Druck in der Druckversorgung 1, von dem ausgehend der Zylinder 3 zu steuern ist, wird mittels Drucksensor 14 gemessen und davon ausgehend wird der Solldruck in den Druckkammern 31 und 34 eingestellt. Mit 45 ist ein Überströmventil bezeichnet, das eine Verbindung der beiden Druckkammern 31 und 34 wahlweise zulässt. Die Funktion dieses Überströmventils 45, das auf Durchgang geschaltet werden kann, wird später unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

[0066] Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Pumpeinheit, die mit dem Hydrauliksystem gemäß Fig. 2 verwendbar ist. Der Pumpendruckspeicher 11 in dem Hydrauliksystem gemäß Fig. 2 ist so bemessen, dass mit der darin gespeicherten Menge an Arbeitsfluß eine Vielzahl von Arbeitszyklen des Hydraulikzylinders 3 aus Fig. 2 ausgeführt werden können. Der Verbrauch an Arbeitsfluid für die Druckregelung durch die Reglerabschnitte 41 und 42 ist prinzipbedingt sehr gering, wie eingangs bereits umfassend dargelegt wurde.

[0067] Die mobile Pumpeinheit 5 hat eine Pumpe 10, einen Motor 18, ein Überdruckventil 21 und einen Tank 20. Ferner sind noch Komponenten wie Fahrgestell, Räder, Stromversorgung für den Motor 18 und weitere Elemente vorgesehen, die aber hier nicht gezeigt sind. Die mobile Pumpeinheit 5 ist ferner mit einem Lieferanschluss 16 und einem Aufnahmeanschluss 17 versehen. Diese Anschlüsse sind vorzugsweise als Schnellkupplungen (nicht gezeigt) ausgestaltet, so dass die mobile Pumpeinheit 5 mit der Druckversorgung 1 des Hydrauliksystems aus Fig. 2 einfach und werkzeuglos verbunden werden kann.

[0068] Mit überschlägigen Berechnungen lässt sich zeigen, dass z.B. die Zylinder zum Schließen und Gegeneinanderpressen von Walzen zu Bildung eines Walzenspalts auch unter Berücksichtigung der Notwendigkeit den Walzenspalt bei Bahnabriss zu öffnen und zu schließen, mit einem aufgeladenen Druckspeicher mehrere Wochen unabhängig von einer Pumpe betreibbar sind. Da der Ladevorgang nicht lange dauert, kann mit einer mobilen Pumpeinheit die Druckversorgung vieler solcher mit Druckspeicher ausgerüsteten Stellglieder im Hydrauliksystem mit sehr wenig Aufwand sichergestellt werden. Weil zudem Rohrleitungen, die Pumpe(n) selbst und natürlich auch eine große Anzahl von Rohrverbindungen eingespart werden können ist der Investitionsaufwand geringer und die Betriebssicherheit steigt. 8/20 östmk&seh« (Btestatst AT511 575B1 2013-08-15 [0069] Die Verwendung der mobilen Pumpeinheit ermöglicht auch einen einfachen Wechsel oder eine einfache Reinigung des Arbeitsfluids. So kann das aus dem Tank entnommene, mit der Pumpe in den Druckspeicher zu fördernde Arbeitsfluid gefiltert werden. Auf diese Weise können Schmutzpartikel oder andere Feststoffe aus dem Arbeitsfluid entfernt werden, wodurch eine Beschädigung nachgeordneter Bauteile des Hydraulikkreises durch diese Feststoffe verhindert ist. Weil die verwendeten Filter nur einmal vorhanden sein müssen, können größere und ggf. effizientere Filter eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann auch das Ergebnis, z.B. beim Auftreten starker Verunreinigungen an einer Füllstelle, d.h. beim Füllen eines Druckspeichers, zur Fehlersuche oder Fehlerdiagnose im Hydrauliksystem herangezogen werden.

[0070] Wenn der Tank (nicht gezeigt), der der jeweiligen Füllstelle zugeordnet ist, abnehmbar gestaltet ist, so kann dieser Tank gegen einen leeren Tank ausgetauscht werden und der Druckspeicher wird mit frischem (gereinigtem oder neuem) Arbeitsfluid gefüllt. Auf diese Weise kann der Austausch des Arbeitsfluids regelmäßig und fast vollständig auf einfache Weise erreicht werden, ohne dass die Maschine anhält, denn die Druckversorgung steht weiter zur Verfügung, auch während der Druckspeicher aufgeladen (befüllt) wird.

[0071] Fig. 4 zeigt einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem digitalhydraulischen Druckregler, einem Überströmventil und einem hydraulischen Differentialzylinder in einem schematischen Schaltbild. In dieser Figur ist analog der Fig. 2 ein digitalhydraulischer Druckregler 4 gezeigt, der einen kolbenstangenseitigen Reglerabschnitt 41 und einen zylinderseitigen Reglerabschnitt 42 hat. Dieser Druckregler 4 ist mit einem Differentialzylinder 3 verbunden und regelt den Druck und ggf. die Füllmenge in der kolbenstangenseitigen Druckkammer 31 und der zylinderseitigen Druckkammer 34, indem kontrolliert Arbeitsfluid den Kammern zugeführt oder aus diesen abgeführt wird.

[0072] Der von einer Druckquelle (nicht gezeigt) bereitgestellte Druck wird mit dem Drucksensor 14 gemessen, während die von der Reglerabschnitten 41 und 42 eingestellten Drücke in den beiden Druckkammern 31 und 34 mit Drucksensoren 19 erfasst werden.

[0073] Ferner ist zwischen den beiden Reglerabschnitten 41, 42 eine Verbindungsleitung mit einem Überströmventil 45 angeschlossen, das im geschlossenen Zustand die Reglerabschnitte 41, 42 und die Druckkammern 31, 34 voneinander trennt. Wenn das Überströmventil 45 öffnet, sind die beiden Druckkammern miteinander verbunden oder kurzgeschlossen. In der Regel liegt an der Kolbenstange eine Last oder Kraft an, die bestrebt ist, die Kolbenstange in den Zylinder hinein zu drücken. Soll nun die Kolbenstange der Last folgend in den Zylinder eingezogen werden, wie dies beispielsweise beim Öffnen eines Walzenspalts auftritt, so wird das Überströmventil 45 geöffnet und die Steuerventile des kolbenstangenseitigen Reglerabschnitts bleiben geschlossen. Das Arbeitsfluid strömt also zum Teil in die kolbenseitige Druckkammer 31 und teilweise in den Tank (nicht gezeigt). Der Abfluss in den Tank wird vom zylinderseitigen Reglerabschnitt 42 gesteuert und damit die Absenkgeschwindigkeit der Kolbenstange kontrolliert.

[0074] Weil das Arbeitsfluid im Kurzschluss geführt wird, um die kolbenseitige Druckkammer 31 zu füllen, muss diese Arbeitsfluidmenge nicht aus der Druckversorgung entnommen werden. Das Arbeitsfluid muss also nicht zunächst von der Pumpe gefördert und auf hohen Druck gebracht werden, um dann mit heruntergeregeltem Druck in die Druckkammer 31 eingespeist zu werden. Insgesamt ist das von der Pumpe zu bewegende Volumen reduziert, wodurch Energie gespart wird.

[0075] Weil ferner der kolbenstangenseitige Reglerabschnitt 41 ausgeschaltet bleibt, entfällt hier der Rechnungs- und Steuerungsaufwand. Dies halbiert den Berechnungsaufwand und die Rechenleistung im Rechner des Reglers und spart zudem die Antriebsenergie für die Betätigung der Ventile ein.

[0076] Zudem ergibt sich bei einer Belastung von beispielsweise der Kolbenstange mit einer Masse von oben, gegen die der Zylinder von unter gegenhält, dass der Druck in der kolbenstangenseitigen Kammer eines Differentialzylinders deutlich kleiner sein kann als der Druck in 9/20 üstawiehisch« psteniamt AT511 575B1 2013-08-15 der zylinderseitigen Kammer. Wird nun das Überströmventil geöffnet, wird der Druck zwischen den beiden Kammern ausgeglichen. Durch die zwischen den Kammern verschobene Fluidmenge wird die Kolbenstange ein kurzes Stück der Masse folgend bewegt. Diese Bewegung ist ein durchaus erwünschter Öffnungsruck.

[0077] Fig. 5 zeigt einen Abschnitt des Hydrauliksystems mit zwei Druckspeichern 11, 12 mit unterschiedlichem Arbeitsdruck, einem digitalhydraulischem Druckminderer 13, digitalhydraulischen Druckreglern 4 und hydraulischen Differentialzylindern 3 in einem schematischen Schaltbild. Eine Pumpe 10 pumpt Arbeitsfluid aus einem Tank 20 in einen Druckspeicher 11, der über eine Versorgungsleitung 100 auf der Hochdruckseite mit dem Druckminderer 13 verbunden ist. In dem Druckminderer 13 wird das Arbeitsfluid auf einen Druck heruntergeregelt, der nicht zu hoch über dem von den Druckreglern 4 an die Zylinder 3 abzugebenden Druck liegt. Diese Vorgehensweise ist empfehlenswert, weil die Qualität der Regelung (Genauigkeit, Überschwingverhalten etc.) digitalhydraulischer Druckregler besser ist, wenn die Druckdifferenz nicht sehr groß ist.

[0078] In der Anordnung gemäß Fig. 5 wird Arbeitsfluid in dem Druckspeicher 11 unter hohem Druck gespeichert. Arbeitsfluid mit durch den Druckminderer 13 vermindertem Druck wird in einem Niederdruckspeicher 12 aufgenommen. Aus dem Niederdruckspeicher 12 werden die beiden Druckregler 4 mit Arbeitsfluid versorgt, um damit die beiden Zylinder 3, die als Differentialzylinder ausgestaltet sind, anzutreiben.

[0079] Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung ist eine für einen Walzenspalt geeignete Form eines Hydrauliksystems, das zwei Zylinder als Stellglieder hat, die beispielsweise an den beiden Achszapfen einer Walze angreifen, um die Walze zu verstellen und einen Walzenspalt zu öffnen oder um die Walze in bestimmterWeise gegen ihr Gegenstück zu drücken.

[0080] Zu diesem Zweck ist der Druck in den Druckkammern 31, 34 jedes Zylinders 3 getrennt regelbar; eine solche Regelung wurde zuvor schon beschrieben.

[0081] Das in Fig. 5 gezeigte Konzept, das einen für mehrere nachfolgende digitalhydraulische Druckregler gemeinsamen Niederdruckspeicher 12 verwendet, hat beispielsweise den Vorteil, dass Druckschwankungen hinter dem Druckminderer 13 gedämpft werden. Gleichzeitig stellt ein Druckspeicher auch ein Arbeitsfluidreservoir bereit, das in der Lage ist, größere Volumenströme in kurzer Zeit zu liefern. Im vorliegenden Fall kann der Druckminderer 13 auf geringe Volumenströme ausgelegt werden (kleinere Ventile benötigen kleinere Antriebe bei gleichem Ansprechverhalten), da der Niederdruckspeicher 12 in der Lage ist, im Bedarfsfälle auch große Volumenströme von Arbeitsfluid auf einem Druckniveau an die Druckregler 4 zu liefern, das dem Ausgangsdruck des Druckminderers entspricht.

[0082] In der Fig. 5 ist der Drucksensor, der den Druck im Hochdruckspeicher erfasst, mit 15 bezeichnet, während der Drucksensor für den Niederdruckspeicher 12 mit 14 bezeichnet ist. Die Drücke am jeweiligen Ausgang der einzelnen Reglerabschnitte 41, 42 werden von Drucksensoren 19 erfasst.

[0083] Die mit Druckspeicher bezeichneten Einrichtungen können Druckspeicher mit einem Gaspolster mit oder ohne Membran, aber auch Federdruckspeicher mit einem gegen eine Feder verschiebbaren Kolben in einem Zylinder oder andere gleichwertige Speicher sein. Diese Speicher können die gespeicherte Energie in Form von Fluid(en) unter Druck lange und verlustfrei speichern; beim Einspeichern oder Entnehmen auftretende Verluste durch Erwärmung und/oder Reibung sind vernachlässigbar.

[0084] Fig. 6 zeigt einen Abschnitt eines Hydrauliksystems mit einem abgewandelten digitalhydraulischen Druckregler 43, einem Umschaltventil 44 und einem hydraulischen Differentialzylinder 3 in einem schematischen Schaltbild. Mit dem Druckregler 43 aus Fig. 6 werden die Drücke und Füllvolumina der Druckkammern 31, 34 des als Differentialzylinder 3 ausgestalteten Stellglied geregelt; dies wurde zuvor mit einem anderen Regleraufbau ausführlich erläutert, so dass eine Wiederholung hier unterbleibt.

[0085] Der Druckregler 43 hat zwei Reihen von Ventilen 431 und 432, die innerhalb der Reihen 10/20 üstawiehisch« psteniamt AT511 575B1 2013-08-15 parallel geschaltet sind; diese Reihen von parallel geschalteten Ventilen werden auch als Ventilbänke bezeichnet. Die Ventilbänke können den gleichen Aufbau haben, wie in den zuvor ausführlich erläuterten Druckreglern 41,42.

[0086] Der Druckregler 43 hat einen Aufbau wie ein Reglerabschnitt 41, 42 des zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2, 4 und 5 beschrieben Druckreglers 4, ist als so etwas wie ein halber Druckregler. Zusätzlich ist ein Umschaltventil 44 vorgesehen, das den Anschluss der beiden Ventilbänke 431 und 432 mit der Druckzuführleitung 100 und der Ablassleitung 120 zum Tank 20 vertauschen kann. Das als 4/2-Wege-Steuerventil ausgestaltete Umschaltventil ist vorzugsweise ein Tellerventil, das wahlweise die kolbenstangenseitige Ventilbank 431 oder die zylinderseitige Ventilbank 432 mit Druck beaufschlagt. Die jeweils andere Ventilbank ist mit dem Tank 20 verbunden. Die jeweilige mit Druck beaufschlagte Ventilbank kann Arbeitsfluid in die angeschlossene Druckkammer 31, 34 des Zylinders 3 liefern, während Arbeitsfluid aus der anderen Druckkammer 31,34 über die andere Ventilbank in den Tank abfließt.

[0087] Während der Bewegung des Kolbens nimmt das Volumen der einen Druckkammer ab, während des Volumen der anderen Druckkammer zunimmt; es gibt dabei keine Betriebszustände in denen beide Druckkammern gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden oder beide gleichzeitig abgelassen werden. Folglich kann zum Einziehen der Kolbenstange des Zylinders die Ventilbank 431 mit der Druckleitung 100 verbunden sein, während bei der Druckregelung zur Einstellung der Kraft des Zylinders 3 nur die zylinderseitige Druckkammer 34 von der Ventilbank 432 mit Druck beaufschlagt wird, die dann - durch Umschalten des Umschaltventils 44 -mit der Druckleitung 100 verbunden ist.

[0088] Mit diesem Druckregler 43 kann die erforderliche Anzahl von Ventilen im Vergleich zum Druckregler 4 (Fig. 2, 4 und 5) halbiert werden. Damit können die Investitionskosten für das Hydrauliksystem der Maschine vermindert werden.

[0089] Fig. 7 zeigt eine Anordnung zur Erfassung der Kolbenstellung von Differentialzylindern 3 in einem Hydrauliksystem mit digitalen Druckreglern 4.

[0090] Eine Pumpe 10 liefert über einen Durchflussmesser 51, der den von der Pumpe 10 dem System zugeführten Volumenstrom an Arbeitsfluid misst, Arbeitsfluid zu zwei Druckreglern 4, die jeweils mit einem Differentialzylinder 3 verbunden sind. Durchflussmesser 52 erfassen den Zustrom an Arbeitsfluid in die zylinderseitige Druckkammer des jeweiligen Zylinders 3. Durch die verlustfreie Arbeitsweise der digitalhydraulischen Druckregler entspricht die von den Durchflussmessern 52 erfasste Menge an Arbeitsfluid den tatsächlich in den jeweiligen zylinderseitigen Druckkammern vorliegenden Füllmenge, die ein verlässliches Maß für die der Kolbenstellung ist.

[0091] Das Bewegen von schweren Lasten, wie z.B. Walzen in einer Papiermaschine, mit zwei Hydraulikzylindern 3 ist stets auch ein Synchronisationsproblem der Bewegung der beiden Kolbenstangen. Das Ergebnis der Durchflussmessungen ist ein Positionssensor für die Kolbenstellung, wobei die Durchflussmesser 52 genau messen sollten. Vorzugsweise werden dazu Zahnradsysteme verwendet, die relativ genau sind. Zudem liefert die Durchflussmessung mit dem Durchflussmesser 51 in der Versorgungsleitung einen weiteren Messwert, der zur Plausibilitätsprüfung der Ergebnisse der Durchflussmesser 52 für die Druckkammern herangezogen werden kann.

[0092] Durch die indirekte Messung kann der Absolutwert für die Kolbenstellung auch leicht fehlerbehaftet sein, es können aber den beiden Messwerten (jeder für einen Zylinder 3), die gleichzeitig erfasst werden und dabei den gleichen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, Hinweise darauf entnommen werden, wie synchron sich die beiden Kolben bewegen, oder ob die Bewegungen unzulässig stark voneinander abweichen. Diese Erkenntnisse können dazu verwendet werden, die Synchronisation gegebenenfalls mit geeigneten Maßnahmen zu verbessern. Ferner kann aus den Messwerten auch auf Fehlfunktionen im Hydrauliksystem geschlossen werden. 11/20

Claims (14)

1. öst£srej£fci5ehe5 AT511 575B1 2013-08-15 Patentansprüche 1. Hydrauliksystem für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, mit einer Vielzahl von hydraulischen Stellgliedern (3), einer Vielzahl von Druckspeichern (11, 12) zur Bevorratung eines hydraulischen Arbeitsfluids unter Druck, mindestens einem digitalhydraulischen Druckregler (4), der dem hydraulischen Stellglied (3) zugeordnet ist und den Druck des Arbeitsfluids in dem hydraulischen Stellglied (3) einstellt, und einer Pumpe (10), um das Arbeitsfluid mit hohem Druck in den Druckspeicher (11, 12) einzuspeisen und diesen aufzuladen, wobei die Pumpe (10) als eine gemeinsame Pumpe vorgesehen ist, die die Druckspeicher (11, 12) auflädt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) eine mobile, zu den jeweiligen Druckspeichern (11, 12) bewegbare und daran lösbar anschließbare Pumpe ist.
2. 2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem hydraulischen Stellglied (3) oder jeder Gruppe von gleichwirkenden hydraulischen Stellgliedern (3) ein eigener digitalhydraulischer Druckregler (4) zugeordnet ist.
3. 3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Hydraulikzylinder (3) ist.
4. 4. Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile des digitalhydraulischen Druckreglers (4) unmittelbar an dem Hydraulikzylinder (3) angebracht sind.
5. 5. Hydrauliksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelfunktion am Hydraulikzylinder (3) die Regelung des Drucks auf beiden Seiten eines Kolbens (33) des Hydraulikzylinders (3) umfasst.
6. 6. Hydrauliksystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (3) mit einem eigenen digitalhydraulischen Druckregler (4), einem eigenen Druckspeicher (11, 12) und einem eigenen Tank (20) zur Speicherung von drucklosem Arbeitsfluid verbunden ist.
7. 7. Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) ein Hydraulikmotor ist, der parallel zu einem elektrischen Antriebsmotor mit einem drehend anzutreibenden Element der Maschine wirkverbindbar ist.
8. 8. Hydrauliksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor als Antriebshilfsaggregat oder als Bremshilfsaggregat mit dem drehend angetriebenen Element wahlweise koppelbar ist.
9. 9. Hydrauliksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor mit einem eigenen digitalhydraulischen Druckregler (4), einem eigenen Druckspeicher (11, 12) und einem eigenen Tank (20) zur Speicherung von drucklosem Arbeitsfluid verbunden ist.
10. 10. Hydrauliksystem nach Anspruch 3 mit Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Pumpe (10) mit dem Druckspeicher (11, 12) und dem Tank (20) verbindbar ist und das Arbeitsfluid von dem Tank (20) in den Druckspeicher (11, 12) fördert.
11. 11. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (11) mit einem nachgeschalteten digitalhydraulischen Druckminderer (13) versehen ist, dessen Ausgang an den mindestens einen, dem Stellglied (3) oder der Gruppe von Stellgliedern zugeordneten digitalhydraulischen Druckregler (4) abgegeben wird.
12. 12. Hydrauliksystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Stellglieder (3) ein gemeinsamer Druckspeicher (11, 12) vorgesehen ist, an den eine Mehrzahl einzelner digitalhydraulischer Druckregler (4) angeschlossen ist, wobei zwischen dem Druckspeicher (11) und den Druckreglern (4) ein gemeinsamer digitalhydraulischer Druckminderer (13) oder ein digitalhydraulischer Druckminderer (13) für jeden digitalhydraulischen Druckregler (4) vorgesehen ist, der die oder den jeweiligen Druckregler (4) versorgt. 12/20 öst£srej£fci5ehe5 AT511 575B1 2013-08-15
13. 13. Hydrauliksystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem digitalhydraulischen Druckminderer (13) und dem digitalhydraulischen Druckregler (4) oder den digitalhydraulischen Druckreglern (4) ein Druckspeicher (12) vorgesehen ist, der Arbeitsfluid mit dem verminderten Druck speichert und an den oder die digitalhydraulischen Druckregler (4) abgibt.
14. 14. Hydrauliksystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen digitalhydraulischen Druckminderer (13) einzelne, voneinander verschiedene Drücke für den jeweils nachgeschalteten digitalhydraulischen Druckregler (4) einstellen. Hierzu 7 Blatt Zeichnungen 13/20