Brevet FR2522080A1 — publié le 19830826

ENTRAINEMENT POUR UNE MASSE MOBILE AU MOYEN Dt UN MOTEUR HYDRAULIQUE La présente invention concerne un entraînement pour une masse mobile au moyen d'un moteur hydraulique, o au moins un espace de travail du moteur hydraulique est sollicité par un fluide sous pression au moyen d'une soupape de commande et o le fluide de sous pression est délogé d'au moins un espace de travail par le mouvement du moteur hydraulique, ce par quoi, le cas échéant, le parcours et/ou la vitesse de la masse est gou- verné par une commande électronique au moyen de la soupape de commande, et pour freiner la masse mobile, le fluide sous pression délogé du moteur hydraulique peut être amené au moins momentanément et au moins à un accumulateur de pression servant à l'alimentation partielle du fluide sous pression du moteur hydraulique. Dans un tel entraînement décrit dans la demande publiée de brevet allemand N O 3044675, il n'y a aucune récupération optimale possible de l'énergie libérée lors du ralentissement de la masse. Il est décrit dans la demande de brevet en Allemagne no 1225012, un dispositif accumulateur de pression pour amortir les chocs de pression, qui se présentent lors du ralentissement de la masse mobile. La présente invention a pour but d'améliorer un entraine- ment de la sorte ci-dessus mentionnée de façon que le freinage et l'accélération de la masse puissent se produire avec une utilisation optimale de l'énergie. Pour parvenir à ce but, on prévoit, selon l'invention, que plusieurs accumulateurs de pression, à pression échelonnée, puissent être reliés, dans le temps, les uns après les autres, par une commande à soupape, au moteur hydraulique et que l'espa ce de travail ou respectivement les espaces de travail soient reliés à chaque fois par au moins une soupape de retenue, à un récipient d'aspiration o peut être directement aspiré le fluid sous pression se trouvant dans l'espace de travail. Par le retour échelonné de l'énergie libérée, une récupération optimale de l'énergie est rendue possible De plus, par la liaison directe des espaces de travail, par des soupapes de retenue, la perte de pression peut être maintenue à une valeur faible et on peut empêcher une cavitation dans les espaces d'aspiration du moteur hydraulique. Par ailleurs, il peut être particulièrement avantageux qu'un mouvement de la masse dépendant du temps et du parcours soit commandé, avec récupération optimale de l'énergie, par la commande électronique grâce à la liaison du moteur hydrau- lique avec l'un des accumulateurs de pression. De façon particulièrement avantageuse, pour empêcher un freinage par manque de pression, l'espace de travail ou les espaces de travail du moteur hydraulique peuvent être reliés par au moins une soupape de retenue à un récipient d'aspiration, par lequel le fluide sous pression peut être directement aspiré dans l'espace de travail De plus, le fluide sous pression ne doit pas passer par la soupape de commande, avec ses nombreux emplacements d'étranglement et coudes, mais il peut s'écouler par un chemin direct et plus court avec moins de pertes par étranglement, vers le moteur hydraulique Par utilisation de soupapes de retenue, on évite la disposition d'une commande particulière. Dans un mode de réalisation particulièrement simple avec peu de pièces et de commandes, on peut prévoir un accumulateur de pression et celui-ci est relié à chaque fois par une soupape de retenue à l'espace ou aux espaces de travail du moteur hydrau- lique, afin que lors d'une surpression, le fluide sous pression puisse être conduit de l'espace de travail à l'accumulateur de pression de façon tout à fait favorable à l'écoulement Dans ce but, les espaces de travail du moteur hydraulique sont reliés par des conduites les plus courtes possible mais de section transversale importante, par les soupapes de retenue, à l'accu- mulateur et au récipient d'aspiration. Une partie très importante de l'énergie peut être écono- misée lorsque les soupapes de retenue correspondant à chaque accumulateur de pression sont commandées de façon échelonnée en dépendant de la pression et la prise du fluide sous pression de chaque accumulateur de pression est commandée par la régulation électronique également pour l'optimisation de la pression d'utilisation de l'énergie et selon le besoin. La réalisation selon l'invention de l'entraînement s'a- dapte particulièrement à une commande avec une soupape de commande avec retour mécanique en tant que soupape asservie. De telles soupapes de commande sont par exemple connues des publications de brevet allemand no 2062134, 2153506, 2501760, 2910530, et leur mode d'action y est particulièrement décrit. Pour économiser l'énergie, il est particulièrement avantageux de prévoir une soupape de distribution par laquelle la soupape de commande peut être séparée ou reliée à l'alimen- tation en fluide sous pression et au moteur hydraulique, tageusement par la commande électronique Dans le cas d'entraî- nements o la fonction du temps de course de la masse n'est pas exactement donnée d'avance et ne doit pas être maintenue exac- tement, au lieu de la commande électronique, une commande méca- nique de la soupape de distribution peut se produire par une came, un ergot ou analogue en accouplement direct avec l'entrai nement Cela est en particulier possible lorsque le même cycle de travail est toujours accompli dans les mêmes conditions. L'entraînement selon l'invention peut, d'une façon écono- misant particulièrement l'énergie, être muni comme moteur hydra lique, d'un moteur à piston rotatif Mais l'entraînement est également adapté à un piston à simple ou double effet. On peut obtenir une plus ample optimisation de la récu- pération d'énergie par le fait que l'arrivée et le départ dans et hors du ou des accumulateurs de pression peuvent être réglés au moyen de la commande électronique Dans ce cas, le moteur hydraulique peut être sollicité par une soupape de com- mande ouverte autant que possible et un étranglement aussi faible que possible du fluide sous pression. L'ensemble pour l'alimentation en fluide sous pression peut être de dimension particulièrement petite, par exemple, les accumulateurs de pression peuvent de plus être chargés par cette alimentation en fluide sous pression On peut ainsi faire face aux pointes d'énergie qui se présentent, sans que ces pointes d'énergie soient fournies par l'ensemble de pressi' en synchronisme et instantanément. On peut obtenir,de façon connue, une autre diminution importante de l'utilisation d'énergie du fait que l'alimentation en fluide sous pression peut être amenée, par une soupape de circulation, par une dérivation sans pression, afin d'éviter même dans le cas de courtes interruptions de fonctionnement, un étranglement du refoulement en surplus La commutation peut également se produire en fonction de la pression d'un accumu- lateur de pression, dans le cas de volumes d'accumulateur cor- respondants plus importants, grâce à quoi, le cas échéant, la pression maximale peut être adaptée, par la commande électroni- que, selon le besoin en énergie. Une autre économie d'énergie peut être atteinte par le fait qu'au moins une soupape à deux voies est prévue, par laquelle l'alimentation en fluide sous pression de la soupape asservie ou-bien l'accumulateur de pression et respectivement l'un des accumulateurs de pression peut être relié tour à tour à au moins l'un des espaces de travail du moteur hydraulique et cela soit directement ou par la soupape de commande On peut ainsi disposer immédiatement de la pression maximale de la pompe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, donnés à titre indi- catif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un schéma de branchement d'un entraî- nement, o une masse est déplacée en étant réglée par une sou- pape asservie et en étant alimentée par un accumulateur de pression, le cas échéant avec des soupapes à commande électro- nique indiquées en pointillés; la figure 2 montre une autre forme simple de réalisation d'un entraînement lorsque la masse est freinée, o, pour la récupération de l'énergie, l'accumulateur de pression est chargé; la figure 3 montre le schéma des temps de la vitesse d'une masse se déplaçant cycliquement; et les figures 4 et 5 montrent des schémas blocs de l'entraî- nement représenté sur les figures 1 et 2. L'entraînement schématiquement représenté sur les figures 1 et 2 présente une alimentation en fluide sous pression 3 se composant d'un moteur 1 et d'une pompe 2, qui aspire le fluide liquide sous pression d'un réservoir 4 et le met sous pression La pression maximale selon la pompe 2 est limitée par une soupape 5 de limitation de pression. Pour économiser l'énergie, lors de courtes interrup- tions de fonctionnement, quand pratiquement aucun fluide sous pression n'est nécessaire, la pression de refoulement de la pompe 2 peut être considérablement diminuée au moyen d'une soupape de circulation 6, et cela en rapport avec la pression dans une conduite de pression 27 et/ou par une commande électronique 24. L'alimentation en fluide sous pression 3 est, dans le mode de réalisation représenté, reliée par une soupape de retenue 7, à un accumulateur de pression 8 et une sou- pape de distribution 9 Par cette soupape de distribution 9, l'alimentation en fluide sous pression 3 et l'accumula- teur de pression 8 peuvent être reliés ou bien être séparés vis à vis d'une entrée de pression P d'une soupape de com- mande 10. Les raccordements A et B de la-soupape de commande sont eux-mêmes reliés en pouvant être séparés, par la soupape de distribution 9, aux espaces de travail Il et 12 d'un moteur hydraulique 13 Dans le mode de réalisation, un moteur à piston rotatif est représenté pour le moteur hydraulique 13, dont les deux espaces de travail Il et 12 sont séparés par une ailette pivotante 14 Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, un cylindre hydraulique avec un piston 14 ' sert de moteur hydraulique 13, qui déplace une masse 23 par une tige de piston 20 '. La sortie T de la soupape de commande 10 est de plus reliée, en tant que conduite qui n'est pas sous pression, au réservoir 4 pour le retour sans pression du fluide sous 6 2522080 pression. Les deux espaces de travail 11 et 12 sont de plus en liaison, par des soupapes de retenue 15 à 18, avec -l'accumulateur 8 ou respectivement un récipient d'aspiration 19, par des conduites aussi courtes que possible et d'une coupe transversale relativement grande Ainsi, le récipient d'aspiration 19 peut être identique au réservoir 4. Les soupapes de retenue 15 et 16 sont commutées de façon que lors d'une surpression dans l'un des espaces de travail Il ou 12, le fluide sous pression puisse s'écouler vers l'accumulateur 8, mais qu'un retour d'écoulement soit impossible De même, le fluide sous pression, lors d'un manque de pression dans la chambre 11 ou 12 peut être aspiré du réservoir d'aspiration 19, au moyen d'une soupape de retenue 17 ou 18. L'arbre d'entraînement 20 du moteur hydraulique 13 est couplé directement à une roue dentée 21, à laquelle s'engrène une crémaillère 22, par laquelle une masse 23 peut être déplacée La vitesse v et le parcours S de la masse sont pré- établis et réglés par une commande électronique 24 au moyen d'un moteur pas à pas 25 et de la soupape de commande 10 La soupape de commande 10 est ainsi couplée mécaniquement au moteur hydraulique 13 Le mode de fonctionnement de la soupape de commande 10 avec le moteur hydraulique 13 est décrit, par exemple, dans la publication du brevet germanique n O 2910530. Au lieu des soupapes de retenue 15 et 16 ou en parallèle à celles-ci, l'accumulateur 8 peut être relié et peut être séparé, par une commande à soupape 26 qui n'est indiquée que légèrement, avec les espaces de travail 11 et 12 et le cas échéant également avec l'alimentation en fluide sous pression 3, cette commande pouvant également se produire par la commande électronique 24 (figure 1). L'entraînement peut être utilisé pratiquement pour toutes les masses à accélérer et à freiner dans le cas de machines 'et appareils, pour maintenir la consommation d'énergie pour le mouvement de la masse 23, dans l'ensemble, à une valeur aussi faible que possible, par exemple dans le cas de presses hydrauliques à fonctionnement rapide, avances de laminage, entraînements de métiers à tisser, en bref partout o les masses doivent être accélérées relativement rapidement pour être de nouveau freinées, et o le mouvement doit également le cas échéant être commandé de façon exacte sur toute son étendue. Le mode de fonctionnement de l'entraînement représenté sur les figures 1 et 2 est comme suit: Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la masse 23 est accélérée par le fluide sous pression qui est accumulé dans l'accumulateur 8 Les conduites traversées par le fluide sous pression sont indiquées en traits mixtes. Le fluide sous pression s'écoule de l'accumulateur 8 par lz soupape de distribution 9, et la soupape de commande 10 ver: l'espace de travail 11 et déplace ainsi la masse 23 selon l' donnée préalable appliquée à la commande électronique 24 LU fluide sous pression sortant de l'espace de travail 12, di fait du mouvement de l'ailette pivotante 14, s'écoule par lez conduites en pointillés à travers la soupape de commande 1 vers le réservoir 4 L'alimentation en fluide sous pression est commutée, par la soupape de circulation 6, à un dérivation pratiquement sans pression, donc à l'état de fonc tionnement qui est représenté, aucun fluide sous pression n passe, par la soupape de retenue 7, dans la boucle d travail. Si l'énergie emmagasinée dans l'accumulateur 8 n suffit pas, alors la soupape de circulation 6 est fermée pa la commande électronique 24 et le fluide sous pression es complété. Pour pouvoir établir l'alimentation en fluide soi, pression 3 à une valeur aussi faible que possible, du fluid sous pression peut être accumulé pendant tout le cycle c travail, au moyen de la pompe 3. A l'état de fonctionnement de l'entraînemer représenté sur la figure 2, la masse 23 est hydrauliquemer freinée, et ce processus de freinage, au moment représente n'est pas commandé par la soupape de commande 10 command E par une soupape de commande préalable 28 La soupape ( 8 2522080 commande 10 est séparée du restant du circuit par la soupape de distribution 9 L'espace de travail 12 effectuant le freinage du moteur hydraulique 13 est relié, par la soupape de retenue 16, à l'accumulateur 8, donc le fluide sous pression est pressé dans l'accumulateur 8 L'espace de travail Il aspire, par la soupape de retenue 17, l'huile hydraulique du récipient d'aspiration 19, et le courant d'huile qui n'est pas sous pression passe par les conduites de liaisons indiquées en pointillés tandis que les conduites sous pressions sont indiquées en traits mixtes La phase extrême du mouvement d'un cycle de travail à partir du point dans le temps td (figure 3), peut alors être de nouveau commandée par mise en circuit de la soupape de distribution 9 au moyen de la commande électronique 24, et, selon le besoin, l'espace de travail 11 ou 12 peut être sollicité par le fluide sous pression au moyen de la soupape de commande 1 é, l'autre espace de travail 12 ou respectivement 11 étant alors relié au réservoir 4 Ce cycle de travail correspond à l'état de fonctionnement de la figure 1, o le fluide sous pression peut être conduit, en cas de besoin, par la fermeture de la soupape de circulation 6. La figure 3 montre le changement de la vitesse avec le temps pour une masse en déplacement dans un cycle de travail, par exemple; la masse 23 est accélérée uniformément à partir du repos jusqu'à une vitesse maximale Vmax, à une accélération constante et elle est ensuite freinée de nouveau jusqu'à l'arrêt, et au point O dans le temps, à l'angle de pivotement O ou à la course 0, on a une vitesse nulle et à un angle de pivotement de 90 o à une course de 50 % de poussée, la vitesse Vmax est atteinte, tandis qu'à l'angle de 180 ' ou au temps te, la masse 23 est de nouveau freinée pour être arrêtée. Au point t dans le temps, l'accumulateur 8 est chargé a de l'alimentation en fluide sous pression 3, l'entraînement est arrêté et l'alimentation en fluide sous pression 3 est mis en circulation ou en dérivation au moyen de la soupape de limitation de pression 5 Dans le cas d'un plus long temps d'attente, la pompe de refoulement 2 peut être mise dans le circuit sans pression, au moyen de la soupape de circulation 6. Au point dans le temps 0, la soupape de commande peul passer à une soupape d'écoulement au moyen de la commande électronique 24, afin que, selon l'état de fonctionnement représenté sur la figure 1, le fluide sous pression puisse s'écouler de l'accumulateur 8 par la soupape de commande 11 dans l'espace de travail 11 Dans ce cas, la masse 23 est accélérée jusqu'au point t 1 ou jusqu'à l'angle de pivotemen' de 90 ou jusqu'à 50 % de la course En même temps le fluidi sous pression sortant de l'espace de travail 12 est rament pratiquement sans pression dans le réservoir 4 au moyen de 1, soupape de commande 10 Ce processus est également représente schématiquement sur la figure 4 Toutes les conduites d liaison, o s'écoule de l'huile sous pression, son représentées en traits mixtes tandis que les conduites o s'écoule de l'huile qui n'est pas sous pression, son montrées en pointillés. Lorsque la valeur Vmax est atteinte, il se produit, la commande électronique 24, un changement de la soupape d distribution 9 au freinage et l'entraînement fonctionne comm cela est représenté sur le schéma de branchement 2 et sur 1 figure 5, ainsi dans l'espace de travail 12 une pressio s'accumule qui freine la masse 23 et le fluide sous pressio peut retourner, par la soupape de retenue 16, l'accumulateur 8 qui avait précédemment été pratiquemen vidé, pour de nouveau charger celui-ci. Le freinage peut se produire, sans régulation, comm cela est représenté sur la figure 3 en pointillés Dans c cas, au point dans le temps td la commande électronique 2 met la soupape de distribution 9 en entraînement réglé e règle le mouvement jusqu'au point d'arrêt te Dans ce cas l'accumulateur 8 peut être totalement chargé, en même temps par l'alimentation en fluide sous pression 3 et avoi suffisamment de réserve d'énergie pour le cycle de travai qui suit Un tel cycle peut toujours être répété c l'alimentation fluide sous pression 3 doit seulement fourni l'éinergie qui est perdue entre l'accélération et le freinag E De même,, les pertes d'huile de fuite, les pertes par frottement et les pertes d'écoulement doivent être compensées Mais par cette disposition, une grande partie de l'énergie des oscillations de la masse en déplacement 23 peut être accumulée hydrauliquement et être de nouveau utilisée pour l'accélération de la masse 23. S REVENDICATIONS: il 1 Entrainement pour une masse mobile ( 23) au moyen d'u moteur hydraulique ( 13), o au moins un espace de travail ( 11, 12) du moteur hydraulique ( 13) peut être sollicité par un fluide sous pression commandé par une soupape de commande ( 10), et o le fluide sous pression est délogé d'au moins un espace de travail ( 12) ou ( 11) par le déplacement du moteur hydraulique ( 13), le cas échéant, le parcours et/ou la vitesse de la masse ( 23) pouvant être guidés par une commande électro- nique ( 24), au moyen de la soupape de commande ( 10), et o, pour le freinage de la masse ( 23) en déplacement, le fluide sous pression délogé du moteur hydraulique ( 13) peut être conduit au moins momentanément et au moins à un accumulateur servant à l'alimentation partielle en fluide sous pression du moteur hydraulique, caractérisé en ce que plusieurs accu- * 15 mulateurs ( 8) à pression échelonnée, peuvent être reliés,dans temps, les uns après les autres,parune commande à soupape ( 26), au moteur hydraulique ( 13) et en ce que l'espace ou respecti- vement les espaces de travail ( 11, 12) sont chacun reliés par au moins une soupape de retenue ( 17, 18), à un récipient d'as- piration ( 19), par lequel le fluide sous pression dans l'espac de travail ( 11) ou ( 12) peut être directement aspiré. 2 Entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retour du fluide sous pression s'écoulant hors du moteur hydraulique ( 13) s'effectue, au moyen de la commande à soupape ( 26), par la commande électronique ( 24), dans l'acct mulateur de pression ( 8) de façon optimale au point de vue récupération d'énergie. 3 Entrainement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, dans lequel un mouvement de la masse ( 23) dépen- dant du temps est commandé par la commande électronique ( 24), au moyen de la connexion du moteur hydraulique ( 13) à l'un des accumulateurs de pression ( 8), caractérisé en ce que pour une récupération optimale de l'énergie, le réglage de la coupe transversale d'ouverture de la soupape de commande ou des sou- papes de commande ( 10) se produit de façon optimale en dépende du temps ou du parcours, au moyen de la commande électronique ( 24). 4 Entraînement selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un accumu- lateur ( 8) est prévu et en ce que celui-ci ou respective- ment ceux-ci sont reliés, à chaque fois, par une soupape - de retenue ( 15, 16) à l'espace ou aux espaces de travail ( 11, 12) du moteur hydraulique ( 13), ainsi dans le cas d'une surpression, le fluide sous pression s'écoule de la chambre de travail ( 11 ou 12) vers l'accumulateur ( 8) et les espaces de travail ( 11, 12) du moteur hydraulique ( 13) sont reliés par des conduites aussi courtes que possible mais de grande coupe transversale, par les soupapes de retenue ( 15 à 18) à l'accumulateur ( 8) et au récipient d'aspiration ( 19). Entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les soupapes de retenue ( 15, 16) adjointes à chaque accumulateur de pression ( 8) sont commandées de façon échelon- née selon la pression et la prise du fluide sous pression de chaque accumulateur ( 8) est commandée, par la commande électro- nique ( 24), également pour rendre optimale la consommation d'énergie, selon la pression et le besoin. 6 Entraînement selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'il présente une commande avec une soupape de commande ( 10) ayant la forme d'une sou- pape asservie avec retour mécanique. 7 Entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une soupape de distribution ( 9) est prévue, par laquelle la soupape de commande ( 10) peut être reliée ou spérée, par rapport à l'alimentation en fluide sous pression ( 3) et au moteur hydraulique ( 13), avantageuse- ment au moyen d'une commande électronique ( 24). 8 Entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'alimentation en fluide sous pression ( 3) peut être permutée par une soupape de circulation ( 6) vers un trajet sans pression, le changement se produisant selon la pression dans l'accumulateur ( 8) ou la conduite sous pression ( 27). 9 Entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une soupape de changement est prévue, par laquelle soit l'alimentationen fluide sous pression ( 3) ou l'accumulateur de pression ( 8) ou bien l'un des accumulateurs de pression ( 8) peut être relié, tour à tour, à au moins l'un des espaces de travail ( 11, 12) du moteur hydraulique ( 13), le cas échéant totalement ou seulement momentanément par la soupape de commande ( 10). Entraînement selon la revendication 9, caractérisé en ce que la soupape de changement présente une autre position o, par la commande électronique ( 24), l'alimentation en fluide sous pression ( 3) peut être reliée à au moins l'un des accu- mulateurs de pression ( 8).