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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse, insbesonders Abkantpresse, mit zumindest einem zweiseitig wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder mit unterschiedlich grossen Wirkflächen auf beiden Seiten des Kolbens, wobei die Seite der grösseren Wirkfläche über eine zusätzliche Nachsaugleitung mit dem Hydrauliktank verbunden und in diese Nachsaugleitung ein Nachsaug- ventil eingeschaltet ist, welches während des Arbeitshubes geschlossen und während der Eilhübe geöffnet ist.
Während des Arbeitszyklus von hydraulischen Pressen werden bezüglich Presskraft und Ge- schwindigkeit üblicherweise unterschiedliche Anforderungen gestellt. Beim eigentlichen Arbeitshub bzw.-weg werden meist grosse Kräfte bei niedrigen Geschwindigkeiten gefordert, wogegen beim Pressenrückzug (Eilhub-Auf) und auch bei einer Eilbewegung in Pressrichtung (Eilhub-Ab) zumeist möglichst hohe Geschwindigkeiten mit geringen erforderlichen Kräften erwünscht sind. Um diese Anforderungen auf einfache Weise kostengünstig zu erfüllen, werden bei derartigen Pressen heut- zutage üblicherweise Hydraulikzylinder mit grossem Wirkflächenunterschied zwischen Kolbenfläche und Ringfläche (verbleibende Querschnittsfläche auf der Seite der Kolbenstange zwischen dieser und der Zylinderinnenwand) eingesetzt.
Das Verhältnis dieser Wirkflächen erreicht dabei beispiels- weise 16:1 und mehr.
Wenn für die erwähnte Eil-Auf-Bewegung die zur Verfügung stehende Pumpenfördermenge zur Beaufschlagung der Ringraumseite verwendet wird, wird bei den heute in diesem Zusammen- hang üblichen Konstruktionen auf der gegenüberliegenden Kolbenseite die um das Verhältnis der Wirkflächen vervielfachte Ölmenge aus dem kolbenseitigen Zylinderraum direkt über eine zusätzli- che Verbindung (Nachsaugleitung) in den Hydrauliktank ausgeschoben. Bei der Eil-Ab-Bewegung in Pressrichtung muss hingegen eine entsprechende Ölmenge vom Tank in den kolbenseitigen Zylinderraum zurückgebracht werden.
Insbesonders bei diesem sogenannten Nachsaugen des kolbenseitigen Zylinderinnenraumes durch das Eigengewicht der Pressenoberwange und den atmosphärischen Druck im Tank ist es wichtig, die Druckverluste in der Nachsaugleitung vom Tank zur Kolbenseite des Zylinders minimal zu halten, da es ansonsten zu Ausgasungen und damit Blasenbildung im Hydraulikmedium kommen kann.
Für den eigentlichen Arbeitshub bzw. -weg ist es im obengenannten Zusammenhang natürlich erforderlich, die Verbindung zwischen Tank und kolbenseitigem Zylinderinnenraum, der ja nun mit Druck beaufschlagt werden soll, vorzugsweise leckölfrei zu unterbrechen, was durch ein soge- nanntes Nachsaug- oder Füllventil bewerkstelligt wird, welches bei den bekannten Pressen der eingangs genannten Art zumeist einfach als 2/2-Wege-Sitzventil ausgebildet und bei den Eilbewe- gungen für eine besonders verlustarme Verbindung (grosse Querschnitte) zwischen kolbenseitigem Innenraum und Tank geöffnet und beim Arbeitshub geschlossen ist. Derartige Ventile sind in der Regel hydraulisch angesteuert und werden bedarfsweise entweder in der Grundstellung offen oder in der Grundstellung geschlossen eingesetzt.
Nachteilig bei den bekannten Pressen der eingangs genannten Art ist insbesonders der Um- stand, dass sich bei der Rückzugsbewegung (Eil-Auf-Bewegung) durch die relativ kleine Ringfläche auf der Stangenseite des jeweiligen Zylinders bei entsprechend grosser Masse der Oberwange der Presse und insbesonders auch in Verbindung mit langen hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen dem jeweiligen Stellglied (z. B. Proportional-Wegeventil) und dem Zylinder, eine unter Umständen sehr niedrige Eigenfrequenz des hydraulischen Systems ergibt, was zu Stabilitätspro- blemen bei der Gleichlauf- bzw. Geschwindigkeitsregelung der Pressenzylinder führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydraulische Presse der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Nachteile der bekannten derartigen Pressen vermieden werden und dass insbesonders auf einfache und kostengünstige Weise die innere Systemsteifigkeit erhöht und damit entsprechende Stabilitätsprobleme im Pressenrückzug weitgehend beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung bei einer Presse der eingangs genann- ten Art dadurch gelost, dass in der Nachsaugleitung zusätzlich eine schaltbare Drossel angeordnet ist, welche während des Ausschiebens von Hydraulikmedium aus der Zylinderseite mit grösserer Wirkfläche zum Hydrauliktank wirksam ist. Diese einfache Drosselung des aus dem kolbenseitigen Zylinderraum bei der Eil-Auf-Bewegung der Pressenoberwange zum Tank ablaufenden Hydraulik- mediums bewirkt eine Erhöhung der Systemsteifigkeit und eine Dämpfungswirkung gegen Ge- schwindigkeitsspitzen beim Beschleunigen der Oberwange Damit können die erwähnten Stabili-
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tätsprobleme im Rückzug beseitigt und darüber hinaus auch die Kreisverstärkung der Maschinen- regelung im Rückzug um Grössenordnungen erhöht werden.
Es entsteht eine praktisch konstante Drosselwirkung auf die ausgeschobene Ölmenge aus dem kolbenseitigen Arbeitsraum des Zylin- ders, die über den gesamten Rückzug der Presse wirksam ist.
Obwohl prinzipiell die schaltbare Drossel auch unabhängig vom, bzw. zusätzlich zum Nach- saugventil, diesem in Offen-Stellung nach- oder auch vorgeschaltet werden könnte, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, gemäss welcher das Nachsaugventil selbst zusätzlich zu Offen- und Schliessstellung noch zumindest eine Drosselstellung aufweist.
Damit können die aus den eingangs beschriebenen Gründen im Hinblick auf das Nachsaugen vom Tank bei der Eil-Ab- Bewegung möglichst kurzen bzw. ungedrosselten Verbindungen zwischen kolbenseitigem Arbeits- raum des Zylinders und Tank ohne weitere bzw. zusätzliche Elemente auch möglichst kurz und ungedrosselt bleiben - das ohnedies vorhandene Nachsaugventil wird einfach konstruktiv so aus- geführt, dass es selbst zusätzlich noch eine Drosselstellung, bei der der Durchfluss in gewünschter Weise gegenüber dem vollen Querschnitt abgeschwächt wird, aufweist. Bedarfsweise können auch mehrere unterschiedlich stark wirkende Drosselstellungen vorgesehen werden, um unterschiedli- che Beeinflussungen des abströmenden Hydraulikmediums zu ermöglichen. Die zu Offen- und Schliessstellung zusätzliche Drosselstellung ist beispielsweise bei Servo- bzw.
Regelventilen ge- mäss DE 2 044 136 B2 bekannt, welche allerdings keinesfalls für die hier wesentliche Nachsaugung verwendbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Nachsaugventil einen vorzugsweise hydraulisch betätigbaren zusätzlichen mechanischen Ventilanschlag aufweist, wel- cher ein nur teilweises Öffnen mit konstanter Drosselwirkung auf das durchströmende Hydraulik- medium erlaubt. Dies ist eine sehr einfache mechanische Ausgestaltung, die ein zuverlässiges Funktionieren der Anordnung sicherstellt ohne dass zusätzliche komplizierte Stellelemente oder dgl. vorgesehen werden müssten.
Zur hydraulischen Ansteuerung des zusätzlichen Ventilanschlages kann nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine ständig geöffnete Verbindung mit dem Pumpen- druck der hydraulischen Pressensteuerung vorgesehen sein, womit auch weitere Schaltventile oder dgl. für diese zusätzliche Drosselstellung überflüssig sind.
Nach einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drossel in an sich bekannter Weise (siehe z.B. US 4 658 625 A) einstellbar ausgeführt ist, was eine leichte und einfache Anpassung, beispielsweise an unterschiedliche Pressen oder Betriebs- bedingungen, ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden noch an Hand der teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei ein teilweises Schaltbild einer erfindungsgemäss ausgebildeten hydraulischen Presse und Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Nachsaugventils zur Verwen- dung in einer beispielsweise gemäss Fig 1 ausgeführten Presse.
Von der eigentlichen hydraulischen Presse ist in Fig. 1 im wesentlichen nur ein Teil der relativ zur nicht dargestellten Unterwange verschieblichen Oberwange 1 ersichtlich, an der die Kolben- stange 2 eines zweiseitig wirkenden hydraulischen Arbeitszylinders 3 angreift. Üblicherweise ist ein gleich ausgebildeter weiterer Arbeitszylinder am hier nicht dargestellten linken Ende der Oberwan- ge angeordnet, wobei diese beiden (oder auch weitere Arbeitszylinder) zumeist über eine Gleich- laufregelung gemeinsam angesteuert, aber beispielsweise für ein beabsichtigtes Schrägstellen der Oberwange 1 auch zum Teil separat betätigt werden können.
Die bedarfsweise Versorgung der Arbeitsräume 4,5 des bzw. der Arbeitszylinder 3 mit hydrau- lischem Arbeitsmedium erfolgt von einer Steuereinheit 6 aus, die über eine Leitung 7 von einer motorbetriebenen Pumpe 8 mit Druckmedium versorgt wird. Die Steuereinheit 6 weist auf übliche Art ausgebildete und angeordnete Steuerelemente, wie etwa Druckbegrenzer, Druckwaagen, Schaltventile, Proportional-Wegeventile, Rückschläge und dlg. auf, die als im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich hier weder dargestellt noch weiter beschrieben sind.
Zur Verbindung des kolbenseitigen Arbeitsraumes 4 bzw. des stangenseitigen Arbeitsraumes 5 der Arbeitszylinder 3 mit der Steuereinheit 6 sind Leitungen 9 vorgesehen, die auf ebenfalls bekannte und hier nicht weiter interessierende Weise an den entsprechenden Anschlüssen abgedichtet verbunden sind.
Um für den Eilrückzug der Oberwange 1 (Bewegung in der Darstellung nach Fig. 1 nach oben)
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möglichst grosse Geschwindigkeiten mit der zur Verfügung stehenden Pumpenfördermenge errei- chen zu können, werden die Arbeitszylinder 3 bei derartigen Anordnungen heute meist mit einem grossen Wirkflächenunterschied zwischen der Querschnittsfläche des Zylinderinnenraumes auf der Kolbenoberseite und der zwischen Kolbenstange 2 und Innenwand des Arbeitszylinders 3 auf der Stangenseite verbleibenden Ringfläche ausgebildet, wobei dieses Flächenverhältnis 16 :1 erreichen kann.
Wenn nun etwa für die Eil-Auf-Bewegung der Oberwange 1 in Richtung des Pfeiles 10 in Fig. 1 der stangenseitige Arbeitsraum 5 mit der zur Verfügung stehenden Pumpenfördermenge beaufschlagt wird, muss unmittelbar einsichtig durch den dadurch bewegten Kolben 11aus dem kolbenseitigen Arbeitsraum 4 die um das erwähnte Flächenverhältnis vielfache Menge an Hydrau- likmedium über das Nachsaugventil ausgeschoben werden. Um den bei normalem Arbeitshub (relativ langsame Bewegung der Oberwange 1 mit grosser Kraft nach unten - entgegen Pfeil 10 in Fig. 1) mit dem Pumpendruck beaufschlagten kolbenseitigen Arbeitsraum 4 möglichst leckölfrei gegenüber dem Tank 13 abschliessen zu können, ist in die Nachsaugleitung 12 ein Nachsaugventil 14 eingeschaltet, welches während des Arbeitshubes geschlossen und während der Eilhübe geöff- net ist.
Damit kann der erforderliche Volumensausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen 4 und 5 bei der Eil-Auf-Bewegung der Oberwange 1 auf beschriebene Weise erfolgen - bei der Eil- Ab-Bewegung (zum schnellen Zustellen eines Werkzeuges oder dgl.) kann über die üblicherweise möglichst kurz und mit geringen Verlusten (grosser Durchmesser) ausgeführte Nachsaugleitung 12 das erforderliche Mehrvolumen zum Auffüllen des kolbenseitigen Arbeitsraumes 4 ohne Ausga- sungen und Blasenbildung im Hydraulikmedium aus dem Tank 13 nachgeliefert werden.
Zufolge der angesprochenen Wirkflächenunterschiede auf beiden Kolbenseiten ergibt sich eine relativ kleine Ringfläche des Arbeitsraumes 5, was bei entsprechend grosser Masse der Oberwange 1 der Presse und insbesonders in Verbindung mit langen hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen den eigentlichen Stellgliedern (z. B. Porportional-Wegeventil in der Steuereinheit 6) und dem Zylinder eine unter Umständen sehr niedrige Eigenfrequenz des hydraulischen Systems ergibt und zu Stabilitätsproblemen bei der Gleichlauf- bzw. Geschwindigkeitsregelung führen kann.
Um dies zu verhindern und die innere hydraulische Steifigkeit des Systems zu erhöhen, ist in der Nach- saugleitung 12 zusätzlich eine schaltbare Drossel 15 angeordnet, welche nur während des Aus- schiebens von Hydraulikmedium aus der Zylinderseite mit der grösseren Wirkfläche zum Hydraulik- tank (also während der Eil-Auf-Bewegung) wirksam ist. Dazu ist in der dargestellten Ausführung das Nachsaugventil 14 selbst so ausgebildet, dass es zusätzlich zu der dargestellten Offenstellung und der links symbolisch ersichtlichen Schliessstellung noch eine in der Mitte angedeutete Drossel- stellung aufweist.
Durch einfache hydraulische Verstellung des Nachsaugventils 14 über ebenfalls mit der zentralen Steuereinheit 6 verbundene Leitungen 16a kann damit sichergestellt werden, dass der kolbenseitige Arbeitsraum 4 wie gewünscht beim normalen Arbeitshub gegenüber dem Tank 13 abgeschlossen ist, bei der Eil-Ab-Bewegung (schnelles Zustellen) praktisch ungedrosselt das erforderliche Mehrvolumen aus dem Tank 13 nachsaugen kann und bei der Eil-Auf-Bewegung (Eil-Rückzug) unter Erhöhung der Systemsteifigkeit nur entsprechend gedrosselt das Überschuss- volumen zum Tank 13 hin ableiten kann.
Gemäss Fig. 2 ist das Nachsaugventil 14 mit einem hydraulisch betätigbaren zusätzlichen mechanischen Ventilanschlag 16 versehen, welcher ein nur teilweises Öffnen mit konstanter Dros- selwirkung auf das durchströmende Hydraulikmedium (entsprechend der Mittelstellung in Fig. 1) erlaubt. Das Nachsaugventil 14 besteht dazu gemäss Fig. 2 im wesentlichen aus einer Ventilhülse 17, einem darin axial beweglichen Ventilkolben 18, einem mit der Ventilhülse 17 abgedichtet ver- bundenen und einen Teil des Federraumes 19 sowie einen seitlichen Steueranschluss SA 1 aufwei- senden Mittelteil, einer in den Mittelteil eingeschraubten und abgedichteten Anschlaghülse 20 und einem in dieser axial beweglich geführten Anschlagkolben 21.
Weiters ist noch auf die im Feder- raum 19 angeordnete und den Ventilkolben 18 in die dargestellte Stellung vorspannende Ventilfe- der 22 samt Federteller 23 und Anschlagring 24 sowie auf hier nicht weiter interessierende An- schluss- bzw. Verschlussteile an den Steueranschlüssen SA 1 und SA 2 zu verweisen. Eine die eingeschraubte Anschlaghülse 20 sichernde Überwurfmutter ist mit 25 bezeichnet. In der Zeich- nung nicht näher gekennzeichnet sind schliesslich diverse Dichtungsringe, um die Druckdichtheit im
Hinblick auf die zumeist relativ hohen Pressendrücke sicherzustellen.
Aufbau und Arbeitsweise des Nachsaugventils 14 wird im Folgenden zu den wesentlichen
Pressenfunktionen näher erläutert :
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Eil-Ab-Bewegung (schnelle Werkzeugzustellung): Im oberen Totpunkt der hydraulischen Presse ist der Anschluss SA 1 entlastet. Der am Steuer- anschluss SA 2 bevorzugt ständig und ungeschaltet anliegende Pumpendruck entspricht dem Umlaufdruck der üblicherweise in der Steuereinheit 6 gemäss Fig. 1 vorgesehenen Drei-Wege- Druckwaage bzw. dem Grunddruck des ebendort vorgesehenen Proportional-Druckbegrenzungs- ventiles.
Die Wirkfläche des Anschlagkolbens 21 ist so dimensioniert, dass die Ventilfeder 22 den Anschlagkolben 21 gegen diesen Minimaldruck über seinen gesamten Hub verschiebt, sodass der Ventilkolben 18 des Nachsaugventils 14 auf die in Fig. 2 dargestellte Weise komplett öffnet und erst an der Anschlagfläche 26 in der vollständig geöffneten Stellung gestoppt wird. Die Schliesskan- te 27 am Ventilkolben 18 ist dabei maximal von der zugehörigen Sitzfläche 28 an der Innenseite der Ventilhülse 17 abgehoben, womit ein möglichst ungedrosseltes Rückströmen von Hydraulik- medium entlang der Pfeile 29 vom Tank 13 zum kolbenseitigen Arbeitsraum 4 erfolgen kann.
Arbeitshub (Pressen): Dabei wird nun der in Fig. 2 unten dargestellte Steueranschluss SA 1 mit dem Pumpendruck beauf- schlagt. Durch die grosse Wirkfläche des Ventilkolbens 18 (entsprechend dessen grösstem Durch- messer), die auf alle Fälle auch zumindest geringfügig grösser ist als der Durchmesser der Schliess- fläche zwischen der Schliesskante 27 und der Sitzfläche 28, fährt der Ventilkolben 18 in die nicht dargestellte linke End-Stellung bzw. Schliessstellung, womit das Nachsaugventil 14 geschlossen ist und der Pumpendruck im kolbenseitigen Arbeitsraum 4 die Pressenbewegung bewirkt.
Eil-Auf-Bewegung (schneller Rückzug der Presse): Der Steueranschluss SA 1 wird druckmässig zum Tank entlastet. Die Wirkfläche des Anschlagkol- bens 21 ist so ausgelegt, dass beim Rückzug der Oberwange 1 der dazu benötigte Pumpendruck über SA 2 den Anschlagkolben 21 (und damit auch den Ventilkolben 18) gegen die Ventilfeder 22 bis zu seinem Anschlag bewegt. Der Ventilanschlag 16 ist also hier durch die Zusammenwirkung der Ringfläche 30 am Anschlagkolben 21 mit der Ringfläche 31 in der Anschlaghülse 20 gebildet, wobei der in der Darstellung nach Fig. 2 mit 32 bezeichnete Maximalhub des Anschlagkolbens 21 natürlich kleiner ist als der mit 33 bezeichnete Maximalhub des Ventilkolbens 18, der ja nun nicht in die Schliessstellung bewegt werden soll sondern in der Drosselstellung noch einen geöffneten Spalt zur Sitzfläche 28 haben muss.
Die in diesem Zustand entgegen der Richtung der Pfeile 29 vom kolbenseitigen Arbeitsraum 4 in den Tank 13 verdrängte Menge an Hydraulikmedium wird somit gedrosselt, wodurch die Steifigkeit des hydraulischen Systems erhöht wird und eine Bedämpfung von Geschwindigkeitsspitzen beim Beschleunigen der Oberwange erfolgt.
Zur Ermöglichung einer Anpassung der Funktion des Nachsaugventils 14 an andere Pressen oder andere Betriebsbedingungen könnte die Drosselwirkung auch einstellbar sein, wozu beispiels- weise bei der dargestellten und besprochenen Konstruktion eine von aussen oder durch Austausch beispielsweise des Anschlagkolbens 21 verstellbare maximale Hublänge 32 des Anschlagkolbens 21 vorgesehen sein könnte.
Abgesehen von der dargestellten und besprochenen Ausführung mit einem eine zusätzliche Drosselstellung aufweisenden Nachsaugventil 14 könnte dieses auch beispielsweise als einfaches 2/2-Wegeventil ausgeführt sein und ein nach- oder vorgeschaltetes separates Drosselelement vorgesehen werden, welches bedarfsweise in die Nachsaugleitung einschaltbar ist.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Hydraulische Presse, insbesonders Abkantpresse, mit zumindest einem zweiseitig wirken- den hydraulischen Arbeitszylinder (3) mit unterschiedlich grossen Wirkflächen auf beiden
Seiten des Kolbens (11), wobei die Seite der grösseren Wirkfläche über eine zusätzliche
Nachsaugleitung (12) mit dem Hydrauliktank (13) verbunden und in diese Nachsaugleitung (12) ein Nachsaugventil (14) eingeschaltet ist, welches während des Arbeitshubes ge- schlossen und während der Eilhübe geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nachsaugleitung (12) zusätzlich eine schaltbare Drossel (15) angeordnet ist, welche während des Ausschiebens von Hydraulikmedium aus der Zylinderseite mit grösserer Wirk- fläche zum Hydrauliktank (13) in die Nachsaugleitung (12) eingeschaltet ist.