DE1027951B

DE1027951B - Hydraulik-Schnellsteuerung mit Vorrichtung zum Vermeiden von Steuerungsschlaegen

Info

Publication number: DE1027951B
Application number: DEI11929A
Authority: DE
Inventors: Franz Kessler
Original assignee: Industrie Werke Karlsruhe Ausburg AG
Current assignee: KUKA AG
Priority date: 1956-07-09
Filing date: 1956-07-09
Publication date: 1958-04-10

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulik-Schnellsteuerung, insbesondere auf eine magnetisch betätigte Steuerung für hydraulische Pressen, für hydraulische Vorschubbewegungen an Werkzeugmaschinen od. dgl. Durch weitere Ausbildung gemäß der Erfindung von bekannten Steuerungen soll eine schnell wirkende und schlagfrei arbeitende Steuerung erhalten werden, die außerdem eine hohe Schaltsicherheit hat.

Es gibt Steuerschieber, die entweder unmittelbar durch Magnetkraft betätigt werden, indem der Steuerschieber unmittelbar mit dem Magnet gekuppelt ist, oder mittelbar, indem zwischen Magnet und Steuerschieber noch eine Vorsteuerung (Servosteuerung) eingeschaltet ist. Bei den unmittelbar arbeitenden Steuerschiebern treten infolge der großen Schaltgeschwindigkeit plötzliche, schlagartige Ventilschlüsse auf, durch welche die in Bewegung befindliche Flüssigkeitssäule gestaut wird und in den Leitungen Schläge erzeugt werden. Diese Schläge und Druckstöße schaden dem Pumpen- und Hydrauliksystem. Man hat daher durch Anbringung von Schlitzen und Abschrägungen an den Schieberkanten eine Milderung der Schläge zu erreichen versucht. Durch den z. B. auf die Schräge an der Schieberkante wirkenden Flüssigkeitsdruck wird dann aber eine Schubkraft erzeugt, die der Magnetkraft entgegenarbeitet und einen unsicheren Steuerungsschluß bewirkt; es haben sich daher zum Verschieben des Steuerkolbens stärkere Magnete erforderlich gemacht, wodurch die Wirkung der Abschrägungen aber wieder herabgemindert worden ist.

Bei den mit Vorsteuerung arbeitenden Steuerschiebern treten im allgemeinen die gleichen Wirkungen auf wie bei den unmittelbar mit dem Magnet gekoppelten Schiebern, nur daß jetzt noch ein Zusatzaggregat mit einer Steuerdruckpumpe vorhanden ist, das träger als die unmittelbar gekoppelte Drucksteuerung arbeitet, und dessen Trägheit sich durch zusätzliche Drosselung noch verstärken läßt; dadurch können wohl die Schläge weitgehend beseitigt werden, aber infolge der zu langen Schaltzeit können z. B. beim Umschalten auf Rückzug durch Voröffnung Rückzugs- und Ablaufkanal vorübergehend in Verbindung stehen, wodurch der Stößel, statt sofort zurückzufahren, zunächst um einen bestimmten Betrag abfällt, um dann erst zurückzufahren. Die Trägheit der Vorsteuerung ohne Drosselung kann zwar durch eine größere Steuerdruckpumpe behoben werden, es treten dann aber die oben genannten Nachteile (Schläge) wieder in Erscheinung. Damit wird die Anlage außerdem kompliziert und teurer als vorher.

Um daher bei kurzen Schaltzeiten die Steuerungsschläge zu vermeiden und ein weiches und sicheres Hydraulik-Schnellsteuerung

mit Vorrichtung zum Vermeiden

von Steuerungsschlägen

Anmelder:

Industrie-Werke Karlsruhe

Aktiengesellschaft,
Karlsruhe, Gartenstr. 71

Franz Kessler, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt worden

Schalten zu ermöglichen, wird erfmdungsgemäß neben dem Hauptsteuerventil ein Zusatzsteuerventil, das über eine Verbindungsleitung die Verbindung zwischen einer Druckquelle, z. B. einer Pumpe, einem Akkumulator, einem Pressenzylinder mit z. B. abwärts gleitendem Preßkolben od. dgl., und dem Hauptsteuerventil herstellt, und eine Umgehungsleitung, die unmittelbar von der Druckquelle zum Hauptsteuerventil führt, angeordnet, wobei die Umgehungsleitung, d. h. also die Leitung, die nicht durch das Zusatzsteuerventil läuft, einen kleineren Querschnitt hat als die über das Zusatzsteuerventil laufende Verbindungsleitung. Außerdem ist in dieser Umgehungsleitung ein Drosselventil eingebaut,umdiegünstigsteWirkungnoch besonders einregulieren- zu können. Die Umgehungsleitung mündet, kurz bevor die die beiden Steuerventile verbindende Leitung in das Hauptsteuerventil eintritt, vorzugsweise wieder in die Verbindungsleitung ein. Ferner sind die im Gehäuse befindlichen Kanäle für den Durchfluß am Zusatzsteuerventil in ihrer Breite, in der Zeichenebene betrachtet, kleiner als die des Hauptsteuerventils, während die Querschnitte der Kanäle des Haupt- und Zusatzsteuerventils gleich groß sind. Die Steuerkanten des Steuerschiebers für das Hauptsteuerventil können scharfkantig oder abgeschrägt sein, oder sie haben einen bogen- oder parabelförmigen Querschnitt. Das letztere gilt auch für die Steuerkante des Steuerschiebers für das Zusatzsteuerventil. Die Steuerteile des Haupt- und Zusatzsteuerventils sind z. B. als Kolbenschieber ausgebildet und vorzugsweise starr miteinander verbunden. Dadurch kann für den gemeinsamen Kolbenschieber ein einziges Magnetventil zum Steuern verwendet werden. Bei A'Orhandensein von mehreren etwa gleich starken

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Druckquellen in einem Hydrauliksystem ist eine entsprechende Anzahl Zusatzsteuerventile mit je einer Verbindungsleitung und je einer Umgehungsleitung zwischen Druckquelle und Hauptsteuerventil vorgesehen. Diese Einrichtung, d. h. das Zusatzsteuerventil zusammen mit der Umgehungsleitung, eignet sich sowohl für unmittelbar als auch für mittelbar arbeitende Steuerungen und gilt für einfache und für doppelt beaufschlagte Arbeitskolben. Die heute für Steuerungen schnell laufender Pressen besonders geeignete Einrichtung hat ferner den Vorteil einer großen Schaltsicherheit, ohne daß die Steuerwege und die Steuerungszeiten gegenüber den bisherigen Steuerungen verändert zu werden brauchen.

Die Erfindung ist an Hand von drei Ausführungsbeispielen in vierzehn Abbildungen schematisch dargestellt und näher beschrieben. Es zeigt

Abb. 1 eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung mit Haupt- und Zusatzsteuerventil in einem Block vereinigt mit gemeinsamem Steuerschieber in Leerlaufstellung, im Längsschnitt,

Abb. 2 den Steuerschieberteil für das Zusatzsteuerventil,

Abb. 3 bis 6 verschiedene Ausbildungsformen des Steuerschieberteiles für das Zusatzsteuerventil, in anderem Maßstab als vorher,

Abb. 7 bis 10 verschiedene Abschrägungsformen der Steuerkanten des Steuerschiebers für das Hauptsteuerventil, in anderem Maßstab als vorher,

Abb. 11 die Steuervorrichtung nach Abb. 1 in Arbeitsstellung, im Längsschnitt,

Abb. 12 eine Gesamtanordnung einer einfach wirkenden Presse mit einem Haupt- und zwei symmetrisch dazu angeordneten Zusatzsteuerventilen,

Abb. 13 einen symmetrisch ausgebildeten Steuerschieber zu der Ventilanordnung nach Abb. 12 und

Abb. 14 eine doppelt wirkende Presse mit zwei Hauptsteuerventilen und mit je zwei Zusatzsteuerventileni in je einem Block vereinigt.

In einem Gehäuse 1 (Abb. 1) gleitet in einer Bohrung 2 ein Steuerschieber, z.B. ein Kolbenschieber3, an dessen einem (rechten) Ende ein Magnet4, z.B. ein Elektromagnet, und an dessen anderem (linken) Ende eine Schraubenfeder 5 angreift. Die Schraubenfeder S ist in bekannter Weise doppelt wirkend und stellt den Kolbenschieber 3 im allgemeinen auf Leerlaufstellung, d. h. Mittelstellung, ein. Im linken Gehäuseteil 1' befinden sich senkrecht zu Bohrung 2 für den Steuerschieber liegende Kanäle 6, an die nach oben und unten je eine Leitung 7 und 8 angeschlossen ist. Letztere kommt z. B. von einer Speisepumpe (Druckquelle) 9, die einmal die angesaugte Flüssigkeit über die Leitung 8 durch den Gehäuseteil 1' (Zusatzsteuerventil) und die Leitung 7 zu einem Anschlußkanal 10 im mittleren Gehäuseteil (Hauptsteuerventil) fördert, das andere Mal ihre Flüssigkeit durch eine an die Leitung 8 angeschlossene Umgehungsleitung 11 über ein Drosselventil 12 kurz vor dem Einlauf in den Anschlußkanal 10 — bei 13 — in die Leitung 7 abgibt, ohne durch den Gehäuseteil Γ geflossen zu sein. Die Umgehungsleitung 11 kann auch unmittelbar in den Anschlußkanal 10 oder auch durch besondere Bohrungen im Gehäuse 1 (nicht dargestellt) in Kanäle 19 oder 20 einmünden, die von 10 aus zur Bohrung 2 verlaufen. Während die Leitungen 7 und 8 gleichen Rohrquerschnitt haben, ist der Rohrquerschnitt der Umgehungsleitung 11 kleiner als der von 7 und 8. Zu beiden Seiten des Anschlußkanals 10 liegen noch zwei weitere Anschlußkanäle 14 und 15, die im vorliegenden Falle durch zwei Rohrleitungen 16 und 17 mit dem Zylinder 18 einer Presse verbunden sind. Während die Kanäle 6, 10, 14 und 15 gleichen Querschnitt haben, ist die in der Zeichenebene liegende Kanalbreite von 6 kleiner als die von 10, 14 oder 15. Gegenüber von 10 liegt ein Kanal 21 mit einer Abflußleitung 22.

Der in der Bohrung 2 gleitende Kolbenschieber 3 trägt am linken Ende ein Abschlußstück 23, es folgt' nach rechts ein kurzer Steg 24 mit kleinerem Durchmesser, so daß ein ringförmiger Kanal 25 gebildet wird, dessen Breite in der Zeichenebene größer oder gleich ist als die des Kanals 6, und weiter ein Ringstück 26, dessen Breite etwa gleioh der Breite des Kanals 6 ist. Anschließend tritt bei 27 eine Quer-Schnittsverengung des Kolbens ein. Darauf folgt für das Zusatzsteuerventil die gleiche Querschnittsgestaltung des Schiebers in umgekehrter Reihenfolge, so daß das ganze einen etwa stundenglasförmigen Längsquerschnitt aufweist. Die Ausführungsform kann dabei auch so gestaltet sein, wie sie in den Abb. 2 bis 6 wiedergegeben ist. In Abb. 2 ist zwischen den Ringstücken 26, 26' und der größten Einschnürung 27 im Querschnitt je ein Parabelbogen 28 und 28' mit einem geraden Stück eingefügt, in Abb. 3 liegt zwischen¹ 26

as und 27 eine kurze geneigte Fläche 29, während in Abb. 4 die Schräge schwächer geneigt (29') verläuft. In Abb. 5 ist der plötzliche Übergang in den Abb. 3 und 4 von 26 nach 27 durch je einen Kreisbogen 30 abgerundet worden. An Stelle eines Parabel- oder Kreisbogens ist natürlich auch jeder andere allmähliche Übergang zwischen 26 und 27 möglich (Sinoide usw., nicht dargestellt). Während die Abb. 2 bis 5 eine scharfkantige Ausbildung des Ringstückes 26 linksseitig zeigen, kann erforderlichenfalls auch hier (Abb. 6) eine geringe Abrundung 31 angebracht werden.

Im mittleren Gehäuseteil hat der Kolbenschieber 3 in bekannter Weise zwei der Steuerung dienende Kolbenabschnitte 32 und 33, die über die Anschlußkanäle 14,19, 20, 15 und die Abflußkanäle 34, 35 und 36 gleiten können. Der Hub, den der Kolbenschieber insgesamt zurücklegt, hat die Größe h (Abb. 11). Die in Abb. 1 scharfkantig dargestellten Steuerkanten der Kolbenabschnitte 32 und 33 haben im allgemeinen Abrundungen bzw. Abschrägungen bekannter Ausführungsformen, wie sie in den Abb. 7 bis 10 gezeigt sind, z.B. Abschrägungen mit allmählich verlaufenden Übergängen (Abb. 7), Parabelbogen im Querschnitt (Abb. 8) oder auch nur Schlitze mit geneigten oder bogenförmigen Abschrägungen (Abb. 9 und 10), so daß daneben Führungsstege 45 stehenbleiben. Das rechte Ende des Kolbenschiebers 3 trägt dann wieder ein Abschlußstück 37.

An Hand der Abb. 11, in der sich der Kolbenschieher 3 in seiner rechten Lage (Preßstellung) befindet, sei die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Die Druckquelle (Pumpe) 9 fördert die Flüssigkeit, z.B. öl, in dieser Steuerstellung jetzt über den ringförmigen Kanal 25 statt über den zwischen den Ringstücken 26 und 26' befindlichen Durchfluß raum zum Anschlußkanal 10, während der Durchfluß durch die Umgehungsleitung 11 und das Drosselventil 12 bis zum Anschluß an die Leitung 7 bei 13 unverändert bleibt. Soll der obere Zylinderraum des Zylinders 18, in den bei dieser Steuerschieber-Stellung die Druckquelle 9 fördert, durch den Kolbenabschnitt 33 abgeschaltet werden, dann wird der Kolbenschieber 3 nach links geschoben. Wenn das Ringstück 26 den Kanal 6 zur Hälfte abgedeckt hat, deckt der Kolbenabschnitt 33 mit seiner vorderen

Steuerkante nur ganz wenig den Kanal 15 ab. Wenn das Ringstück 26 den Kanal 6 vollständig abgesperrt hat, deckt auch der Kolbenabschnitt 33 den Kanal 15 etwas weiter ab, schließt ihn aber noch nicht. Die Flüssigkeit wird jetzt nur durch die Umgehungsleitung 11 getrieben, und der Durchfluß ist infolge des geringeren Querschnittes gedrosselt. Dabei kann das Drosselventil 12 noch entsprechend eingestellt werden. Da der Zufluß der verringerten Flüssigkeitsmenge aus der Umgehungsleitung Il in der vorliegenden Darstellung bei 13 in den größeren Leitungsquerschnitt von 7 erfolgt, tritt eine Verzögerung des Zuflusses auf. Beim Weitergleiten des Kolbenschiebers 3 fängt infolge der ganz allmählich abfallenden Kurvenform zwischen Ringstück 26 und Einschnürung 27 das Öl langsam wieder an, durch den Kanal 6 zu fließen, während die Steuerkante des Kolbenabschnittes 33 jetzt den Zulauf zum Zylinder 18 stärker zu drosseln beginnt. Die Drosselung des Zuflusses bleibt also erhalten bzw. wird noch vergrößert, so daß eine Beschleunigung der Flüssigkeitssäule nicht eintritt und der Kolbenabschnitt 33 den Kanal 15 ganz weich abschließt bzw. abgeschlossen hat, wenn der Durchfluß im Zusatzsteuerventil auch wieder voll geöffnet ist.

Infolge der symmetrischen Bauart der Steuerteile ^a5 des Kolbenschiebers 3 für das Zusatzsteuerventil erfolgt sowohl das Öffnen als auch das Schließen des Kanals 6 in gleicher Weise weich und schlagfrei.

Das Steuersystem mit der Umgehungsleitung (Abb. 1 und 11) gilt für den Fall, daß die größte Durchflußmenge von einer Druckpumpe, von einem Druckspeicher (Akkumulator) oder von einer sonstigen Druckquelle herrührt. Bekanntlich können aber auch die Stößelgewichte z. B. schwerer Pressen gegebenenfalils zusammen mit dem auf die Preßkolben wirkenden Vorfülldruck beim öffnen der Steuerung hohe Strömungsgeschwindigkeiten bzw. große Durchflußmengen ergeben, so daß die größte Fördermenge der Pumpe weit überschritten wird. In diesem Falle wird die Zusatzsteuerschaltung mit Umgehungsleitung an die Hauptsteueranschlußöffnungen für die Zylinderleitungen 14, 15 angeschlossen.

In Abb. 12 ist der Fall vorgesehen, daß zwei etwa gleich starke Druckquellen vorliegen, einmal die Druckpumpe 9 und sodann das Stößelgewicht eines Arbeitskolbens im Zylinder 18 einer einfach wirkenden Presse. Neben dem Gehäuse 1 für das Hauptsteuerventil sind jetzt rechts und links davon zwei Gehäuse 1', 1" für die Zusatzsteuerventile angeordnet, eines für das Druckpumpenaggregat und eines für den unteren Anschluß am Zylinder 18 (Rückzugssystem), einschließlich zweier Umgehungsleitungen 11, 11'. Durch Verwendung der gleichen bzw. entsprechenden Bezugszeichen ist der Zusammenhang mit dem bereits oben geschilderten Steuersystem verständlich, so daß auf die Beschreibung im einzelnen verzichtet werden kann. In Abb. 12 ist in bekannter Weise die Abflußleitung 22 noch mit einem Vorfüllbehälter mit Druckluftbelastung 38 (Akkumulator) verbunden, die zur Pumpe 9 weiterläuft. Ferner liegt ein Überströmventil 39 in einer der Pumpe vor- und nachgeschalteten Leitung 40 zur Sicherung der Pumpe. In der Leitung zwischen dem Anschlußkanal 14 am Gehäuse 1 und dem unteren Zylinderraum des Zylinders 18 ist ein Bremsventil 41 bekannter Bauart gestrichelt eingezeichnet, das insbesondere bei großen zu bewegenden Massen kurz vor dem Auftreffen z. B. in der unteren Stellung des Preßkolbens durch einen am Preßkolben angebrachten Schaltnocken 42 ausgelöst wird und den Kolben in bekannter Weise sanft aufsetzen soll. Die- 7<> ses Bremsventil kann bei Verwendung eines Zusatzsteuerventils mit Umgehungsleitung fortfallen. Dadurch wird erreicht, daß der sich abwärts bewegende Preßkolben in jeder beliebigen Stellung schlagfrei zum Halten gebracht werden kann, so oft das Magnetventil betätigt wird. Zwischen der Leitung 17 und 22 liegt in einer Leitung 43 noch ein Vorfüllventil 44 bekannter Bauart.

Abb. 13 zeigt den Kolbenschieber für eine Steuereinrichtung nach Abb. 12.

Schließlich ist in Abb. 14 eine doppelt wirkende Presse aufgezeichnet, bei der zwei Steuersysteme mit je zwei Zusatzsteuerventilen dargestellt sind. Um die Möglichkeit anzudeuten, daß trotz Zusatzsteuerventil und Umgehungsleitung auch ein Bremsventil eingebaut werden kann, sind in den beiden Rückzugssystemen zusätzlich zwei Bremsventile vorgesehen worden, um im Bedarfsfall die Wirkung der Zusatzsteuerventile erhöhen zu können. (Damit die Übersichtlichkeit nicht leidet, sind hier nur einzelne Bezugszeichen eingetragen worden.)

Die Ausführungen zeigen, daß je nach den vorliegenden Anforderungen beliebige Kombinationen möglich sind, d. h. es kann das Umgehungssystem z. B. jeweils auch an den Kanal 15 angeschlossen werden und der Anschluß an den Kanal 10 unterbleiben.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulik-Schnellsteuerung, insbesondere magnetisch betätigte Steuerung für hydraulische Pressen, für hydraulische Vorschubbewegungen an Werkzeugmaschinen od. dgl. mit einem Hauptventil und einer Einrichtung zur Vermeidung von Steuerungsschlägen, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Hauptventil ein Zusatzsteuerventil, das über eine Verbindungsleitung (7, 8) die Verbindung zwischen einer Druckquelle (9), z.B. einer Pumpe, einem Akkumulator, einem Pressenzylinder (18) mit z. B. abwärts gleitendem Preßkolben od. dgl., und dem Hauptsteuerventil herstellt und eine Umgehungsleitung (11,11'), die unmittelbar von der Druckquelle zum Hauptsteuerventil führt, angeordnet ist, wobei die Umgehungsleitung (11, 11') einen kleineren Querschnitt hat als die über das Zusatzsteuerventil laufende Verbindungsleitung (7, 8).

2. Hydraulik-Schnellsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgehungsleitung ein Drosselventil (12) eingebaut ist.

3. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglieder für Haupt- und Zusatzsteuerventil z. B. ein Kolbenschieber (3) vorgesehen ist, dessen Steuerteile für beide Ventile vorzugsweise starr miteinander verbunden sind.

4. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten der Kolbenabschnitte (32, 33) für das Hauptsteuerventil in bei Kolbenschiebern an sich bekannter Weise scharfkantig oder abgeschrägt und mit Übergangsbogen versehen sind bzw. im Querschnitt einen bogen-, parabelförmigen oder ähnlichen Verlauf haben (Abb. 7, 8, 9, 10).

5. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Abschrägungen der Steuerkanten Führungsstege (45) stehenbleiben (Abb. 9, 10).

6. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der

Steuerteil des Kolbenschiebers für das Zusatzsteuerventil einen annähernd stundenglasförmigen Längsquerschnitt (27) mit einem vorzugsweise allmählichen Verlauf und beidseitig anschließenden RingSitücken (26, 26') aufweist, an die sich jeweils ein ringförmiger Kanal (25) anschließt.

7. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprächen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringstücke (26, 26') etwa die Breite der in der Zeichenebene liegenden Breite der im Gehäuse für das Zusatzsteuerventil vorgesehenen Kanäle (6, 6') haben.

8. Hydraulik-SchneMsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle (6, 6') des Zusatzsteuerventils in der Zeichenebene kleiner ist als die Breite der Kanäle (14, 10, 15) für das Hauptsteuerventil,

während die Querschnitte der Kanäle beider Ventile gleich groß sind.

9. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (11,11') in die die beiden Steuerventile verbindende Leitung (7) oder in den Kanal (10) im Gehäuse (1) oder durch besondere Bohrungen unmittelbar in Abzweigkanäle (19, 20) einmündet.

10. Hydraulik-Schnellsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein von mehreren Druckquellen (9) in einem Hydraulik-System eine entsprechende Anzahl Zusatzsteuerventile mit je einer Verbindungsleitung (7, 8) und je einer Umgehungsleitung (11) zwischen Druckquelle und Hauptsteuervemtil vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen