DE20308966U1

DE20308966U1 - Elektrohydraulisches Verformungsgerät für Metalle und Kunststoffe

Info

Publication number: DE20308966U1
Application number: DE20308966U
Authority: DE
Original assignee: Rothenberger AG
Current assignee: Rothenberger AG
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2013-06-11

Abstract

Elektrohydraulisches Verformungsgerät für Metalle und Kunststoffe mit einem Tank (7) für eine Hydraulikflüssigkeit, einer durch einen Pumpenmotor (21) angetriebenen Pumpe (15) und einem Arbeitszylinder (2) mit einem von der Pumpe (15) beaufschlagten Kolben (3) und einer Rückstellfeder (5) für den Kolben (3) und mit einer zwischen dem Tank (7) und dem Arbeitszylinder (2} über die Pumpe (15) geführten Förderleitung (9, 16), ferner mit mindestens einem Rückströmkanal (10, 11) vom Arbeitszylinder (2) zum Tank (7), in dem ein Hystereseventil (12) angeordnet ist, das auf einen vorwählbaren Maximaldruck für die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitszylinder (2) einstellbar ist, und schließlich mit einer elektrischen Steuerung mit einem Stromsensor (25) für den Motorstrom, dadurch gekennzeichnet, daß in hydraulischer Parallelschaltung zum Hystereseventil (12) ein Magnetventil (13) vorhanden ist, das in stromlosem Zustand geöffnet und in einem Stromkreis angeordnet ist, durch den das Magnetventil (13} beim Einschalten des Motorstroms in seine Schließstellung bringbar ist, wobei sowohl das Hystereseventil...

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Verformungsgerät für Metalle und Kunststoffe mit einem Tank für eine Hydraulikflüssigkeit, einer durch einen Pumpenmotor angetriebenen Pumpe und einem Arbeitszylinder mit einem von der Pumpe beaufschlagten Kolben und einer Rückstellfeder für den Kolben und mit einer zwischen dem Tank und dem Arbeitszylinder über die Pumpe geführten Förderleitung, ferner mit mindestens einem Rückströmkanal vom Arbeitszylinder zum Tank, in dem ein Hystereseventil angeordnet ist, das auf einen vorwählbaren Maximaldruck für die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitszylinder einstellbar ist, und schließlich mit einer elektrischen Steuerung mit einem Stromsensor für den Motorstrom. Vorzugsweise handelt es sich um ein Handgerät.
Bei zahlreichen Bearbeitungsvorgängen von Werkstücken, insbesondere beim Verbinden von Rohrleitungen im Heizungs- und Sanitärbereich durch Pressen und Expandieren, ist es erforderlich, einen möglichst genauen Zeit- und Kräfteverlauf einzuhalten. Einerseits muß die Maximalkraft ausreichend hoch sein, um ein sicheres Arbeitsergebnis, z.B. eine dauerhaft dichte Rohrverbindung – beim Expandieren durch nachträgliches Verlöten – zu erzielen, andererseits darf die Maximalkraft weder die Festigkeit des Werkstücks noch die des Werkzeugs übersteigen. Diese Forderungen sind gemeinsam nur schwer zu erfüllen. Zudem steigen die Anforderungen an Kontrollmöglichkeiten der Arbeitsvorgänge und der Funktion der Werkzeuge ggf. auch im Zusammenhang mit Wartungs-, Inspektions- und Garantiebestimmungen.
Durch die DE 21 36 782 C2 ist ein pneumatisch oder hydraulisch angetriebenes Verformungsgerät mit einem Arbeitskolben und einem Pressenkopf zum Herstellen von Rohrverbindungen bekannt. Der Arbeitskolben wird nach jedem Pressvorgang durch eine Rückzugsfeder in die Ausgangslage zurück geführt. Die Druckmittelerzeugung und -steuerung ist jedoch nicht Teil des Handwerzeugs und auch nicht beschrieben.
Durch die US-A-2 254 613 ist eine hydraulische Presse mit einer Handpumpe, mit einem Arbeitskolben und einem Pressenkopf bekannt, bei der der Arbeitskolben gleichfalls nach jedem Pressvorgang durch seine Rückstellfeder in die Ausgangslage zurück geführt wird. Die Rückstellbewegung erfolgt bis zum Ende automatisch durch ein in einem Bypass angeordnetes und vorgesteuertes überdruckventil, das einen Stufenkolben mit einer Kegelspitze und einem nachgeschalteten größeren Ventilteller besitzt, der nach dem öffnen der Kegelspitze wirksam wird. Dadurch erhält das Ventil ein Hystereseverhalten, d.h., es wird auch bei abnehmendem Druck durch die Hydraulikflüssigkeit offen gehalten. Die Handpresse besitzt auch eine NOT-Auslösetaste. Eine elektrische oder elektronische Steuerung des Hydrauliksystems ist wegen der Handpumpe weder vorgesehen noch möglich.
Durch die DE 195 35 691 C1 der gleichen Anmelderin ist ein elektrohydraulisches Verformungsgerät bekannt, das gleichfalls einen Arbeitskolben besitzt und für das Aufsetzen eines Pressenkopfes vorgesehen ist. Dabei wird der Arbeitskolben gleichfalls nach jedem Pressvorgang durch seine Rückstellfeder in die Ausgangslage zurück geführt. Die Rückstellbewegung erfolgt bis zum Ende automatisch durch ein in einem Bypass angeordnetes Ventilsystem. Eine elektrische oder elektronische Steuerung des Hydrauliksystems ist nicht vorgesehen. Vielmehr erfolgt eine hydraulisch-mechanische Verriegelung des Betriebsschalters bis zur Beendigung des Pressvorgangs. Ein Pressenkopf hierfür ist in der DE 44 46 504 C1 beschrieben.
Hydraulische Pressen mit einem Handpumpenantrieb, einem Rückströmventil mit Stufenkolben und Hystereseverhalten wie sie in der genannten US 2 254 613 A beschrieben sind, werden in ähnlicher Form auch in der US 4 226 110 A offenbart. In Ermangelung elektrischer Antriebe ist jedoch eine elektrische, stromproportionale überwachung und Begrenzung des hydraulischen Spitzendrucks weder vorgesehen noch möglich.
Durch die EP 0 636 788 B1 und die entsprechende deutsche übersetzung DE 694 01 864 T2 ist es bei elektromotorisch angetriebenen Werkzeugen wie Crimpzangen, Lochstanzen u. dgl. bekannt, ein Auslaß- oder Rückströmventil ventil vorzusehen, das gleichfalls einen Stufenkolben aufweist, und sich entweder bei überdruck automatisch, d.h. durch eine austarierte Feder, öffnet oder vorzeitig durch einen Handhebel geöffnet werden kann, wobei der Arbeitszylinder in ein Reservoir entleert wird. Ähnlich wie bei der Presse nach der US 4 226 110 A übersteuert auch hierbei der der Ventilnadel folgende Scheibenkolben einen seitlichen Entleerungskanal, der zum Reservoir führt. Auch dieses Ventil hat aufgrund seiner Bauweise ein Hystereseverhalten.
Schließlich ist durch die DE 101 06 360 C1 und die ihr entsprechende EP 1 230 998 A2 auch ein elektrohydraulisches Verformungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung mit einem Hystereseventil bekannt, bei dem durch einen Stromsensor im Stromkreis des Antriebsmotors, die Druckspitze bzw. der etwa proportionale Maximalstrom beim öffnen des Hystereseventils erfaßt und bei dem nach Unterschreiten eines vorgegebenen, etwas geringeren Zwischenwerts dieser Druckabfall elektrisch erfaßt und zum Abschalten des Motorstroms verwendet wird.
Solche Hystereseventile sind jedoch – wenn sie bis zu hohen Drücken und ausreichenden Arbeitperioden dicht gehalten werden sollen – aufgrund ihrer notwendigerweise koaxialen Mehrfachpassungen (Ventilnadel/Nadelsitz Scheibenkolben/Kolbenbohrung) sehr aufwändig in der Herstellung; sie benötigen auch gerade zur Erzeugung der geforderten Hysterese ein großes Verhältnis der Querschnitte von Scheibenkolben und Nadelsitz.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein elektrohydraulisches Verformungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem der konstruktive Aufwand verringert ist und bei dem schnell ansprechende Ventile mit jeweils einer einzigen toleranzbehafteten Sitzpaarung verwendet werden, die beim öffnen sukzessive ansprechen und deren Schaltcharakteristik zumindest im wesentlichen durch den Druckverlauf im Arbeitszylinder gesteuert wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen elektrohydraulischen Verformungsgerät erfindungsgemäß dadurch, daß in hydraulischer Parallelschaltung zum Hystereseventil ein Magnetventil vorhanden ist, das in stromlosem Zustand geöffnet und in einem Stromkreis angeordnet ist, durch den das Magnetventil beim Einschalten des Motorstroms in seine Schließstellung bringbar ist, wobei sowohl das Hystereseventil als auch das Magnetventil jeweils mindestens eine Rückströmöffnung aufweisen, die mit dem Tank in Verbindung steht.
Durch diese Lösung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, insbesondere wird ein elektrohydraulisches Verformungsgerät der eingangs beschriebenen Gattung angegeben, bei dem der konstruktive Aufwand verringert ist und bei dem schnell ansprechende Ventile mit jeweils einer einzigen toleranzbehafteten Sitzpaarung verwendet werden, die beim öffnen sukzessive ansprechen und deren Schaltcharakteristik zumindest im wesentlichen durch den Druckverlauf im Arbeitszylinder gesteuert wird.
Die Erfindung beruht auf der überlegung, daß der Motorstrom des Pumpenmotors ein ausreichend genaues bzw. proportionales Abbild des Druckverlaufs im Hydrauliksystem und damit des Kräfteverlaufs beim Arbeitsvorgang ist, und daß diese Eigenschaft nach Umsetzung des Motorstroms in elektrische bzw. elektronische Signale zur Steuerung und zur Kontrolle des Arbeitsvorganges durch einen Mikroprozessor mit Datenspeichern und Speicherplätzen für vorgebbare und ggf. veränderbare Sollwerte und Betriebsparameter verwendet werden kann. Die Signalauswertung kann in Verbindung mit gespeicherten zeitabhängigen Signa len und Prozeßparametern weiter ausgestaltet werden. Weitere Vorteile sind in der Detailbeschreibung angegeben.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des elektrohydraulischen Verformungsgeräts besonders vorteilhaft wenn – entweder einzeln oder in Kombination –:

– das Magnetventil und/oder das Hystereseventil im Tank untergebracht ist/sind,
– mindestens eines der Ventile parallel zur Geräteachse im Tank untergebracht ist,
– das Gerät einen Gerätekörper aufweist, in den mindestens eines der Ventile mit einem Schraubnippel eingeschraubt ist,
– im Stromkreis des Magnetventils ein öffnungsschalter angeordnet ist,
– das Verformungsgerät als Preßvorrichtung mit einem Pressenkopf ausgebildet ist, der zwei Zangenhebel und ein Zangenmaul besitzt, und/oder, wenn
– das Verformungsgerät als Aufweitevorrichtung mit einem Spreizkopf ausgebildet ist, der mehrere sektorförmige Spreizbacken besitzt.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ihre Wirkungsweisen werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung in Form eines Axialschnitts durch einen Gerätekörper mit Arbeitszylinder, Kolben, Tank und Ventilen,
2 einen Schaltplan der hydraulischen und elektrischen Elemente mit einem elektrischen Signalflußbild,
3 ein maßstabsloses Diagramm mit verschiedenen Verläufen des Motorstroms (Ordinate) über der Zeit (Abszisse),
4 eine Verbindung des Gerätekörpers nach 1 mit einem Pressenkopf zum Herstellen von Rohrverbindungen und
5 einen kompletten Aufbau eines Aufweite- oder Expansionsgeräts unter Einbeziehung von Details der 1 mit einer gegenüber 1 um 90 Grad gedrehten Schnittebene.
In 1 ist ein Gerätekörper 1 mit einer Achse A–A dargestellt, der an einem Ende einen Arbeitszylinder 2 mit einem Kolben 3 besitzt, der mit einer Kolbenstange 4 verbunden ist. Diese ist von einer kräftigen Rückstellfeder 5 umgeben, durch es möglich ist, die im Zylinderraum 2a befindliche Hydraulikflüssigkeit – nachfolgend kurz als Öl bezeichnet – praktisch restlos zu verdrängen. Auf das Ende des Arbeitszylinders 2 ist ein gestrichelt dargestellter Haltekörper 6 aufgeschraubt, dessen hier nicht sichtbares anderes Ende ein Verformungswerkzeug oder einen Teil desselben trägt, was anhand der 4 und 5 noch näher erläutert wird. Die Kolbenstange 4 trägt an ihrem anderen, hier nicht sichbaren Ende ein angetriebenes Teil des Verformungswerkzeugs.
Am seinem anderen Ende trägt der Gerätekörper 1 einen erforderlichenfalls flexiblen und nachfüllbaren Tank 7, der hier gleichfalls nur gestrichelt angedeutet ist. Tank 7 und Arbeitszylinder 2 sind durch eine Förderleitung 9 (gestrichelt dargestellt) verbunden, in die ein Pumpengehäuse 8 mündet. Mittels des zugehörigen Pumpenkolbens und zwei Rückschlagventile läßt sich Öl aus dem Tank 7 in den Zylinderraum 2a pumpen, und zwar bis zu Drücken von mehreren hundert bar, was im Zusammenhang mit 2 noch näher erläutert wird.
In dem Gerätekörper 1 sind ferner zwei parallele und achsparallele Rückströmkanäle 10 und 11 angeordnet. In das tankseitige Ende des Rückströmkanals 10 ist ein federbelastetes vorgesteuertes Hysterese ventil 12 mit einem Stufenkolben 12a eingeschraubt, der aus einer kegelförmig zugespitzten Ventilnadel und einem wesentlich größeren Scheibenkolben besteht, der eine Rückströmöffnung 12b im Ventilgehäuse 12c übersteuert. Dadurch wird außer einem Ölabfluß auch eine Dämpfungswirkung gegen Ventilschwingungen erreicht. Öl kann weiterhin in der nicht gezeigten Öffnungsstellung dieses Ventils über das Spiel des Scheibenkolbens in seiner Bohrung abfließen. Die Schließkräfte der Ventilnadel sind so hoch, daß das Hystereseventil 12 erst bei überschreiten eines voreingestellten Maximaldrucks – hysteresebedingt – kurzzeitig geöffnet bleibt.
In das tankseitige Ende des Rückströmkanals 11 ist ein Magnetventil 13 mit einer kegelförmig zugespitzten Ventilnadel 13a, einer Magnetspule 13b, einem Anker 13c und einer scheibenförmigen magnetischen Ankerplatte 13d eingeschraubt. Auch in diesem Fall ist das Magnetventil 13 geschlossen dargestellt; die Magnetspule 13 steht unter Strom. Die Anschlußleitungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Schließkräfte der Ventilnadel 13a sind so hoch, daß das Magnetventil 13 erst bei Stromabschaltung öffnet, dann aber bis zum Wiedereinschalten des Stroms geöffnet bleibt, so daß das gesamte Öl aus dem Zylinderraum 2a in den Tank 7 abließen kann, so daß der Kolben 3 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Das Magnetventil ist mittels eines Schraubnippels 14 in den Gerätekörper 1 eingeschraubt. Eine Rückströmöffnung 14a zum Tank 7 befindet sich in diesem Schraubnippel 14.
Es ist ersichtlich, daß sowohl das Hystereseventil 12 als auch das Magnetventil 13 jeweils parallel zur Geräteachse A–A in dem Tank 7 untergebracht sind. Die Unterbringung des Magnetventils 13 im Tank 7 hat den bedeutsamen Vorteil, daß die Magnetspule 13b durch das Öl wirksam gekühlt wird, wobei die Wärme durch Leitung und Strömung an den Gerätekörper 1 einschließlich des Arbeitszylinders 2 und des Kolbens 3 abgeführt wird.
Unter Verwendung der bisherigen Bezugszeichen ist in 2 ein Arbeitszylinder 2 mit einem einseitig wirkenden Kolben 3 dargestellt, der eine Kolbenstange 4 aufweist. Die Einwirkung der Kolbenstange auf verschiede ne mögliche Werkzeuge oder Arbeitsköpfe wird anhand weiterer Figuren noch im Einzelnen dargestellt.
Das Verformungsgerät besitzt eine Pumpe 15, die in einer Förderleitung 16 (in 1 bei "9" angedeutet) zwischen dem Tank 7 und dem Arbeitszylinder 2 angeordnet ist, und zwei als Bypässe vorgesehene Rückströmkanäle 10 und 11, die den Arbeitszylinder 2 mit dem Tank 7 verbinden, wobei in dem Rückströmkanal 10 das vorgesteuerte überdruckventil 12 mit Hysteresewirkung angeordnet ist (nachfolgend kurz als Hystereseventil bezeichnet) und in dem Rückströmkanal 11 das Magnetventil 13. Die Auslegung und Einstellung des Hystereseventils 12 (Feder/Ventil-Querschnittsflächen) muß in jedem Falle so sein, daß das Hystereseventil 12 nicht vor Erreichen der vorgegebenen maximalen Verformungskraft öffnet (Sicherheit des Arbeitsergebnisses). Die Abhängigkeiten sind u.a. folgende: 1. Vom Verformungswiderstand (u.a. abhängig von Werkstoffen und deren Dimensionierungen) und 2. vom Hydraulikfluid in Verbindung mit Strömungsquerschnitten, Viskosität und Temperatur.
In praktisch allen Fällen steigt der Druck am Ende eines Verformungsvorganges dadurch steil an, daß die angesetzten Werkzeuge entweder geschlossen sind und/oder die Kolbenstange 4 am Ende des Arbeitsvorganges an Anschläge anstößt.
Das parallel zum Hysteresventil 12 geschaltete Magnetventil 13 erhält seinen Schließstrom über eine Leitung 17. In dieser Leitung ist ein manuell betägtigbarer elektrischer öffnungsschalter 18 untergebracht, der in Notfällen ein ggf. vorzeitiges öffnen des Magnetventils durch Stromunterbrechung ermöglicht. Es versteht sich, daß das Hysteresventil 12 und das Magnetventil 13 auch innerhalb des Tanks 7 untergebracht sein können, wie anhand von 1 weiter oben erläutert.
Beiderseits der Pumpe 15 sind Rückschlagventile 19 und 20 vorgesehen. Im vorliegenden Fall wird die Pumpe 15 durch einen elektrischen Pumpenmotor 21 angetrieben, in dessen Versorgungsleitung 22 ein als Halbleiterschalter (z.B. MOS) ausgebildeter Leistungsschalter 23 angeordnet ist, durch den der Pumpenmotor 21 und das Magnetventil 13 strom- und zeitabhängig durch einen Mikroprozessor 24 angesteuert werden. In der Versorgungsleitung 22 ist ein Stromsensor 25 angeordnet, dessen Ausgang 25a dem Mikroprozessor 24 über eine Leitung 26 zwecks Vergleich mit mindestens einem gespeicherten Sollwert für die Stromaufnahme aufgeschaltet ist. Der zugehörige Ausgang 24a des Mikroprozessors 24 ist dem Leistungsschalter 23 über eine Leitung 27 aufgeschaltet.
Die elektronische Steuerung erfolgt nach zwei Prinzipien, nämlich a) stromabhängig und b) zeitabhängig. Der Stromsensor 25 erfaßt u.a. die Stromaufnahme "i" des Pumpenmotors 21 und dadurch die Preßkraft "K". Die Preßkraft ist in etwa proportional der Stromaufnahme. Die Stromaufnahme ist auch in etwa proportional dem hydraulischen Druck "P" (siehe hierzu auch 3).
Hierfür ist dem Mikroprozessor ein als EEPROM ausgebildeter Datenspeicher 28 mit mindestens einem Speicherplatz für einen Sollwert für den Motorstrom und mit mindestens zwei weiteren Speicherplätzen für eine minimale und eine maximale Einschaltdauer des Pumpenmotors 21 zugeordnet. In diesem Datenspeicher sind auch die Betriebsprogramme und Sollwerte für Ströme und Zeitwerte abgelegt, was nachfolgend anhand der 3 noch näher erläutert wird.
Die Anordnung besitzt außerdem eine Stromquelle 29, die als Netzgerät, Netzanschluß, vorzugsweise aber als Akkumulator ausgebildet ist und über eine Versorgungsleitung 22 den Leistungsteil des Systems mit Strom versorgt. Zwischen dieser Stromquelle 29 für den Motorstrom und dem Mikroprozessor 24 ist ein Spannungssensor 30 für die Messung der Spannung der Stromquelle 29 angeordnet, und der Spannungssensor 30 ist zu Kontrollzwecken dem Mikroprozessor 24 über eine Leitung 31 aufgeschaltet. Die Kontrolle dient u.a. dem Ladezustand des Akkumulators oder der Netzspannung, damit Fehlfunktionen ausgeschaltet werden. Wird beispielsweise ein in dem Datenspeicher 28 abgelegter Vergleichswert für die Spannung unterschritten, dann werden der Pumpenmotor 21 sofort wieder ausgeschaltet und das Magnetventil 13 geöffnet, da die Kapazität der Stromquelle 29 nicht mehr für einen ordnungsgemäßen Arbeitsvorgang ausreicht.
Weiterhin ist zwischen dem Spannungssensor 30 und dem Mikroprozessor 24 ein Spannungsregler 32 für die Betriebsspannung des Mikroprozessors 24 angeordnet. Dem Mikroprozessor 24 ist ein Analog-Digital--Wandler 33 zugeordnet, dem die Ausgänge des Stromsensors 25 und des Spannungssensors 30 aufgeschaltet sind.
Ferner sind dem Mikroprozessor 24 in Parallelschaltung vier Schalter 34 für die lageunabhängige Bedienung des Verformungsgeräts aufgeschaltet, z.B. für die Bedienung mit der rechten oder linken Hand und/oder für die Bedienung des Geräts in unterschiedlichen Raumlagen, die durch beengte Platzverhältnisse beim Arbeiten bedingt sein können.
An den Mikroprozessor 24 ist eine Signaleinrichtung 35 für den jeweiligen Betriebszustand des Verformungsgeräts angeschlossen, die vorzugsweise als Mehrfach-Farbanzeige ausgebildet ist. Der Mikroprozessor 24 besitzt außerdem interne Datenspeicher für die Betriebshistorie des Verformungsgeräts und eine Schnittstelle 36 für die Abfrage der gespeicherten Betriebshistorie über einen Infrarot-Übertrager 37.
Über den Infrarot-Übertrager 37 können mittels eines Handterminals auch alle in den Datenspeichern gespeicherten Werte ausgelesen und editiert werden. Das betrifft nicht nur die Zählerstände, sondern auch die gespeicherten Parameter, die eine Anpassung der gesamten Geräte-Mechanik, inklusive des Pumpenmotors 21 und des Stromspeichers 29 an die Elektronik ermöglichen. Nach dem Laden des Geräts funktioniert dieses voll automatisch.
Die 3 zeigt nun Kurvendarstellungen der Stromverläufe "i" verschiedener Betriebszustände über der Zeit "t". Durch Druck auf einen der Schalter 34 werden der Pumpenmotor 21 und das Magnetventil 13 über den Leistungsschalter 23 zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet bzw. geschlossen. Hierbei stellt sich am Pumpenmortor 21 sofort ein entsprechender Anlaufstrom i_anl ein, der rasch bis auf einen Leerlaufstrom i_leer abfällt, der durch den Kurvenabschnitt K1 repräsentiert wird. Die Zeitdauer Δt zwischen t1 und t2 ist als Sperrzeit gespeichert und beträgt beispielsweise 400 ms. Wird einer der Schalter 34 kürzer als Δt betätigt, so werden der Pumpenmotor 21 sofort wieder abgeschaltet und das Magnetventil 13 geöffnet, um zu verhindern, daß zufällige Bedienungen einen Arbeitsvorgang einleiten.
Weiterhin ist es durch einen kurzzeitigen Druck auf einen der Schalter 34 möglich, die Infrarot-Abfrage einzuleiten, ohne einen Arbeitsvorgang ausführen zu müssen. Jenseits von t2 werden die Schalter 34 blockiert; sie können also losgelassen werden.
Wiederum anschließend wird die Messung des Motorstromes fortgesetzt. Sollte während einer im Datenspeicher 28 abgelegten Leerlaufzeit der Motorstrom nicht um einen ebenfalls gespeicherten Differenzbetrag ansteigen, so werden der Pumpenmotor 21 und die Magnetspule 13 wieder ausgeschaltet, und die Signaleinrichtung 35 zeigt durch Blinken einen fehlerhaften Arbeitsvorgang an, beispielsweise, daß ein Maschinendefekt vorliegt oder kein Arbeitsgerät, z.B. ein Pressenkopf, eingesetzt wurde, oder, daß der Öffnungsschalter 18 unmittelbar nach dem Start betätigt wurde.
Steigt der Motorstrom weiter an, so wird der Arbeitsvorgang fortgesetzt, d.h. bei einem Preßvorgang schließen sich die Preßbacken bei weiter steigendem Motorstrom. Nachdem die Preßbacken am Werkstück, einem Metallrohr oder einer Rohrkupplung, anliegen, beginnt der eigentliche Preßvorgang, wobei die Stromstärke deutlich steiler ansteigt. Dies wird in 3 durch den Kurvenabschnitt K2 dargestellt. Die Stromaufnahme i max zum Zeitpunkt t4 wird durch das bereits beschriebene kraftabhängige öffnen des Hystereseventils 12 vorgegeben.
Ab einer im Datenspeicher 19 abgelegten Grenzstromstärke wird das zum Zeitpunkt t4 erfolgende Ansprechen des Hystereseventils 12 und damit das Absinken des Stromes im Kurvenabschnitt K3 nicht mehr als Betäti gung des Öffnungsschalters 18 interpretiert, sondern als ordnungsgemäßes öffnen des Hysteresventils 12 nach erfolgreich abgeschlossenem Arbeitsvorgang.
Unterschreitet der Motorstrom zum Zeitpunkt t5 eine gleichfalls im Datenspeicher 28 abgelegte Grenzstromstärke i_stop , so werden der Pumpenmotor 21 und das Magnetventil 13 durch die Elektronik abgeschaltet und damit der Stromverbrauch auf einen Ruhestromverbrauch von einigen Mikroampere herabgesetzt, bei dem kein Arbeitsvorgangs ausgelöst wird.
Wird während eines Arbeitsvorganges zum Zeitpunkt t3 unterhalb des obigen Grenzstromes die NOT-Auslösung durch Abschalten des Magnetventils 13 eingeleitet, so sinken der Druck und der Strom entsprechend dem Kurvenabschnitt K6 ab, und der Pumpenmotor 21 wird bei Unterschreiten des gespeicherten Leerlaufstromes plus eines Sicherheitszuschlages abgeschaltet. Auch in diesem Fall blinkt die Signaleinrichtung 35 zur Anzeige dieses Vorgangs.
3 zeigt noch folgendes: Würde der Pumpenmotor 21 nach dem öffnen des Hystereseventils 12 jenseits von t5 weiterlaufen, so sinkt zwar der Motorstrom entsprechend dem gestrichelten Kurvenabschnitt K4 weiter ab, aber nur relativ langsam, was von dem Liefergrad der Pumpe 5 und den Strömungswiderständen abhängig ist. Durch das Abschalten des Pumpenmotors 21 und das öffnen des Magnetventils 13 zum Zeitpunkt t5, fällt jedoch der Motorstrom entsprechend dem Kurvenabschnitt K5 steil ab, und der Arbeitskolben 3 wird jetzt unter der Wirkung seiner Rückstellfeder automatisch sehr viel schneller in seine Ausgangsstellung zurück geschoben, wobei die verdrängte Ölmenge jetzt vollständig über das Magnetventil 13 in den Tank 7 zurück gefördert wird. Das Hystereseventil 12 ist bis dahin längst – ab dem Zeitpunkt t5 – geschlossen.
Um jedoch den Pumpenmotor 21 bei Fehlfunktionen nicht endlos weiter laufen zu lassen, ist im Datenspeicher 28 ein Zeitpunkt t_max abgelegt, bei dem das Gerät vollständig abschaltet, bespielsweise nach 10 bis 15 Sekunden.
In Speicherplätze einzuspeichern sind vorwiegend die Zeitpunkte oder Zeitabschnitte Δt (begrenzt durch t1 und t2) und t_max. Die Zeitpunkte t3, t4 und t5 ergeben sich aus dem Verlauf der Druckkurve in 2, und diese Kurve kann in Richtung der Abszisse länger oder kürzer ausfallen, je nach Leistung des Pumpenmotors 21 und dem Liefergrad der Pumpe 15, den Verformungseigenschaften des Werkstücks, z.B. einer Rohrverbindung, den Strömungswiderständen im hydraulischen System, bedingt durch die Viskosität des Hydraulikfluids, die wiederum von der Temperatur abhängig ist, etc. Der Zeitpunkt t3 ist variabel, da es sich um den Zeitpunkt für eine nicht vorhersehbare Notauslösung handelt. Der Zeitpunkt t4 entsteht durch das Ansprechen des (einstellbaren) Hystereseventils 12 beim Maximaldruck, repräsentiert durch den oberen Grenzstromwert i_max, und der Zeitpunkt t5 entsteht beim Unterschreiten eines vorgegebenen, eingespeicherten Grenzstromwertes i_stop, der notwendigerweise kleiner ist als der obere Grenzstromwert i_max beim Ansprechen des Hysteresventils 12. Spätestens zum Zeitpunkt T5 wird der gesamte Leistungsteil des Verformungsgeräts einschließlich des Magnetventils 13 stromlos. Die Steilheit des Kurvenabschnitts K5 nach dem Abschalten des Pumpenmotors 21 ist ganz wesentlich abhängig vom Durchlaß des Magnetventils 13 pro Zeiteinheit. Die Darstellung verfolgt keinen zeitlichen Maßstab, sie ist nur illustrativ und beispielhaft. So ist z.B. der Einfluß des Haltestroms des Magnetventils 13 in der Grafik von untergeordneter Bedeutung.
4 zeigt eine der Ausgestaltungsmöglichkeiten des Gegenstandes nach 1 zu einer Preßvorrichtung in verkleinertem Maßstab. Es handelt sich einen auswechselbar aufgesetzten Pressenkopf 38. Im linken Teil werden Bezugszeichen aus dem rechten Teil von 1 verwendet. Dargestellt ist das Ende des Arbeitszylinders 2 mit der Kolbenstange 4, die an ihrem Ende zwei Spreizrollen 39 und 40 trägt. Diese sind teilweise von dem Haltekörper 6 umgeben, der an seinem freien gabelförmigen Ende zwei Bohrungen 41 (nur eine davon ist sichtbar) für das Durchstecken eines Haltebolzens 42 aufweist.
Der Pressenkopf 38, der je nach Arbeitshaltung um die Achse A–A verdrehbar ist, besitzt zwei doppelarmige Zangenhebel 43 und 44, die ein Zangenmaul 45 umschließen. Auf der anderen Seiten zweier Lagerstellen 46 und 47 besitzen die Zangenhebel 43 und 44 Steuerflächen 48 und 49, gegen die die Spreizrollen 39 und 40 beim Ausfahren der Kolbenstange 4 anlaufen. Durch manuelles Zusammendrücken der zugehörigen Enden der Zangehebel 43 und 44 läßt sich das Zangenmaul 45 öffnen und auf eine radial zu verpressende Rohrverbindung aufsetzen. Durch die Spreizrollen 39 und 40 wird das Zangenmaul wieder geschlossen und der Pressenkopf 38 in die dargestellte Schließstellung gebracht. Anschließend werden die Speizrollen 39 und 40 wieder zurückgezogen, und der Spreizkopf kann von der fertig verpreßten Rohrverbindung abgenommen werden. Weitere Ausführungen erübrigen sich, denn ein solcher Pressenkopf und seine Arbeitsweise sind in der DE 101 32 985 A1 beschrieben.
5 zeigt in Form eines Teilschnitts unter Verwendung teilweise gleicher Bezugszeichen eine weitere der Ausgestaltungsmöglichkeiten des Gegenstandes nach 1 zu einer Aufweitevorrichtung, einem sogenannten "Expander", in verkleinertem Maßstab. Das Gesamtgehäuse besteht aus einer Doppelrumpfanordnung mit einem unteren Rumpfteil 50 und einem oberen Rumpfteil 51, die durch zwei Stegteile 52 und 53 miteinander verbunden sind. Das Gesamtgehäuse besteht aus zwei im wesentlichen spiegelsymmetrischen Halbschalen, deren Trennfuge in der Zeichenebene nach 5 liegt.
Die Pumpe 15, eine Kolbenpumpe, befindet sich im Stegteil 52. Im unteren Rumpfteil 50 befindet sich der Pumpenmotor 21 mit einem Untersetzungsgetriebe 54 und einem Exzenterantrieb 55 für den Pumpenkolben 56. Am linken Ende ist als Stromquelle 29 ein Akkumulator aufgesteckt, und am rechten Ende ist einer der Schalter 34 gezeigt. Die Elektronik gemäß 2 ist in einer Platine 57 enthalten.
Im oberen Rumpfteil 51 ist der Gerätekörper 1 nach Figur enthalten. Die Schnittebene der 5 steht im rechten Winkel zu derjenigen nach 1, was sich schon aus der Einmündung des Pumpengehäuses 8 in den Gerätekörper 1 ergibt. Der Tank 7, in dem sich das Hystereseventil 12 und das Magnetventil 13 befinden und der mit einem Nachfüllverschluß 58 versehen ist, ist nur in seiner Außenansicht gezeigt.
Die Kolbenstange 4 ist an ihrem rechten, freien Ende über eine Gewindeverbindung 59 mit einem auswechselbaren Spreizdorn 60 versehen. Der lösbar aufgesetzte Haltekörper 6 besitzt an seinem rechten Ende ein Außengewinde 61, auf das ein Spreizkopf 62 aufschraubbar ist. Solche Spreizköpfe 62 bestehen aus einer ringförmigen Anordnung von sechs oder acht sektorförmigen Spreizbacken 63, die von einer Überwurfmutter 64 zusammengehalten und geführt werden. Nicht näher bezeichnete Innenflächen der Spreizbacken 63 entsprechen im Verlauf dem Öffnungswinkel des Spreizdorns 60. Weitere Ausführungen hierzu erübrigen sich, da es sich um handelsübliche Spreizköpfe handelt, die auch für manuelle Expanderzangen verwendet werden können.

1: Gerätekörper
2: Arbeitszylinder
2a: Zylinderraum
3: Kolben
4: Kolbenstange
5: Rückstellfeder
6: Haltekörper
7: Tank
8: Pumpengehäuse
9: Förderleitung
10: Rückströmkanal
11: Rückströmkanal
12: Hystereseventil
12a: Stufenkolben
12b: Rückströmöffnung
12c: Ventilgehäuse
13: Magnetventil
13a: Ventilnadel
13b: Magnetspule
13c: Anker
13d: Ankerplatte
14: Schraubnippel
14a: Rückströmöffnung
15: Pumpe
16: Förderleitung
17: Leitung
18: öffnungsschalter
19: Rückschlagventil
20: Rückschlagventil
21: Pumpenmotor
22: Versorgungsleitung
23: Leistungsschalter
24: Mikroprozessor
25: Stromsensor
26: Leitung
27: Leitung
28: Datenspeicher
29: Stromquelle
30: Spannungssensor
31: Leitung
32: Spannungsregler
33: Analog-Digital-Wandler
34: Schalter
35: Signaleinrichtung
36: Schnittstelle
37: Infrarot-übertrager
38: Pressenkopf
39: Spreizrolle
40: Spreizrolle
41: Bohrungen
42: Haltebolzen
43: Zangenhebel
44: Zangenhebel
45: Zangenmaul
46: Lagerstelle
47: Lagerstelle
48: Steuerfläche
49: Steuerfläche
50: unterer Rumpfteil
51: oberer Rumpfteil
52: Stegteil
53: Stegteil
54: Untersetzungsgetriebe
55: Exzenterantrieb
56: Pumpenkolben
57: Platine
58: Nachfüllverschluß
59: Gewindeverbindung
60: Spreizdorn
61: Außengewinde
62: Spreizkopf
63: Spreizbacken
64: Überwurfmutter
A–A: Geräteachse
i_max , i_stop: Grenzstromwerte
i_anl: Anlaufstrom
i_leer: Leerlaufstrom
t1, t2, t3, t4, t5, t_max: Zeitpunkte
Δt: Zeitdauer, Sperrzeit
K: Preßkraft
K1, K2, K3, K4, K5, K6: Kurvenabschnitte
P: hydraulischer Druck

Claims

Elektrohydraulisches Verformungsgerät für Metalle und Kunststoffe mit einem Tank (7) für eine Hydraulikflüssigkeit, einer durch einen Pumpenmotor (21) angetriebenen Pumpe (15) und einem Arbeitszylinder (2) mit einem von der Pumpe (15) beaufschlagten Kolben (3) und einer Rückstellfeder (5) für den Kolben (3) und mit einer zwischen dem Tank (7) und dem Arbeitszylinder (2} über die Pumpe (15) geführten Förderleitung (9, 16), ferner mit mindestens einem Rückströmkanal (10, 11) vom Arbeitszylinder (2) zum Tank (7), in dem ein Hystereseventil (12) angeordnet ist, das auf einen vorwählbaren Maximaldruck für die Hydraulikflüssigkeit im Arbeitszylinder (2) einstellbar ist, und schließlich mit einer elektrischen Steuerung mit einem Stromsensor (25) für den Motorstrom, dadurch gekennzeichnet, daß in hydraulischer Parallelschaltung zum Hystereseventil (12) ein Magnetventil (13) vorhanden ist, das in stromlosem Zustand geöffnet und in einem Stromkreis angeordnet ist, durch den das Magnetventil (13} beim Einschalten des Motorstroms in seine Schließstellung bringbar ist, wobei sowohl das Hystereseventil (12) als auch das Magnetventil (13) jeweils mindestens eine Rückströmöffnung (12b, 14a) aufweisen, die mit dem Tank (7) in Verbindung steht.
Verformungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (13) im Tank (7) untergebracht ist.
Verformungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hystereseventil (12) im Tank (7) untergebracht ist.
Verformungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Magnetventil (13) als auch das Hystereseventil (12) im Tank (7) untergebracht sind.
Verformungsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Ventile (12, 13) parallel zur Geräteachse (A–A) im Tank (7) untergebracht ist.
Verformungsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät einen Gerätekörper (1) aufweist, in den mindestens eines der Ventile (12, 13) mit einem Schraubnippel (14) eingeschraubt ist.
Verformungsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Magnetventils (13) ein Öffnungsschalter (18) angeordnet ist.
Verformungsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Preßvorrichtung mit einem Pressenkopf (38), der zwei Zangenhebel (43, 44) und ein Zangenmaul (45) besitzt.
Verformungsgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Aufweitevorrichtung mit einem Spreizkopf (62), der mehrere sektorförmige Spreizbacken (63) besitzt.