-
"Hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere für Schmiedepressen"
Die Erfindungbezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung, insbesondere
für Schmiedepressen, mit einer Druckflüssigkeitsquelle, einem Flüssigkeitstank und
einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder, der über ein in einem Gehäuse eines Hauptventils
durch eine Servosteuerung in zwei Endstellungen axial verschiebbares Kolbenventil
wechselweise mit der DruGkElUssiElseitsquelle oder dem Flüssigkeits tank in Verbindung
steht.
-
Mit Hilfe derartiger hydraulischer Steuereinrichtungen kann ein im
Arbeitszylinder verschieblich gelagerter hru beitskolben bei Druckbeaufschlagung
der Druckseite und der Rückzugseite des Arbeitszylinders hinw und herbewegt werden,
so daß der Arbeitskolben bzw. ein daran befestigtes Werkzeug einmal in seine Arbeitsstellung
und zum anderen in seine Rückzugstellung gebracht werden kanne Das dazu erforderliche
hydraulische Umsteuern des Arbeitszylinders bereitet in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten,
da das im Arbeitszylinder komprimitierte Druckmittel innerhalb einer möglichst kurzen
Zeit entspannt werden muß. Schwierigkeiten treten vor allem dann auf,wenn der Arbeitskolben
innerhalb des Arbeitszylinders in einer bestimmten Zeiteinheit sehr rasch seine
hin- und hergehende Bewegung vollführen
muß, wie das beispielsweise
bei bestimmten Schmiedepressen, insbesondere Freiform-Schmiedepressen der Fall ist.
-
Solche Pressen müssen deshalb sehr schnell arbeiten, damit durch die
Berührung von Werkzeug und Werkstück keine allzu große Abkühlung eintritte Das hydraulische
Umsteuern des Arbeitszylinders erfolgt im einzelnen durch das mit Hilfe der Servosteuerung
in seine Endstellungen axial verschiebbare Kolbenventil0 Beim Bewegen des Kolbens
von einer Endstellung in die andere wird die Druckseite des Arbeitszylinders entlastet,
da sie über das Kolbenventil bzw.
-
über eine durch dieses freigegebene ££nung im Ventilgehäuse mit dem
FlüssigkeiJ;stank in Verbindung gelangte während gleichzeitig die Rückzugselte des
Arbeitszylinders über eine gleichzeitig durch das Kelbenventil freigegebene Verbindung
mit der Flüssigkcitsqueile in Verbindung gebracht wird, Insbesondere beim Herstellen
der freien Verbindungen zwischen dem Arbeitszylinder und dem Flüssigkeitstank entstehen
im Hydrauliksystem plötzliche Stöße bzw. Schläge, die sich während des Betriebes
unangenehm bemerkbar machen und zu starkem Verschleiß und frühzeitigem Ausfall der
Presse führen0 Es ist zwar schon bekannt, die beim Über fahren der Steuerkanten
des Ventilgehauses entstehenden Entspannungsschläge dadurch zu mildern5 daß an den
Steuerkanten des Kolbenventils sogenannte Entlastungsschlitze vorgesehen werden,
die die Entlastungsöffnung mit einem zunehmend größeren Querschnitt freigeben, Es
hat sich jedoch gezeigt, daß hierdurch zwar eine gewisse Minderung der Schläge und
Stöße erreicht wird, diese sich jedoch nicht vollständig vermeiden lassen, Die Erfindung
geht von der Erkenntnis aus, daß eine vollständige Beseitigung der hydraulischen
Stöße und Schläge nur dann erreicht werden kann, wenn das Kolbenventil in seiner
Steuerbewegung bzw. seiner Umsteuergeschwindigkeit in einer bestimmten Weise geregelt
und beeinflußt wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere
für Schmiedepressen geeignete hydraulische Steuereinrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, durch die jegliche bei der Entspannung des Hydrauliksystems eintretenden
hydraulischen Schläge und Stöße vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in seiner
axialen Verstellbewegung regelbare Kolbenventil zumindest bei oder kurz vor Herstellen
der freien Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder und dem Flüssigkeitstank verzögerbar
oder abbremsbar gehalten ist0 Mit Hilfe der Erfindung wird beim Verstellen des Kolbenventils
auf dieses in bzwO kurz vor einer zwischen seinen beiden Endstellungen befindlichen
Mittellage, in der die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder und dem Flüsssigkeitstank
hergestellt wird, eine gewisse Verzögerung ausgeübt. Diese Verzögerung in der Mittellage
des Kolbenventils wird so lange durchgeführt, bis die erforderliche Entlastung des
Arbeitszylinders eingetreten ist. Auf diese Weise werden die sonst durch die plötzliche
Entlastung bzwO- Umkehrung der Druckbeaufschlagung auftretenden Stöße und Schläge
im Hydrauliksystem wirksam vermieten, In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung
ist das Kolbenventil in seinen nicht verzögerten oder abgebremsten Verstellbereichen
mit erhöhter Beschleunigung verstellbar.
-
Durch eine solche beschleunigte Verstellbewegung außerhalb der verzögerten
oder abgebremsten HUltellage des Kolbenventils wird erreicht, daß die gesamte Umsteuerzeit
gegenüber der von bisherigen Systemen nicht erhöht, sondern im Gegenteil noch verkürzt
wird, Die Verstellbewegung des Kolbenventils kann weg- oder zeitabhängig
erfolgen
Sie kann aber auch druckabhängig, beispielsweise in Abhängigkeit des im Arbeitszylinder
herrschenden Druckes erfolgen0 In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, in
der Verbindungsleitung zwischen dem Hauptventil und dem Arbeitszylinder einen Druckmesser
anzuordnen0 Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt das Kolbenventil
drei mit Abstand zueinander angeordnete Steuerflächen und weist das Ventilgehäuse
eine das Kolbenventil aufnehmende Bohrung mit fünf entsprechend angeordneten Ringausnehmungen
auf, von denen die mittlere Ringausnehmung mit der Druckflüssigkeitsquelle, eine
der mittleren Ringausnehmung benachbarte Ringausnehmung mit der Druckseite und die
andere Ringausnehmung mit der Rückzugseite des Arbeitszylinders sowie die beiden
außenliegenden Ringausnehmungen mit dem Flüssigkeitstank in Verbindung stehen.
-
Vorzugsweise ist das Kolbenventil an seinen die Verbindung zwischen
dem Arbeitszylinder und dem Flüssigkeitstank herstellenden Steuerkanten mit einen
hyperbolischen Querschnitt bildenden Abschrägungen bzw. Abfasungen versehen. Durch
eine solche Ausbildung der Steuerkanten des Kolbenventils erhält man bei einer geradlinigen
Abhängigkeit der Verstellbewegung des Kolbenventils eine gleichmäßige Ausströmgeschwindigkeit
des Druckmittels aus dem Arbeitszylinder in den Flüssigkeitstank In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung ist ein von einer Steuerpumpe gespeistes Servoventil mit zwei Steuerleitungen
vorgesehen, die jeweils in seitlich des Kolbenventils befindliche Steuerräume einmünden.
In diesen Steuerräumen sind verstellbare Steuerkolben untergebracht, von denen einer
einen über eine elektrische Steuerung mit dem Servoventil zusammenarbeitenden Istwertgeber
aufweist.
-
Da bei großen Schmiedepressen wegen, der großen Abmessungen des Kolbenventils
eine feinfühlige Steuerung schwierig ist, erfolgt das Entspannen über ein separates
Entspannventil, Bei einer solchen Steuerung kommt der Erfindung erhöhte Bedeutung
zuO Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht demnach darin, daß dem Hauptventil
ein durch eine eigene Servosteuerung.mit elektrischer Rückführung steuerbares Entspannventil
parallel geschaltet ist. Dieses wichtige Erfindungsmerkmal ermöglicht, daß die Bewegung
des Kolbenventils des Hauptventils zumindest vor der Freigabe der Verbindung zwischen
dem Arbeitszylinder und dem Flüssigkeitstank verzögert oder abgebremst wird, bis
über das Entspannventil die Entlastung des Arbeitszylinders erfolgt ist, Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.' Es zeigen: Filze 1 eine schematische
Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig, 2 einen Teil eines
Kolbenventils in vergrößertem Maßstab; und Filz 3 eine abgewandelte hydraulische
Steuereinrichtung mit separatem Entspannventile Eine Druckflüssigkeitspumpe 1 saugt
aus einem Flüssigkeits tank 2 Druckflüssigkeit an, wobei in der Druckleitung 3 der
Pumpe 1 ein Uberdruckventil 4 sitzt An die Druckleitung,3 ist ein Steuerventilgehäuse
5 angeschlossen, das eine zentrische Bohrung 6 aufweist.' In der Bohrung 6 kann
ein Kolbenventil 7, d.h. der Kolben des Hauptventils zwischen zwei Endstellungen
axial bewegt werden0, Der Kolben 7 besitzt mit
Abstand zueinander
angeordnete Steuerflächen 8, 9 und 11, mit denen Ringausnehmungen 12, 13, 14, 15
und 16 des Gehäuses 5 des Hauptventils zusammenwirken. An die mittlere Ringausnehmung
14 ist die Pumpendruckleitung 3 angeschlossen. In der in Fig0 1 dargestellten mittleren
Lage des Kolbens 7 ist die Ringausnehmung 14 abgeschlossen. An der Ringausnehmung
15 ist über eine Verbindungsleitung 17 ein Arbeitszylinder 18 angeschlossen, in
dem ein Arbeitskolben 19 mit einem daran befestigten Werkzeug 21, beispielsweise
einem Schmiedesattel axial verschiebbar ist.' Auf der der Druckseite 20 des Arbeitszylinders
18 gegenüberliegenden Rückseite des Werkzeugs 21 sitzen Plunger 22, die in Rückzugzylindern
23 verschiebbar gelagert sind. An die Rückzugzylinder 23 ist eine Ablaufleitung
24 angeschlossen, die mit der Ringausnehmung 13 des Ventilgehäuses 5 in Verbindung
steht Die beiden außenliegenden Ringräume 12 und 16 des Ventilgehäuses 5 stehen
über eine Rücklaufleitung 25 mit dem Flüssigkeitstank 2 in Verbindung.
-
Der Kolben 7 kann durch eine an anderer Stelle näher erläuterte Servosteuerung
axial verstellt werden. Zu der Servosteuerung gehören zwei seitlich des Kolbens
7 angeordnete Steuerkolben 26, 27, die in zwei Steuerräumen 28, 29 axial verstellbar
sind. Die beiden Steuerräume 28, 29 befinden sich in zwei Einsatzstücken 31, 32,
die mit einem abgesetzten Ende in die Bohrung 6 des Ventilgehäuses 5 eingesetzt
sind. Die beiden innenliegenden Stirnflächen 33 und 34 der Einsatzstücke 31, 32
begrenzen die linke und rechte Endlage des Kolbens 7. Die beiden Stirnflächen 33
und 34 der Einsatzstücke 31, 32 liegen bezüglich der Länge des Kolbens 7 so weit
auseinander, daß in der linken Endlage des Kolbens 7 eine freie Verbindung zwischen
der Ringausnehmung 14 und der Ringausnehmung 15 besteht, so daß über die Druckleitung
3 von der Flüssigkeitspumpe 1 Druckmittel über das Ventilgehäuse 5 und die Verbindungsleitung
17 in die Druckseite 20 des Arbeitszylinders 18 einströmen kann.
-
In dieser Stellung des Kolbens 7 besteht gleichzeitig eine Verbindung
zwischen der Ablaufleitung 24 und der Rücklaufleitung 25 über die Ringausnehmungen
13 und 12 des Steuerventilgehäuses 5. Das ist deshalb der Fall, weil die sonst übereinandergeschobenen
Steuerkanten 35, 36 der Steuerfläche 8 und der Ringausnehmung 12 in der besagten
Endstellung des Kolbens 7 zum Druckflüssigkeitsablauf eine Öffnung freigeben.
-
In der rechten Endstellung des Kolbens, in der der Kolben 7 an der
Stirnfläche 33 des Einsatzstückes 31 anliegt,\ erfolgt eine Druckmittelzufuhr über
die Ringausnehmung 14 und die Ringausnehmung 13 sowie die Leitung 24 in die Rückzugzylinder
23. Gleichzeitig überfährt eine Steuerkante 37 der Steuerfläche 11 eine Steuerkante
38 der Ringausnehmung 16, so daß hier eine freie Verbindung entsteht und dadurch
Druckflüssigkeit aus der Druckseite 20 des Arbeitszylinders 18 über die Verbindungsleitung
17 und das Steuerventilgehäuse 5 in die Rücklaufleitung 25 und somit in den Flüssigkeitstank
2 abströmen kann.
-
Die beiden Steuerräume 28, 29 stehen über Steuerleitungen 39, 41 mit
einem Steuerventil 42 der Servosteuerung in Verbindung0 Das Steuerventil 42 ist
über eine Steuerdruckleitung 43 mit einer Steuerpumpe 44 verbunden, die über eine
Saugleitung 45 aus dem Tank 2 Steuerflüssigkeit ansaugen kann. In der Steuerdruckleitung
43 sitzt wiederum ein Überdruckventil 46. Das regelbare Steuerventil 42 steht über
eine Steuerleitung 47 mit einer einen Verstärker 48 aufweisenden elektrischen Steuerung
49 in Verbindung. An den Verstärker 48 ist ein linearer elektrischer Wegaufnehmer
51 angeschlossen, der in Abhängigkeit von der Lage des Kolbens 7 bzwe eines damit
über den Steuerkolben 27 verbundenen Istwertgebers 52 ein elektrisches Rückführsignal
an den Verstärker 48 weitergibt.- Die jeweilige Lage sowie die Geschwindigkeit des
Kolbens 7 des Hauptventils wird über den
gesamten Bewegungsbereich
durch einstellbare Sollwerte in der elektrischen Steuerung 49 bestimmt. Der Kolben
7 folgt diesen Sollwerten, da über die Rückführung mit Hilfe des Istwertgebers 52
zum Verstärker 48 der elektrischen Steuerung 49 ein geschlossener Regelkreis für
die Lage des Kolbens 7 gebildet wird und am Verstärker 48 der elektrischen Steuerung
49 ein kontinuierlicher Soll-Ist-Wertvergleich vorgenommen wird.
-
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen hydraulisohen Steuereinrichtung
ist folgende: Es sei angenommen, daß am Ende des Arbeitshubes des Arbeitskolbens
19 das Signal zum Umsteuern gegeben wird. Der Kolben 7 bewegt sich dann von seiner
durch einen Sollwert gehaltenen Endlage, die nicht mit der mechanischen Endlage
identisch sein muß, in die durch einen neuen Sollwert vorgegebene Mittellage mit
hoher Geschwindigkeit. In dieser Mittellage ist die Verbindung vom Arbeitszylinder
18 zum Flüssigkeitstank 2 gerade noch geschlossen. Das bedeutet, daß bei einer durch
den Pfeil 53 angedeuteten Bewegung des Kolbens 7 gemäß Fig. 1 von links nach rechts
noch Überdeckung zwischen der Steuerkante 37 der Steuerfläche 11 und der Steuerkante
38 der Ringausnehmung 16 besteht, also noch keine freie Verbindung hergestellt ist0
Für die in Fig. 1 dargestellte Steuereinrichtung erfolgt für den jetzt folgenden
Entspannvorgang die weitere Bewegung des Kolbens 7 in der folgenden Weise. Der Kolben
7 bewegt sich langsam weiter, so daß nun durch die Steuerkanten 37 und 38 die Verbindung
der Druckseite 20 des Arbeitszylinders 18 zum Flüssigkeitstank 2 freigegeben und
somit dem Druckmedium die Möglichkeit gegeben wird, sich zu entspannen. Dieses langsame
Weiterfahren des Kolbens 7 wird durch eine entsprechend langsame, kontinuierliche
Änderung des elektrischen Lagesollwertes erreicht. Nach Beendigung des Entspannvorganges
wird der Kolben 7 mit hoher Geschwindigkeit durch Vorgabe eines weiteren Lagesollwertes
in
seine andere Endstellung bewegtO-Das Signal für die Beendigung des Entspannvorganges
kann entweder durch ein elektrisches Zeitglied innerhalb der elektrischen Steuerung
49 gebildet werden, so daß sich eine konstante Entspannzeit ergibt oder aber mit
Hilfe eines in der Verbindungsleitung 17 angeordneten Druckmessers 54, der ein elektrisches
Signal bildet, sobald der Druck auf einen Wert abgefallen ist, der beim schnellen
Weiterfahren des Kolbens 7 keine Entspannschläge erwarten läßtO Im letzteren Fall
paßt sich die Entspannzeit dem jeweiligen Arbeitsdruck an, doh. bei niedrigem Arbeitsdruck
wird eine kurze Entspannzeit erreicht, während bei hohem Arbeitsdruck eine entspre-chend
längere Zeit für die Dekompression erforderlich isto In sinngemäßer Weise ist die
elektrische Steuerung derart ausgebildet, daß auch bei einer Entlastung der Rückzugzylinder
23 an den Steuerkanten 35 und 36 des Kolbens 7 und des Ventilgehäuses 5 eine entsprechende
Verzögerung des Kolbens 7 eintritt, so daß auch in diesem Fall die sonst auftretenden
Stöße und Schläge im Hydrauliksystem vermieden werden0 Die elektrisohe Steuerung
kann ohne weiteres so ausgebildet sein, daß nicht nur in der Mittellage des Kolbens
ein Verzögern oder Abbremsen des Kolbens eintritt, sondern auch nahe der Endlage,
so daß kurz vor Erreichen der Endlage die Geschwindigkeit des Kolbens wirksam abgedämpft
werden kann0 Um bei einer geradlinigen Abhängigkeit der Verstellbewegung des Kolbens
7 während der Druckentspannung eine gleichmäßige Ausströmgeschwindigkeit aus dem
Arbeitszylinder 18 zu erreichen, sind die die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder
18
und dem Flüssigkeitstank 2 herstellenden Steuerkanten des Kolbens 7 mit einer hyperbolischen
Querschnittsveränderung, d.h. einer entsprechenden Abschrägung oder Abfasung versehen0
Eine Steuerfläche mit einer derart ausgebildeten Steuerkante ist in Fig. 2 dargestellt.
-
Das in Fig. 3 dargestellte System entspricht im wesentlichen der schematischen
Darstellung gemäß Fig. 1, lediglich mit dem Unterschied, daß an die Verbindungsleitung
17 und die Ablaufleitung 24 je eine Leitung 55, 56 angeschlossen ist, die zum Gehause
eines Entspannventilkolbens 58 führen, der in bezug auf das Kolbenventil 7 parallel
geschaltet ist und mit einer eigenen Servostenerung mit elektrischer Rückführung
versehen ist0 Ein solches separates Entspannventil empfiehlt sich dann, wenn das
Kolbenventil 7 so große Abmessungen aufweist - beispielsweise bei großen Schmiedepressen
^, daß eine feinfühlige Steuerung der Geschwindigkeit des Kolbens schwierig ist0
Bei der Steuereinrichtung mit separatem Entspannventil bleibt der Kolben 7 zunächst
in seiner Mittellage stehen, bis der in unten näher beschriebener Weise erfolgende
Entspannvorgang über das Entspannventil beendet ist. Das Signal für die Beendigung
des Entspannvorganges und damit für das Weiterfahren des Kolbens 7 wird von dessen
elektrischer Steuerung 49 gegeben, sobald das Entspannventil nach dem Entspannvorgang
wieder seine Mittellage, d.h; Grundstellung eingenommen hat. Die Lagemeldung des
Entspannventilkolbens 58 erfolgt mit Hilfe des an ihm befestigten Istwertgebers
52t, der auch die Aufgabe hat, als Rückführung für den Lageregelkrei des Kolbens
58 des Entspannventils zu arbeitens Die Lageregelung des Entspannventilkolbens 58
arbeitet in ähnlicher Weise wie die Lageregelung für den Kolben 7 des
Hauptventils,
dohç die Bewegung des Kolbens 58 wird über Sollwerte elektrisch vorgegeben. Bei
Beginn des Entspannvorganges wird entweder der Kolben 58 mit hoher Geschwindigkeit
durch einen einstellbaren elektrischen Sollwert in eine Lage gebracht, die ein schlagfreies
Entspannen der Verbindungsleitung 17 zum Tank hin gewährleistet, um dann nach Ablauf
einer fest vorgegebenen Entspannzeit wieder in die Grundstellung mit hoher Geschwindigkeit
zurückzukehren, oder aber die Bewegung des Kolbens 58 erfolgt druckabhängig, Bei
der druckabhängigen Steuerung des Kolbens 58 wird der Lage sollwert wieder mit Hilfe
des in der Verbindungsleitung 17 sitzenden Druckmessers 54 gesteuert. Der Druckmesser
54 gibt ein dem momentanen Druck ananoges elektrisches Signal auf den Verstärker
48b der elektrischen Steuerung 49 für das Entspannventil 58,und zwar derart, daß
bei hohem Druck ein kleiner Öffnungsquerschnitt freigegeben wird.- Bei fallendem
Druck wird dann der Öffnungsquerschnitt kontinuierlich vergrößert, was zur Folge
hat, daß während des Entspannvorganges ein nahezu konstanter Durchfluß des Druckmediums
durch das Entspannventil 58 erreicht wird0 Somit wird die normalerweise störend
wirkende druckabhängige Xnderung des Durchflußstromes durch den Öffnungsquerschnitt
des Entspannventils weitgehend kompensiert, so daß ein weiches und schlagfreies
Entspannen des komprimierten Druckmediums erreicht wird.