DE3221758A1 - Hydraulische antriebsvorrichtung - Google Patents
Hydraulische antriebsvorrichtungInfo
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- DE3221758A1 DE3221758A1 DE19823221758 DE3221758A DE3221758A1 DE 3221758 A1 DE3221758 A1 DE 3221758A1 DE 19823221758 DE19823221758 DE 19823221758 DE 3221758 A DE3221758 A DE 3221758A DE 3221758 A1 DE3221758 A1 DE 3221758A1
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Description
Hartmann & Lämmle P 82 41
GmbH & Co. KG 7.5.1982
Schuckertstraße 15
7255 Rutesheim
7255 Rutesheim
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Maschinenelement, das im Rahmen
eines bei der Bearbeitung eines Werkstückes ablaufenden Arbeitszyklus eine zum Werkstück hin gerichtete
Eil-Vorschubbewegung, hierauf einen in derselben Richtung
erfolgenden, die Bearbeitung des Werkstückes vermittelnden Arbeitshub und nachfolgend eine in der entgegengesetzten
Richtung ablaufende Eil-Rückzugsbewegung ausführt, mit einem Hydrozylinder als Antriebselement, der mindestens drei Arbeitsflächen A1, A2
und A3 aufweist, die je einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckraum einseitig begrenzen, wobei
die Eil-Vorschub- und -Rückzugsbewegungen des Kolbens des Hydrozylinders bzw. des Maschinenelements
durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung des ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders
und eine zur Durchführung des Arbeitshubes gegebenenfalls erforderliche Steigerung der Vorschubkraft
durch Druckbeaufschlagung des dritten, durch die dritte Arbeitsfläche A3 begrenzten Druckraumes des Hydrozylinders
steuerbar sind.
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7.5.1982
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Hydraulische Antriebsvorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt, z.B. in Verbindung mit Stanzmaschinen,
bei denen das am Kolben des Antriebs-Hydrozylinders befestigte Stanzwerkzeug mit■Eilgeschwindigkeit
und relativ geringer Vorschubkraft möglichst nahe an das Werkstück herangeführt wird, so daß dann mit erhöhter
Vorschubkraft in das Werkstück eindringt und dieses anschneidet, im weiteren Verlauf seiner Arbeits-Vorschubbewegung
das auszustanzende Materialstück aus der Stanzöffnung ausstößt und hierauf wieder mit Eilgeschwindigkeit
in seine Ausgangslage zurückgeführt wird.
Problematisch ist dabei
1. die bedarfsgerechte Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb,
d.h. die Umschaltung von niedriger auf hohe Vorschubkraft, die durch alternative oder
zusätzliche Druckbeaufschlagung des dritten, durch die große Kolbenfläche A3 begrenzten Druckraumes
des Hydrozylinders erzielt wird, sowie
2. die Umkehrung der Bewegungsrichtung des Werkzeuges, die durch Alternierung der Druckbeaufschlagung des
ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders erreicht wird.
Erfolgt hierbei die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb
wegabhängig, z.B. mittels geeigneter, auf bestimmte Momentanstellungen des Kolbens des Hydrozylinders
ansprechenäer Annäherungsschalter, mit deren Ausgangssignalen als Magnetventile ausgebildete Steuerventile
angesteuert werden, so wird die Umsteuerung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb, unabhängig vom tat-
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sächlichen Bedarf in jedem Arbeitszyklus vollzogen, und es müssen verhältnismäßig lange Arbeitszyklus-Zeitintervalle
in Kauf genommen werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit einer Stanzmaschine, die pro Minute
möglichst viele Arbeitszyklen auszuführen in der Lage sein soll, erheblichen und oftmals unnötigen Begrenzungen
unterworfen ist.
Es kommt hinzu, daß elektrisch ansteuerbare Magnetventile Schaltzeiten in der Größenordnung von ca. 20 bis
25 ms benötigen, die erheblich zu den Zykluszeiten beitragen. Dieser Nachteil muß auch bei einer druckabhängigen
und insoweit eher bedarfsgerechten Umschaltung von Eil- auf Lastvorschubbetrieb in Kauf genommen
werden, wenn zu deren Realisierung elektromagnetische Druckschalter vorgesehen sind, die auf den im Eil-Vorschubbetrieb
druckbeaufschlagten Druckraum des Antriebs-Hydrozylinders ansprechen und mit ihren elektrischen
Ausgangssignalen Magnetventile ansteuern, die die zweckentsprechende Druckbeaufschlagung der Druckräume
des Antriebs-Hydrozylinders vermitteln.
Im Hinblick auf eine in dieser Weise gesteuerte Bewegungsumkehr des Antriebs-Zylinderkolbens ist weiter
von erheblichem Nachteil, daß die Richtungsumkehr der an dem Kolben angreifenden Kräfte zwangsläufig ruckartig
erfolgt, woraus Erschütterungen resultieren, die nicht nur verschleißfördernd sind, sondern auch sehr
starke Betriebsgeräusche verursachen.
Zwar ist es möglich, durch eine hinreichend stabile Konstruktion des Antriebs-Hydrozylinders und der mit
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diesem ausgerüsteten Maschine als notwendig erachtete Mindest-Standzeiten zu erreichen und durch zusätzliche
hydromechanische und/oder federelastische Dämpfungselemente am Antriebs-Hydrozylinder die ansonsten in den
Totpunkten seiner Vorschub- und Rückzugsbewegungen auftretenden Erschütterungen soweit zu dämpfen, daß eine
übermäßige Geräuschentwicklung vermieden wird; der dafür erforderliche technische Aufwand ist aber erheblich
und führt im Ergebnis ebenfalls zu einer Vergrößerung der Zykluszeiten und auch zu einem erhöhten
Bedarf an installierter Antriebsleistung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydraulische Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die im Bedarfsfalle deutlich kürzere Arbeitszykluszeiten
einer mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Maschine ermöglicht und insbesondere einen ruhigen und
weitgehend erschütterungsfreien Einlauf des angetriebenen Maschinenelements in seine im Verlauf eines Arbeitszyklus
eingenommenen bzw. durchlaufenen Endstellungen bzw. Bewegungstotpunkte gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale
auf einfache Weise gelöst:
Hiernach erfolgt die Bewegungssteuerung über einen
Regelkreis, der sowohl in den Vorschub- wie auch in den Rückzugsbewegungsphasen des Hydrozylinders die
bedarfsgerechte Beaufschlagung der jeweils zur Kraftentfaltung
ausgenutzten Kolbenfläche bzw. Druckräume vermittelt, wobei, wenn sich der Kolben seinen durch
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die Sollwert-Vorgabe bestimmten Endstellungen nähert, der Druck in den genannten Druckräumen heruntergeregelt
wird, wodurch im Ergebnis ein sanftes und weitgehend erschütterungsfreies Einlaufen des Kolbens in
seine Endstellungen erreicht wird. Der mit mechanischer Istwert-Rückmeldung arbeitende Regelkreis hat dadurch
eine günstig hohe Regelfrequenz, so daß auch bei relativ kurzen Zykluszeiten noch eine wirksame Regelung
der Drücke im Sinne einer stetigen Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Hydrazylinderkolbens bis hin
zu seinen Endstellungen gewährleistet ist. Um die günstig hohe Regelfrequenz dieses mechanisch-hydraulischen
Regelkreises möglichst weitgehend ausnutzen zu können, wird die Druckbeaufschlagung und -entlastung
des weiteren Druckarmes, durch die im Bedarfsfalle eine erforderliche Erhöhung der Vorschubkraft bzw.
Zurücknahme derselben erzielt wird, mittels eines mit niedrigen Schaltzeiten behafteten hydraulisch vorgesteuerten
Umschaltventils selbsttätig gesteuert, in dessen dem Eil-Vorschubbetrieb zugeordneter erster
Durchflußstellung der weitere Druckraum mit dem Tank
und in dessen zweiter, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneter zweiter Durchflußstellung der weitere Druckraum
des Antriebs-Hydrozylinders mit dem Druckausgang des Regelkreises verbunden ist, so daß auch im Lastfalle
die Drücke in sämtlichen im Sinne der Vorschubkraftentwicklung
beaufschlagten Druckräumen der Druckregelung unterworfen sind und somit auch dann, wenn
der Kolben des Antriebs-Hydrozylinders in Lastbetrieb in eine Endstellung einläuft, dieser Einlauf so erschütterungsfrei
wie möglich bleibt. Damit dieses Umschaltventil seinerseits hinreichend schnell aus seiner
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ersten Durchflußstellung in seine zweite gelangen und
gegebenenfalls aus dieser wieder in seine erste Durchflußstellung zurückgesteuert werden kann, ist eine
hydraulisch betätigte und damit ihrerseits mit günstig kurzer Schaltzeit behaftete Vorsteuerventilanordnung
vorgesehen, die, wenn der Ausgangsdruck des Regelkreises einen vorgegebenen Schwellenwert ρ 1 überschreitet,
das Umschaltventil selbsttätig in dessen zweite Durchflußstellung steuert und, sobald der Ausgangsdruck des
Regelkreises wieder auf einen Wert ρ ~ abgefallen ist, der höchstens noch dem Wert ρ - . A1ZAj. entspricht,
worin A1 die Größe der im Eil-Vorschubbetrieb des
Hydrozylinders mit dem Ausgangsdruck ρΔ des Regelkreises
beaufschlagten Fläche und AL die Größe der im
Last-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders mit dem Ausgangsdruck des Regelkreises insgesamt beaufschlagten
Fläche des Kolbens bezeichnen, das Umschaltventil wieder in seine erste Durchflußstellung zurücksteuert.
Dadurch wird erreicht, daß die Druckbeaufschlagung des weiteren Druckraumes nur dann und nur so lange erfolgt,
wie eine erhöhte Vorschubkraft erforderlich ist, ansonsten aber so weit wie möglich die Eil-Betriebszustände
des Kolbens für dessen Bewegungsablauf ausgenutzt und dadurch optimal kurze Zykluszeiten erzielt
werden. Hieraus resultiert auch eine Minimierung der insgesamt erforderlichen Antriebsenergie, so daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung, jedenfalls unter der Voraussetzung, daß zur Druckversorgung eine Speicherpumpanlage
vorgesehen ist, auch mit einer günstig niedrigen installierten Antriebsleistung auskommt.
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Vorteilhaft ist, wenn der - niedrigere - Druckschwellenwert ρ 2» kei dem die erfindungsgeraäße Antriebsvorrichtung
von Last- auf Eil-Betrieb zurückschaltet, wie im Anspruch 2 angegeben, um einen definierten Betrag
niedriger ist als der Wert ρ .. A1 /A-. , damit eine beim
Umschalten von Eil- auf Last-Betrieb einleitend auftretende Absenkung des Ausgangsdruckes pA des Regelkreises
nicht sofort wieder zu einem Zurückschalten in den Eil-Betriebszustand führt, wenn z.B. die im Last-Vorschubbetrieb
erforderliche Vorschubkraft nur wenig größer ist als die im Eil-Vorschubbetrieb durch alleinige
Druckbeaufschlagung der einen Arbeitsfläche A.
entfaltete Vorschubkraft. Durch eine solche Auslegung wird auch in Fällen, in denen die zur Durchführung des
Arbeitshubes erforderliche Steigerung der Vorschubkraft relativ gering ist, ein weitgehend gleichmäßiger
Bewegungsablauf gewährleistet.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist eine vorteilhaft einfache Gestaltung einer zur funktionsgerechtschnellen
Umsteuerung des Umschaltventils geeignete Vorsteuerventilanordnung angegeben, die ein 3/3-Wege-Schieberventil
als Ausgangsstufe und ein in der Art eines Druckverhältnisventils ausgebildetes, seinerseits
als Vorsteuerventil für das 3/2-Wegeventrl ausgenutztes
Sprungwerk umfaßt, dessen konstruktiver Aufbau als Sitzventil und dessen Schaltungsverbindung mit
dem Vorsteuerventil mehr im einzelnen durch die Merkmale des Anspruchs 4 angegeben sind.
Durch die gemäß Anspruch 5 vorgesehene Einstellbarkeit der Vorspannung einer den Ventilkörper des Sitzventils
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des Sprungwerks in seine Sperrstellung drängenden Druckfeder ist auf einfache Weise der Druckschwellenwert
p. vorgebbar, bei dem die selbsttätige Umschaltung der Antriebsvorrichtung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb
erfolgt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 ist eine bevorzugte
Gestaltung des Sprungwerks angegeben, die günstig kurze Ansprechzeiten des Sprungwerks bzw. der Vorsteuerventilanordnung
gewährleistet.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 ist der grundsätzliche
Aufbau eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung geeigneten Umschaltventils angegeben,
das in den durch die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 näher spezifizierten, bevorzugten Gestaltungen
seiner verschiedenen Durchflußstellungen mit günstig
niedrigen Strömungswiderständen behaftet ist und in der durch die Merkmale des Anspruchs 10 angegebenen Ausführungsform
als kompakte Baueinheit mit dem Antriebs-Hydrozylinder auch konstruktiv einfach realisierbar
ist.
Durch die Merkmale des Anspruchs 11 ist ein als Ausgangsstufe
des die Bewegungssteuerung des Hydrozylinders vermittelnden Regelkreises besonders geeignetes,
seinem grundsätzlichen Aufbau nach an sich bekanntes Nachlauf-Regelventil spezifiziert, das sowohl für eine
digitale wie auch für eine analoge Sollwert-Vorgabe der Bewegungsabläufe und -hübe geeignet ist.
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Durch die Merkmale des Anspruchs 12 ist eine für eine fest oder variabel programmierbare Steuerung der
Arbeitszyklen geeignete Ausbildung der Sollwert-Vorgabeeinrichtung des Regelkreises angegeben, die vielfältige
Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eröffnet. Dabei ist die Bewegungssteuerung sowohl in der Weise möglich, daß die Sollwert-Vorgabe
jeweils nur um einen oder einige wenige Vorgabeschritte dem mittels der Rückmeldeeinrichtung
erfaßten Istwert der Momentanstellung des Kolbens betragsmäßig vorauseilt, als auch in der Weise, daß am
Beginn einer in Vorschub- bzw. in Rückzugsrichtung erfolgenden Bewegungsphase des Kolbens innerhalb e iner
Zeitspanne, die klein gegen die Dauer dieser Bewegungsphasen ist, lediglich eine dem Gesamthub in Vorschub-
bzw. Rückzugsrichtung entsprechende Sollwert-Vorgabe erfolgt, wobei sich mit dieser zweitgenannten
Art der Bewegungssteuerung besonders kurze Arbeitszykluszeiten erzielen lassen.
Eine speziell auf diese Art der Endstellungs-Sollwert-Vorgabe
ausgelegte, insoweit zur Einrichtung gemäß Anspruch 12 alternative, jedoch wesentlich einfacher
aufgebaute Vorgabeeinriehtung ist ihrem grundsätzlichen Aufbau nach durch die Merkmale des Anspruchs
umrissen und durch diejenigen der Ansprüche 14, 15 und 16 in Einzelheiten näher spezifiziert. Sie ist insbesondere
für Stanzmaschinen geeignet, bei denen in rascher Folge eine Vielzahl von Arbeitszyklen aufeinanderfolgen.
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Da bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die
Entfaltung der in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung des Kolbens des Hydrozylinders wirksamen Kräfte durch eine
geregelte Druckbeaufschlagung der jeweils wirksamen Arbeitsflächen A.. und/oder A3 bzw. A2 erfolgt, ist z.B.
mit dem Erreichen von Endstellungen des Kolbens jeweils ein Druckabfall in den über den Druckausgang
des Regelkreises druckbeaufschlagten Druckräumen des Kydrozylinders bzw. eine Angleichung der in den verschiedenen
Druckräumen wirksamen Drücke aneinander verknüpft. Es ist daher mittels einer ihrem grundsätzlichen
Aufbau nach durch die Merkmale des Anspruchs 17 umrissenen
Überwachungseinrichtung, die in charakteristischer Weise auf die in den einzelnen Druckräumen des Hydrozylinders
herrschenden Drücke anspricht, auf einfache Weise möglich, festzustellen, ob der Kolben des
Hydrozylinders die den Sollwertvorgaben entsprechenden Endstellungen im Verlauf eines Arbeitszyklus erreicht
oder nicht und hieraus eine Aussage über ordnungsgemäße oder gegebehenfalls fehlerhafte oder unzureichende
Funktion der Antriebsvorrichtung zu gewinnen. Bleibt z.B. der Ausgangsdruck der Regeleinrichtung,
nachdem die Antriebsvorrichtung von Eil-Vorschub- auf Last-Vorschubbetrieb umgeschaltet hat, auf hohem Niveau,
so ist dies ein sicheres Indiz dafür, daß der Kolben des Antriebs-Hydrozylinders nicht in der Lage ist,
seinen Arbeitshub zu vollenden, sei es, weil - im Falle eines Stanzvorganges das Werkzeug stumpf geworden ist,
oder weil - im Falle eines Preß- oder Prägevorganges das Werkstück, z.B. wegen unsachgemäßer Abstützung,
nicht im vorgesehenen Maß verformbar ist. Insoweit kann die Überwachungseinrichtung zu einer Fehlfunktionsanzeige
ausgenutzt werden; andererseits ist es möglich,
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anhand des durch die Druckregelung vermittelten Druckabfalls bzw. -ausgleiche zu erkennen, daß der Hydrozylinder
seinen Arbeitshub ausgeführt hat und sich seiner Endstellung nähert, und es kann daher ein entsprechendes
Ausgangssignal der überwachungseinrichtung dazu benutzt werden, die Sollwertvorgabe für den Rückzugshub
auszulösen, schon bevor der Kolben seine mit dem Arbeitshub verknüpfte Endstellung erreicht hat;
auf diese Weise kann eine weitere Verkürzung der Arbeitszykluszeiten, z.B. wiederholt ablaufender Stanzvorgänge
erzielt werden.
Die gemäß·Anspruch 18 vorgesehene Gestaltung der überwachungseinrichtung
mit einem doppeltwirkenden Stufenkolben, bei dem das Verhältnis seiner wirksamen Arbeits
flächen dem Verhältnis der zur Kraftentfaltung in entgegengesetzter
Richtung ausgenutzten Arbeitsflächen des Antriebs-Hydrozylinderkolbens entspricht, wobei
für den Stufenkolben vorzugsweise die durch die Merkmale der Ansprüche 19 bzw. 20 angegebene, miniaturisierte
Auslegung getroffen ist, hat den Vorzug, daß die Auslenkungen des Stufenkolbens der überwachungseinrichtung
den jeweils am Kolben des Antriebs-Hydrozylinders in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung wirkenden
Kräften proportional sind, so daß, wenn der Stufenkolben mit einem Analog-Weggeber gekoppelt ist, eine fortlaufende
Erfassung der im Rahmen der Antriebsvorrichtung erzeugten Kräfte möglich ist.
Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ist es jedoch
hinreichend, wenn die Überwachungseinrichtung in einer
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durch die Merkmale der Ansprüche 21 und/oder 22 angegebenen Gestaltung lediglich auf eine Erfassung der
Endstellungen des Stufenkolbens bzw. eine überwachung
der in Vorschub- und Rückzugsrichtung des Hydrozylinders
maximal wirksamen Kräfte ausgelegt ist.
Schließlich sind durch die Merkmale der Ansprüche 23 und 24 für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
besonders vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten angegeben.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung mit einem mittels eines hydraulischen Regelkreises bewegungsgesteuerten
Antriebs-Hydrozylinder mit drei Arbeitsflächen und mit einem hydraulisch vorgesteuerten
Umschaltventil zur Steuerung der EiI- und Last-Betriebszuständen der Antriebs-Hydrozylinders,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit in das
Gehäuse des Antriebs-Hydrozylinders integriertem Umschaltventil und Einzelheiten der zur
Umsteuerung des Umschaltventils vorgesehenen Vorsteuer-Ventilanordnung, in einer dem EiI-Vorschubbetrieb
der Antriebsvorrichtung entsprechenden Funktionsstellung,
Fig. 3 die Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 2 in deren
dem Last-Vorschubbetrieb entsprechenden Funktionsstellung,
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Fig. 4 Einzelheiten eines im Rahmen des Regelkreises zur Steuerung der Bewegungen des Kolbens des
Antriebs-Hydrozylinders vorgesehenen Nachlaufregelventils mit schrittmotorgesteuerter Sollwert-Vorgabe
und mechanischer Istwert-Rückmeldung,
Fig. 5 Einzelheiten eines einfachen, in Verbindung mit dem Nachlauf-Regelventil gemäß Fig. 4 alternativ
zu einem elektrisch ansteuerbaren Schrittmotor benutzbaren Sollwert-Vorgabewerks,
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer zur Steuerung einer mit dem Vorgabewerk gemäß Fig. 5 ausgerüsteten
Antriebsvorrichtung geeigneten Steuerschaltung,
Fig. 7 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Steuerschaltung gemäß Fig. 6 und
Fig. 8 Einzelheiten einer zur Funktionsüberwachung des Hydrozylinders der Antriebsvorrichtung gemäß
den Fig. 1 bis 3 geeigneten hydraulisch-elektrischen überwachungseinrichtung.
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Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße hydraulische
Antriebsvorrichtung 10 sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Antriebskopf für eine
Präge- oder eine Stanzmaschine vorausgesetzt, die auf eine besonders hohe Anzahl in der Zeiteinheit wiederholt
durchführbarer Arbeitszyklen ausgelegt ist. Als Richtwert hierfür sei angenommen, daß die Maschine
bzw. deren Antriebsvorrichtung 10 in der Lage ist, pro Minute 600 gleichartige Arbeitszyklen durchzuführen,
z.B. 600 kreisrunde Löcher aus einem Werkstück 11, das im Takt der Arbeitszyklen auf einem Maschinentisch
12 definiert verschiebbar ist, auszustanzen; dabei umfaßt jeder Arbeitszyklus mindestens eine Eil-Vorschubbewegung,
in der sich das, je nach dem Zweck der Maschine als Stanz-, Präge- oder Pressenstempel ausgebildete
Werkzeug mit hoher Vorschubgeschwindigkeit auf das Werkstück 11 zubewegt und auf dieses auftrifft,
wie eine Arbeitsbewegung in derselben Richtung, in deren Verlauf das Werkzeug 13 in das Werkstück 11
eindringt und dieses gegebenenfalls durchstößt, u:.ä
eine Eil-Rückzugsbewegung, durch die das Werkzeug 13,
nachdem die zweckentsprechende Verformung des Werkstückes 11 erreicht ist, rasch wieder in die für den
nächsten Arbeitszyklus geeignete Ausgangsstellung zurückgelangt.
Um zu gewährleistenr daß das Werkzeug 13 die dem jeweiligen
Einsatzzweck entsprechende Vorformung vermitteln kann, ist vorgesehen, daß im Bedarfsfall die für die
Durchführung der Arbeitsbewegung erforderliche Vorschubkraft - mit einer entsprechenden Verminderung der
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Vorschubgeschwindigkeit einhergehend - lastabhängig bedarfsgerecht erhöht werden kann.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10
ist als Antriebselement ein insgesamt mit 14 bezeichneter Hydrozylinder vorgesehen, der in der Fig. 1 in
derjenigen, seine zentrale Längsachse 16 enthaltenden, ausgezeichneten Schnittebene dargestellt ist, in der
auch die zu seiner Bewegungssteuerung ausgenutzten Anschlußleitungen und -kanäle sichtbar sind.
Das Gehäuse 17 des Hydrozylinders 14, mit dem dieser an einem nicht dargestellten Maschinenkörper montiert
ist, hat im wesentlichen die Form eines in der dargestellten Anordnung nach unten offenen Topfes mit einem
massiven zylindrischen Kern 18, der zusammen mit' der
zylindrischen Außenwand 19 einen langgestreckten Ringraum 21 begrenzt, der nach oben durch die massive
Boden- bzw. Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 abgeschlossen ist und an seiner Unterseite durch einen
von seinem Außenmantel 19 radial nach innen weisenden Flansch 23 im Durchmesser etwas verengt ist, so daß
die lichte Weite W eines zwischen dem Kern 18 des Zylindergehäuses und dessen Flansch 23 verbleibenden
Ringspaltes 24, durch den der seinerseits im wesentlichen topfförmig ausgebildete, insgesamt mit 26 bezeichnete
Kolben des Hydrozylinders nach unten austritt, etwas geringer ist als die zwischen dem Kern 18 und
der Innenwand des Außenmantels 19 des Zylindergehäuses 17 gemessene lichte Weite w des Ringraumes 21 des
Zylindergehäuses 17.
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Der Kolben 26 des Hydrozylinders 17 ist, wie aus der
Fig. 1 im einzelnen ersichtlich,
mit seiner inneren Mantelfläche 27 an dem zylindrischen
Kern 18 des Zylindergehäuses einerseits und mit seiner äußeren Mantelfläche 28 an der zylindrischen Gegenfläche
des Flansches 23 des Zylindergehäuses 17 andererseits druckdicht verschiebbar geführt. Der Boden 31
des Kolbens 26 und die diesem gegenüberliegende Stirnfläche 32 des Zylindergehäusekerns 18 begrenzen in
axialer Richtung einen ersten Druckraum 33, der über einen den Kern 18 in dessen Längsrichtung durchsetzenden
Steuerkanal 34 an den A-Arbeitsanschluß 36 einer zur Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des
Kolbens 26 vorgesehenen Steuerventilanordnung £0 anschließbar
ist. Des weiteren ist der Kolben 26 am oberen Rand seines Mantels 38 mit einem radial nach
außen weisenden Kolbenflansch 39 versehen und mit dessen mit der Längsachse 16 koaxialen zylindrischen
Außenfläche 41 druckdicht-verschiebbar an der inneren Mantelfläche 42 des Zylindergehäuses 17 geführt. Durch
die gemäß Fig. 1 untere, schmale Ringfläche 43 dieses Flansches 39 und die innere, radiale Ringfläche 44
des Gehäuseflansches 23 ist ein von dem Gehäuse 17 und dem Kolben 26 eingeschlossener zweiter Druckraum
46 in axialer Richtung begrenzt, der über einen Steuerkanal 47 an den weiteren B-Arbeitsanschluß 48 der
Steuerventilanordnung 40 anschließbar ist. Zum Anschluß der Steuerkanäle 34 und 47 an die Steuerventilanordnung
40 vorgesehene Steuerdruckleitungen sind mit 49 bzw. 51 bezeichnet. Die in radialer Richtung
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gemessene lichte Weite des zweiten Druckraumes 46 entspricht der Differenz W - w der lichten Weiten
des Ringraumes 29 bzw. des zwischen dem Gehäuseflansch 23 und dessen Kern 18 verbleibenden Ringspaltes 24.
Weiter ist durch die obere Stirnfläche 52 des Kolbens 26 bzw. seines radialen Flansches 39 und die dieser
gegenüberliegende breite Ringfläche 53 der Gehäuse-Deckenplatte 22 in axialer Richtung ein von dem Zylindergehäuse
17 und dem Kolben 26 eingeschlossener, dritter Druckraum 54 begrenzt, dessen in radialer
Richtung gemessene Weite W beträgt. Dieser dritte Druckraum 54 ist über einen Steuerkanal 56 an den
A-Arbeitsanschluß 57 eines druckgesteuerten Umschaltventils 58 angeschlossen, in dessen alternativen Schaltstellungen
dieser Druckraum 53 entweder mit dem Tank oder mit dem A-Anschluß 36 der Steuerventilanordnung
40 verbunden ist. Wenn sich, wie dargestellt, das Umschaltventil 58 in derjenigen Schaltstellung befindet,
in der der dritte Druckraum 54 mit dem Tank verbunden ist und die durch ein 4/3-Wegeventil repräsentierte
Steuerventilanordnung 40 in die mit I bezeichnete erste Durchflußstellung gesteuert ist, in
der der erste Druckraum 33 des Hydrozylinders über den durch den Pfeil 59 repräsentierten Strömungspfad mit
dem Hochdruckausgang 61 der im übrigen nicht dargestellten Druckquelle verbunden ist und gleichzeitig
der zweite Druckraum 46 über den durch den Pfeil 6 2 repräsentierten Strömungspfad des 4/3-Wegeventils
mit dem Tank verbunden ist, führt der Kolben 28 des Hydrozylinders 14 die Eil-Vorschubbewegung aus.
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. 43-
Wird, während sich das 4/3-Wegeventil 37 in seiner
Durchflußstellung I befindet, das Umschaltventil 58 in seine andere Schaltstellung umgesteuert, in der
sein mit dem A-Arbeitsanschluß 36 des 4/3-Wegeventils
37 verbundener Druckversorgungsanschluß (P-Anschluß) über den durch den Pfeil 64 repräsentierten Strömungspfad mit dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders
14 verbunden und dieser Druckraum dadurch mit dem hohen Ausgangsdruck der Druckquelle beaufschlagt ist,
so führt der Kolben 26 mit erhöhter Vorschubkraft seinen Last-Arbeitshub aus.
Ist andererseits das zur Bewegungssteuerung 4/3-Wegeventil 37 in seine mit II bezeichnete Durchflußstellung
und gleichzeitig das Umschaltventil 58 in die dargestellte Schaltstellung gesteuert, so sind der
erste Druckraum 33 und der dritte Druckraun 54 an den Tank und nur der zweite Druckraum 46 an den Hochdruckausgang
61 der Druckquelle angeschlossen, und der Kolben 26 führt seine Eil-Rückzugsbewegung aus.
Der Hydrozylinder 14 ist, wenn es darauf ankommt, eine möglichst rasche Folge der Arbeitszyklen zu erzielen,
zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die im Ξϋ-Vorschubbetrieb wirksame Vorschubkraft F , die
gleich dem Produkt A- . ρ ist, worin A. die Größe
der Stirnfläche 32 des Gehäusekerns 18 bzw. der inneren Bodenfläche 66 des Kolbens 26 und P den Ausgangsdruck
am A-Arbeitsanschluß der Steuerventilanordnung 40 bedeuten, auch für die Arbeitsbewegung
des Kolbens 26 bzw. des Werkzeugs 13 ausreicht. Die
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eine Erhöhung der Vorschubkraft vermittelnde/ durch Umsteuerung des Umschaltventils 58 erzielbare zusätzliche
Druckbeaufschlagung des dritten Druckraumes 54 ist dann nur in Grenzfällen erforderlich oder z.B.
dann, wenn das Werkzeug aufgrund einer Abnutzung zunehmend schwerer in das Werkstück 11 eindringen kann,
in welchem Falle die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb als Anzeige dafür gewertet werden
kann, daß das Werkzeug 13 alsbald ausgewechselt werden muß. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 10,
wenn Werkstücke 11 mit relativ großer Materialdicke zu bearbeiten sind, auch so betrieben werden, daß in
jedem Arbeitszyklus die Umschaltung von Eil- auf Lastbetrieb ausgenutzt wird.
Die jeweils zweckgerechte Ansteuerung des Umschaltventils 58 vermittelt eine insgesamt mit 70 bezeichnete
Vorsteuerventilanordnung, durch deren alternative Hoch- und Niedrig-Pegel-Druck-Ausgangssignale das
Umschaltventil 58 in seine alternativen, dem Eil-Vorschubbetrieb bzw. dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneten
Schaltstellungen steuerbar ist. Mehr im einzelnen erfüllt diese Vorsteuerventilanordnung 70 folgende
Funktion: Solange - im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders 14-der Ausgangsdruck am A-Arbeitsanschluß
der Steuerventilanordnung 37 bzw. im ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 niedriger ist als ein vorgegebener
Schwellenwert ρ - hat der am Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung anstehende Ausgangsdruck derselben,
mit dem der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 beaufschlagt ist, denjenigen - hohen oder
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niedrigen - Pegel, mit dem das Umschaltventil 58 in die mit dem Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders 14
verknüpfte Schaltstellung gesteuert und in dieser gehalten ist. Überschreitet der im ersten Druckraum 33
des Hydrozylinders herrschende Druck den genannten Schwellenwert ρ^,/was der Fall ist, wenn die für den
Eil-Vorschubbetrieb durch alleinige Druckbeaufschlagung
dieses ersten Druckraumes 33 bereitgestellte Vorschubkraft nicht mehr ausreicht, um z.B. das Werkzeug
13 durch das Werkstück 11 zu treiben, so reagiert die
Vorsteuerventilanordnung 70 hierauf mit dem Umschalten eines seinerseits druckgesteuerten Vorsteuerventils
und dadurch mit einem Wechsel des am Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung abgegebenen Steuerdruckes
auf denjenigen - niedrigen bzw. hohen - Pegel, der die Umsteuerung des Umschaltventils 58 in dessen mit dem
Last-Vorschub verknüpfte Schaltstellung vermittelt, in der nunmehr zusätzlich zu dem ersten Druckraum 33
auch der dritte Druckraum 54 mit dem - hohen - Ausgangsdruck der Steuerventilanordnung 37 beaufschlagt
ist. Der Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordung 70
bleibt hiernach auf dem mit der Lastbetriebschaltstellung des Umschaltventils 58 verknüpften Pegel solange
der Druck p, mit dem die beiden Druckräume 33 und 54 beaufschlagt sind, der Beziehung
Ό ^ P Cf A. / (A ~t" A 1 == ώ (~t A / A
genügt, worin A-. die Größe der im Last-Vorschubbetrieb
zusätzlich als Arbeitsfläche druckbeaufschlagten Stirnfläche
52 des Kolbens 26 bzw. A1. - A. + A. oie im Last-
J-I I ώ
Vorschubbetrieb druckbeaufschlagte Gesamtfläche und ρ
einen Faktor bezeichnet,
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der zweckmäßigerweise gemäß der Beziehung
0,8 < q < 0,95
gewählt ist.
gewählt ist.
Sinkt der in den beiden Druckräumen 33 und 54 herrschende Druck ρ unter den Wert ρ - . q . A./(A. + A3),
so reagiert hierauf die Vorsteuerventilanordnung 70 mit einem Zurückschalten des Vorsteuerventils 73, mit
der Folge, daß auch das Umschaltventil 58 wieder in seine mit dem Eil-Vorschubbetrieb verknüpte Schaltstellung
gesteuert wird.
Um diese Funktion der Vorsteuerventilanordnung 70 zu erzielen und ein schnelles Ansprechverhalten derselben
zu gewährleisten, hat diese mehr im einzelnen den aus dem Schaltbild der Fig. 1 und in konstruktiven Einzelheiten
den aus den Fig. 2 und 3, auf die im folgenden ebenfalls Bezug genommen sei, ersichtlichen Aufbau,
wobei in den Fig. 1 und 2 die im Eil-Vorschubbetrieb und in der Fig. 3 die dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneten
Schaltstellungen des Umschaltventils 58 und
der Vorsteuerventilanordnung 70 wiedergegeben sind.
Dabei ist vorausgesetzt, daß das Umschaltventil 58
durch den Hoch-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in die dem Eil-Vorschubbetrieb sowie dem Eil-Rückzugsbetrieb zugeordneten Schaltstellung und durch den Niedrig-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in seine dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Schaltstellung gesteuert ist.
der Vorsteuerventilanordnung 70 wiedergegeben sind.
Dabei ist vorausgesetzt, daß das Umschaltventil 58
durch den Hoch-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in die dem Eil-Vorschubbetrieb sowie dem Eil-Rückzugsbetrieb zugeordneten Schaltstellung und durch den Niedrig-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in seine dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Schaltstellung gesteuert ist.
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7.5.1982
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Das im Rahmen der Vorsteuerventilanordnung 70 als Ausgangsstufe eingesetzte Vorsteuerventil 73 ist als
3/2-Wege-Schieberventil ausgebildet, dessen Kolben 74,
in axialer Richtung gesehen, zwischen zwei Steuerdruckräumen 76 und 77 angeordnet ist, durch deren
Druckbeaufschlagung in entgegengesetzter Richtung wirksame Steuerkräfte auf den Kolben 74 ausübbar sind.
Herrscht in beiden Druckräumen 76 und 77 derselbe Druck, so ist der Kolben 74 durch eine vorgespannte
Rückstellfeder 78 in die in der Fig. 2 dargestellte Grundstellung gedrängt, in der der A-Arbeitsanschluß
79 des Vorsteuerventils 73 mit dem Hochdruckausgang 61 der Druckquelle kommunizierend verbunden ist. Mit diesem
Druck ist dann auch der Steuerdruckraum 7 2 des Umschaltventils 58 beaufschlagt und dieses durch die
Rückstellkraft einer vorgespannten Druckfeder 79 in der dem Eil-Vorschubbetrieb zugeordneten Durchflußstellung
gehalten. Die Grundstellung des Kolbens 74 des Vorsteuerventils 73 ist durch Anlage seines den gemäß
Fig. 2 linken Steuerdruckraum 76 gegen die Ventilbohrung 81 abgrenzenden Kolbenflansches 82 an einem Anschlagfalz 83 der Ventilbohrung 81 markiert. Der
Kolben 74 gelangt in seine zweite, zur Grundstellung alternative, in der Fig. 3 dargestellte Funktionsstellung,
wenn der Druck in dem gemäß den Fig. 2 und 3 linken Steuerdruckraum 76 um so viel größer ist als
in dem gegenüberliegenden, rechten Steuerdruckraum 77, daß der Kolben 74 gegen die Rückstellkraft der
Druckfeder 78 nach rechts verschoben werden kann, wobei diese zweite Funktionsstellung durch Anlage eines
Distanzstiftes 84 an der Endstirnwand 86 des rechten Steuerdruckraumes 77 markiert ist.
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- 3g-
In dieser zweiten Funktionsstellung des Kolbens 74 bzw. des Vorsteuerventils 73 ist dessen A-Arbeitsanschluß
71 über denTank (T)-Anschluß 86 mit dem Tank T der Druckquelle kommunizierend verbunden. Dadurch liegt
auch der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 auf dem niedrigen Tankpegel, so daß es durch die Rückstellkraft
seiner Steuerdruckfeder 73 in seine zweite, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Durchflußstellung
gelangt, in der über den Strömungspfad 64 (Fig. 1) der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 an den
A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 3 7 angeschlossen ist.
Der x-Steueranschluß des gemäß den Fig. 2 und 3 linken
Steuerdruckraums 76 des Vorsteuerventils 73 ist, wie durch die Druckleitung 88'veranschaulicht, direkt
mit dem A-Arbeitsanschluß 35 der Steuerventilanordnung
37 verbunden. Der y-Steueranschluß 89 des gemäß den Fig. 1 bis 3 rechten Steuerdruckraumes 7 7 des Vorsteuerventils
73 ist über einen als Blende oder Drosselglied ausgebildeten Strömungswiderstand 91 mit dem
x-Steueranschluß 87 des Vorsteuerventils 73 bzw. dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 37
verbunden.
Im Rahmen der Vorsteuerventilanordnung 70 ist weiter ein in der Art eines Druckverhältnisventils
ausgebildetes, insgesamt mit 92 bezeichnetes Sprungwerk vorgesehen, das im Eil-Vorschubbetrieb die Umschaltdruckschwelle,
auf die das Vorsteuerventil 73 anspricht, auf dem Wert P51 hält und nach einem Umschalten
des Vorsteuerventils 73 bzw. des Umschaltventils 58 von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb die Druck-
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schwelle, bei deren Unterschreiten das Vorsteuerventil 73 wieder in seine der Eil-Vorschubbewegung zugeordnete
Schaltstellung übergeht, auf den Wert . q . A1Z(A. + A_) absenkt.
Das Sprungwerk 92 umfaßt ein insgesamt mit 93 bezeichnetes
Kugelsitzventil, dessen Ventilkörper 94 mittels einer Druckfeder 96, deren Vorspannung definiert einstellbar
ist, gegen einen konischen Ventilsitz 97 gedrängt wird. In der Grundstellung dieses Kugeisitzventils
93, in der dessen Ventilkugel 94 dichtend an ihrem Sitz 97 anliegt, ist ein unmittelbar an den Tank T der
Druckquelle angeschlossener Ringraum 98 gegen einen insgesamt mit 106 bezeichneten Ausgangsdruckraum abgesperrt,
der mit dem Steueranschluß 89 des zweiten gemäß Fig. 2 rechten Steuerdruckraumes 77 des Vorsteuerventils
73 kommunizierend verbunden ist. Dieser Ausgangsdruckraum ist in axialer Richtung durch einen
Freikolben 107, der in Richtung der Längsachse 102 des Gehäuses 103 des Sprungwerks 92 hin- und herverschiebbar
ist, druckdicht gegen einen Steuerdruckraum 111 abgegrenzt, der über eine Steuerdruckleitung 112
mit dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 verbunden ist. Der Freikolben 107 ist in der erweiterten
Bohrungsstufe 104 einer Stufenbohrung 101, 104 angeordnet, deren engere Bohrungsstufe 101 sich an
den Ventilsitz 97 anschließt. Der Freikolben 107 ist mit einem zur Ventilkugel hin weisenden Distanzstift
113 versehen, der, wie in der Fig. 3 dargestellt, die Ventilkugel 94 in ihrer von dem Ventilsitz 97 abgehobenen
Stellung hält, wenn der Freikolben 107 mit hinreichendem Druck
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von dem Steuerdruckraum 111 her einseitig druckbeaufschlagt
ist und dadurch in seine gemäß Fig. 3 obere
Endstellung gedrängt ist, die durch Anlage des
Freikolbens 1O7 an der die engere Bohrungsstufe 101
gegen die weitere Bohrungsstufe 104 des Sprungwerkgehäuses 103 absetzenden Stufenfläche 114 markiert ist.
Endstellung gedrängt ist, die durch Anlage des
Freikolbens 1O7 an der die engere Bohrungsstufe 101
gegen die weitere Bohrungsstufe 104 des Sprungwerkgehäuses 103 absetzenden Stufenfläche 114 markiert ist.
Die insoweit erläuterte erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
10 arbeitet im Verlauf eines von mehreren,
z.B. mit fester Taktfolge periodisch wiederholten
Arbeitszyklen wie folgt:
z.B. mit fester Taktfolge periodisch wiederholten
Arbeitszyklen wie folgt:
In der einleitenden Eil-Vorschubphase ist die Steuerventilanordnung
40 in ihre Funktionsstellung I gesteuert und dadurch der erste Druckraum 33 des Hydrozylinders
14 mit dem Druckausgang 61 der Druckquelle
und der zweite Druckraum 46 an den Tank derselben angeschlossen.
und der zweite Druckraum 46 an den Tank derselben angeschlossen.
Das Vorsteuerventil 73, dessen einer Druckraum 76 über die Druckleitung 88 direkt und dessen anderer Druckraum
über den Strömungswiderstand 91 an den A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 angeschlossen
sind, ist zunächst durch die Wirkung seiner Rückstellfeder 78 und im stationären Zustand der Eil-Vorschubbewegung
auch durch die gleichmäßige Druckbeaufschlagung der beiden Steuerdruckräume 76 und 77 in seiner
Grundstellung gehalten. Dadurch ist das Umschaltventil 58 wegen der damit verknüpften Hoch-Pegel-Druckbeaufschlagung seines Steuerdruckraumes 72 in diejenige Durchflußstellung gesteuert, in der der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 mit dem Tank kommunizierend verbunden ist. Die in der Eil-Vorschubphase sich
Grundstellung gehalten. Dadurch ist das Umschaltventil 58 wegen der damit verknüpften Hoch-Pegel-Druckbeaufschlagung seines Steuerdruckraumes 72 in diejenige Durchflußstellung gesteuert, in der der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 mit dem Tank kommunizierend verbunden ist. Die in der Eil-Vorschubphase sich
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einstellende Vorschubgeschwindigkeit ν des Kolbens des Hydrozylinders 14 ist dann durch die Beziehung
ν =
gegeben, wobei Q das auf die Zeiteinheit bezogene Fördervolumen der Druckpumpe bedeutet. Der Druck P
im ersten Arbeitsdruckraum 33 des Hydrozylinders ist in dieser Bewegungsphase relativ niedrig, da die
Druckpumpe nur gegen den Strömungswiderstand der Ventilkanäle und der Druckleitungen arbeiten muß, über die
das Druckmedium in den Druckraum 33 eingeleitet wird
bzw. aus dem zweiten und dem dritten Druckraum 4 6 und
54 abströmt.
In dieser Eil-Vorschubbewegungsphase sind die beiden
Flächen 108 und 109 des Freikolbens 107, die die Größe a- haben, in entgegengesetzter Richtung mit dem Ausgangsdruck
der Steuerventilanordnung 40 beaufschlagt. Der Kolben 107 befindet sich im Kräftegleichgewicht.
Durch den in dem - abgesperrten - Ausgangsdruckraum herrschenden Druck ρ wirkt auf die Kugel 94 in Richtung
des Pfeils 116 die Kraft Fk = ρ . a1, wobei a1
die Größe der von dem Ventilsitz 97 umschlossenen Kreisfläche bezeichnet. Andererseits ist die Ventilkugel
94 durch die in der Gegenrichtung wirkende, durch den Pfeil 119 veranschaulichte Rückstellkraft F„
der mittels einer Stellschraube 212 definiert vorspannbaren Druckfeder 96 in dichtender Anlage mit ihrem Ventilsitz
97 gehalten, solange diese Rückstellkraft Fg
größer als die aus der Druckbeaufschlagung der Ventilkugel
94 resultierende Gegenkraft F^ ist. Durch die
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einstellbare Vorspannung der Druckfeder 96 ist somit der Druckschwellenwert P1 einstellbar, bei dem die
Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb des Hydro zylinders 14 erfolgen soll.
Trifft nun das Werkzeug 13 im Verlauf der Eil-Vorschubphase
auf das Werkstück 11 auf, so erhöht sich der Widerstand, gegen den die Druckpumpe Druckmedium in
den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 fördert,
und es tritt eine entsprechende Erhöhung des Druckes P in diesem Druckraum 33 bzw. am Ausgang 36 der
Steuerventilanordnung 37 ein. Wird dabei der Druckschwellenw.ert P1 - ein typischer Wert desselben ist
ca. 70 bis 80 % des maximalen Förderdruckes der Druckpumpe von ca. 200 bar - überschritten und dadurch die
auf die Ventilkugel 94 wirkende Kraft Fk größer als
die Rückstellkraft Fc der Druckfeder 96 des Sprungwerks
92, so wird die Ventilkugel 94 von ihrem Sitz abgehoben und der an diesen sich anschließende Ausgangsdruckraum
106 mit dem Tank T verbunden. Die hieraus resultierende drastische Druckabsenkung in dem
Ausgangsdruckraum 106 teilt sich wegen der Drosselwirkung des Strömungswiderstandes 91 nur dem gemäß
Fig. 1 bis 3 rechten, zweiten Druckraums 77 des Vorsteuerventils 73 mit, das hierauf in seine zweite, dem
Last-Vorschubbetrieb zugeordnete, in der Fig. 3 dargestellte Durchflußstellung umschaltet, in der nunmehr
der A-Ausgang 71 des Vorsteuerventils 79 und damit der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 mit
dem Tank T verbunden sind, worauf dieses durch die Wirkung seiner Druckfeder 79 in seine zweite Durchflußstellung
gelangt, in der nunmehr auch der dritte Druckraum 54 mit dem hohen Ausgangsdruck der Steuer-
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ventilanordnung 40 beaufschlagt und damit der Last-Vorschubbetriebs
zustand des Hydrozylinders 14 eingeleitet ist.
Solange der Ausgangsdruckraum 106 des Sprungwerks 92
mit dem Tank T verbunden und der Freikolben 107 nur noch einseitig über den Steuerdruckraum T11 mit dem
hohen Ausgangsdruck P der Steuerventilanordnung 40 beaufschlagt ist, ist der Freikolben 107 in Anlage
mit der Stufenfläche 114 gehalten und die Ventilkugel 94 durch den Distanzstift 113 des Freikolbens in ihrer
vom Ventilsitz 97 abgehobenen Stellung gehalten, jedenfalls so lange, wie die durch die Beziehung
Fx., = P . ao gegebene, in Richtung des Pfeils 116 nunmehr
auf die Ventilkugel 94 ausgeübte Kraft größer ist als die Rückstellkraft F der Druckfeder 96.
Das Verhältnis der von dem Ventilsitz 97 umschlossenen Fläche a1 zu der Größe a~ der Flächen 108 und 109 des
Freikolbens 107 ist ungefähr gleich dem Flächenverhältnis A1Z(A1 + A-,-) der Hydrozylinder-Kolbenflache gewählt,
gemäß der Beziehung
Sinkt nun nachfolgend der Druck ρ in den beiden Druckräumen 33 und 54 des Hydrozylinders 14 wieder ab, z.B.
im Falle eines Stanzvorganges, wenn das Werkzeug 13 das Werkstück 11 durchstoßen hat, so geht das Kugelsitzventil
93 des Sprungwerkes 92 wieder in seine in der Fig. 2 dargestellte Sperrstellung über, sobald der
Druckschwellenwert P^1 = Fc/a~ unterschritten wird,
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d.h. bei einem Druck, der um etwa das genannte Flächenverhältnis niedriger ist als der Druckschwellenwert ρ 1,
bei dem die Umsteuerung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb erfolgt. Eine restliche Vorschubbewegung erfolgt
dann wieder im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders
Das für die erläuterten Umschaltvorgänge maßgebliche Flächenverhältnis a../a2, das durch geeignete Dimensionierung
des Sprungwerks konstruktiv vorgebbar ist, wird 1W zweckmäßigerweise so gewählt, daß ein unmittelbar mit
dem Umschalten von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb verknüpfter Druckabfall am Ausgang der Steuerventilanord^
nung 40 nicht sofort wieder zu einem Zurückschalten in den Eil-Vorschubbetrieb führen kann.
In dem sich an den Vorschubbetrieb anschließenden, durch Umsteuerung der Steuerventilanordnung 37 in deren
Funktionsstellung II eingeleiteten Rückzugsbetrieb des Hydrozylinders 14 ist dessen zweiter Druckraum 46
mit dem hohen Ausgangsdruck P der Druckquelle beaufschlagt, während der erste Druckraura 33 über den Arbeitsanschluß
36 der Steuerventilanordnung 40 mit dem
Tank verbunden ist. Demgemäß sind auch die Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 mit diesem hohen Ausgangsdruck
beaufschlagt und damit das Umschaltventil 58 in seine erste Durchflußstellung gesteuert, in
der der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 ebenfalls mit dem Tank verbunden ist, so daß die Rückzugsbewegung
des Kolbens 26 des Hydrozylinders als Eilbewegung erfolgt.
Für das folgende sei zum Zweck der Erläuterung eine Auslegung der Vorrichtung 10 angenommen, bei der aas
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Flächenverhältnis Α.,/A2 der wirksamen Arbeitsfläche
32 (bzw. A1) des ersten Druckraumes 33 zur wirksamen
Arbeitsfläche 43 (bzw. A2) des zweiten Druckraumes 46
des Hydrozylinders 14 den Wert 4/1 habe und das Flächenverhältnis A-VA1 der wirksamen Arbeitsfläche
52 (bzw. A-.) des dritten Druckraumes 54 des Hydrozylinders
14 zu derjenigen seines ersten Druckraumes ebenfalls 4/1 betrage. Dies bedeutet, daß im Falle
des Eil-VorSchubbetriebes der Vorrichtung 10 die Menge
des aus dem Tank T in den dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 nachströmenden Arbeitsmediums
- Drucköl - vier mal größer ist als die über die Steuerventilanordnung 37, unter dem Arbeitsdruck P
stehende, in den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 eingeleitete Druckölmenge und sechzehn mal
größer als die über die Steuerventilanordnung 40 in den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 aus dem
Tank nachströmende Druckölmenge, und daß im Falle des Eil-Rückzugsbetriebes der Vorrichtung 10 die über das
Umschaltventil 58 aus dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 zum Tank T zurückströmende Druckölmenge
ebenfalls vier mal größer ist als die aus dem ersten Arbeitsdruckraum 33 des Hydrozylinders 14 über
die Steuerventilanordnung 37 ebenfalls zum Tank zurückströmende Druckölmenge.
Um die für die größeren, über das Umschaltventil 58 geleiteten Druckölmengen maßgeblichen Strömungswiderstände
möglichst niedrig zu halten und die nach den Arbeitsflächenverhältnissen des Hydrozylinders 14
möglichen Kolbengeschwindigkeiten möglichst weitgehend ausnutzen zu können, hat das Umschaltventil 58 den in
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Einzelheiten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Aufbau mit in den Hydrozylinder 14 integrierter Anordnung
Das Umschaltventil 58 ist seiner Bauart nach ein Sitzventil mit einem konischen Ventilsitz 122 und
einem Ventilkörper 123 mit kreisringförmiger Dichtkante
124.
Eine stehende Anordnung des Hydrozylinders 14 vorausgesetzt, ist das Ventilgehäuse 126 unmittelbar oberhalb
der Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 angeordnet und gleichsam als axiale Verlängerung desselben
ausgeführt.
Abgesehen von der Anordnung eines den P-Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 bildenden.Kanals,
der mit dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 37 verbunden ist, der Anordnung eines in den
Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils mündenden Steuerkanals 127, der mit dem Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung
70 verbunden ist, sowie weiterer Anschlußkanäle 128, 129 und 131, über die ein, von der
zentralen Längsachse 16 aus gesehen äußerer, großvolumiger
Ringraum 132 mit dem Ringraum 98 des Sprungwerks 92, dem Tank (T)-Versorgungsanschluß 133 der
Steuerventilanordnung 40 und dem Tank T selbst verbunden ist, ist das Ventilgehäuse 126 symmetrisch bezüglich
der Längsachse 16 ausgebildet. Ein nach oben durch eine Deckenplatte 134 des Umschaltventilgehäuses
126 und nach unten gleichsam durch die Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 abgeschlossener zentraler
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Gehäuseraum 136, in dem der Ventilkörper 123 in axialer
Richtung auf- und abverschiebbar geführt ist, ist in der Art einer Stufenbohrung mit oben angeordneter
weiterer Bohrungsstufe 137 und gegenüber dieser durch eine schmale radiale Ringfläche 138 abgesetzter, nach
unten anschließender engerer Bohrungsstufe 139 ausgebildet, an welche die sich nach unten verjüngende
konische Ventilsitzfläche anschließt.
Der Ventilkörper 123 ist mit der aus den Fig. 2 und 3
ersichtlichen Gestaltung als nach oben und unten offenes zylindrisches Rohrstück ausgebildet, das mit seiner
äußeren Mantelfläche in der engeren Bohrungsstufe 139 und mit der zylindrischen Mantelfläche eines an
seinem oberen Endabschnitt angeordneten, radial nach außen weisenden Flansches 141 in der weiteren Bohrungsstufe 137 druckdicht verschiebbar geführt ist. Durch
diesen radialen Flansch 141 und die radiale Ringfläche
138 der Stufenbohrung 137, 139 ist in axialer Richtung der von dem Ventilgehäuse 136 und dem Ventilkörper
angeschlossene Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 begrenzt.
Zwischen einem vom unteren Rand des Ventilkörpers 123
ausgehenden, radial nach innen weisenden, schmalen Ringflansch 142 und der Deckenplatte 134 des Ventilgehäuses
126 ist die vorgespannte Druckfeder 79 angeordnet, die den Ventilkörper 123 gegen seinen Ventilsitz
122 drängt, bzw. gegen deren Rückstellkraft der Ventilkörper 123 von diesem Ventilsitz 122 abhebt,
wenn der Steuerdruckraum 7 2 mit hinreichend hohem Druck beaufschlagt ist. Mehrere, axial-symmetrisch
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gruppierte, kurze Überströmkanäle, die insgesamt die Funktion des Steuerkanals 56 des Umschaltventils 58
erfüllen, ist der zentrale Gehäuseraum 156 des Umschaltventils 58 in jeder Stellung seines Ventilkörpers
123 kommunizierend mit dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 verbunden. Von dem äußeren Ringraum
132 zu dem zentralen Gehäuseraum 136 führende, unmittelbar oberhalb des Ventilsitzes 122 in den
zentralen Gehäuseraum 136 mündende Überströmkanäle 143 sind in der in der Fig. 2 dargestellten, den EiI-Betriebszuständen
der Vorrichtung 10 zugeordneten ersten Durchflußstellung des Umschaltventils 58 offen,sodaß
Drucköl auf kürzestem Wege und mit günstig geringem Strömungswiderstand aus dem dritten Druckraum 3 3 des
Hydrozylinders 14 direkt in den Tank-Ringraum 132 überströmen kann. In der in der Fig. 3 dargestellten,
zweiten Durchflußstellung des Umschaltventils 58 sind diese Überströmkanäle 143 abgesperrt und dafür der
zentrale Gehäuseraum 136 und der mit diesem kommunizierende dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 mit
dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 verbunden. Durch diese Anordnung und Ausbildung des
Umschaltventils 58 sind trotz geringer baulicher Abmessungen desselben für beide Durchflußstellungen
günstig kurze Überströmwege mit großen Strömungsquerschnitten und damit vorteilhaft geringe Strömungswiderstände der durch das Umschaltventil 58 schaltbaren Strömungspfade gewährleistet, so daß praktisch
den theoretischen Werten entsprechende Kolbengeschwindigkeiten erzielbar und sehr hohe Arbeitszyklus-Folgefrequenzen
erreichbar sind.
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Die zur zweckentsprechenden Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders
14 vorgesehene Steuerventilanordnung 40, die die
Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 nach Richtung und Betrag steuert
und ihrerseits auf hohe Arbeitszyklus-Folgefrequenzen ausgelegt sein muß, hat in bevorzugter Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 den im
einzelnen aus der Fig. 4 ersichtlichen Aufbau:
Hiernach umfaßt die Steuerventilanordnung. 40 ein 4/3-Wege-Nachlaufregelventil
37, bei dem Richtung und Sollwert der Vorschub- und der Rückzugsstrecken im speziellen
Fall mittels eines mit einem 5 KHz-Rechtecksignal im Start-Stop-Betrieb
ansteuerbaren Schrittmotors 144 vorgebbar sind und zu der die Momentanstellung des Kolbens 26 betreffenden
Istwert-Rückmeldung ein insgesamt mit 146 bezeichnetes
itechanisches Rückmeldewerk vorgesehen ist. Das 4/3-Nachlaufregelventil
37, das in seiner Funktionsstellung I den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 und den Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 mit dem Hochdruckausgang
61 der Druckquelle und den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 mit dem Tank und in seiner
dem Rückzugsbetrieb zugeordneten Funktionsstellung II den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 sowie
den Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 mit dem Tank und den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders
14 mit dem Druckausgang 61 der Druckquelle verbindet und in seiner Sperrstellung 0 diese Druckräume 63
sowie den genannten Versorgungsanschluß 63 gegen den Druckausgang 61 der Druckquelle und den Tank derselben
absperrt, umfaßt in spezieller Gestaltung insge-
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-SO "
samt vier Sitzventile 147 und 148 bzw. 149 und 151, die in der aus der Fig. 4 ersichtlichen Anordnung in
einem gemeinsamen Gehäuse 152 untergebracht sind.
Diese Sitzventile haben je einen kegelstumpfförmigen
Ventilkörper 153 und einen kreisringförmigen, gehäusefesten Ventilsitz 154. Diese Sitzventile sind paarweise
symmetrisch bezüglich der rechtwinklig zur zentralen Längsachse 156 verlaufenden Quermittelebene 157 des
Gehäuses 152 des Nachlaufregelventils 37 angeordnet, wobei die Ventilkörper 153 der bezüglich dieser Quermittelebene 157 einander gegenüberliegend angeordneten
Ventile 14-7 und 151 bzw. 148 und 149 jeweils entlang
einer parallel zur Längsachse 156 des Ventilgehäuses 157 parallel verlaufenden Achse 158 bzw. 159 geführt
verschiebbar sind.
In der dargestellten Sperr(Null)-Stellung des Nachlaufregelventils 37 sind sämtliche Sitzventile 147,
148, 149 und 151 geschlossen und ihre Ventilkörper sind über je einen Stift 61 an einem radial-flanschförmigen
Betätigungsglied 162 abgestützt, das in dem Gehäuse 152 in Richtung dessen Längsachse 156 geführt
hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Das Betätigungsglied 162 sitzt fest auf einer rohrförmigen Hülse
163, die in einer zentralen Bohrung 164 des Gehäuseblocks 152 des Nachlaufregelventils 37 in Richtung
seiner zentralen Achse 156 hin- und herverschiebbar geführt ist. In dieser Hülse 163 ist eine langgestrecktrohrförmige
Spindelmutter 166 drehbar gelagert, deren Gewinderillen 167 über Kugeln 168 mit dem Gewinde
169 einer Spindel 171 in Eingriff stehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel drehfest mit
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der am Gehäuse 52 gelagerten Welle eines im Rahmen des Rückmeldewerks 146 vorgesehenen, mit einer Zahnstange
172 kämmenden Zahnrades 173 verbunden ist. Die das Betätigungsglied 162 tragende Hülse 163 erstreckt
sich zwischen den inneren Lagerringen 174 und 176 von Axialkugellagern 177 und 178, deren äußere Lagerringe
179 und 181 in der aus der Fig. 4 ersichtlichen Anordnung verschiebe- und drehfest auf der Spindelmutter
166 sitzen. Dadurch kann die Hülse 163 und damit das Betätigungsglied 162 axialen Verschiebebewegungen der
Spindelmutter 166, die aus einem Verdrehen derselben oder der Spindel 171 resultieren, folgen, ohne selbst
Drehungen der Spindelmutter 166 mit auszuführen. Die Spindelmutter 166 ist entweder direkt, oder wie in den
Fig. 2 bis 4 dargestellt, über einen Zahnriehmen oder ein Stirnradgetriebe formschlüssig mit der Abtriebswelle 182 des Schrittmotors 144 gekoppelt, durch dessen
zweckgerechte elektrische Ansteuerung die Spindelmutter 166 um definierte, vorgebbare Winkelbeträge
drehbar ist.
Wird, ausgehend von der dargestellten Null-Sperrstellung des 4/3-Nachlaufregelventils 37 durch elektrische Ansteuerung
des Schrittmotors 144 die Spindelmutter 166 in Richtung des Pfeils 183 um einen definierten Winkel
ψ „ - im Gegenuhrzeigersinn - gedreht, so hat dies zu
nächst zur Folge, daß das Betätigungsglied 162 in Richtung des Pfeils 184 in axialer Richtung verschoben
wird, wodurch die beiden, gemäß Fig. 4 im rechten Teil des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile 147
und 148 öffnen, während die im linken Teil des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile 149 und 151 ge-
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schlossen bleiben. Das Nachlaufregelventil 37 gelangt
dadurch in seine dem Eil- wie auch dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Funktionsstellung I.
Wird andererseits die Spindelmutter 166 durch drehsinngerechte Beaufschlagung des Schrittmotors 144 in
einer vorgegebenen Anzahl von Schrittimpulsen in Richtung des Pfeils 186 um einen definierten, durch die
vorgegebene Anzahl der Schrittimpulse bestimmten Winkel ψ^ gedreht, wobei das Betätigungsglied 162, ausgehend
von der dargestellten Sperrstellung Null in Richtung des Pfeils 187 gemäß Fig. 4 nach links verschoben
wird, so gelangt das Nachlaufregelventil 37 in seine Funktionsstellung II; in dieser sind die Ventilkörper
153 der gemäß Fig. 4 links von der Quermittelebene 157 des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile
149 und 151 von ihren Sitzen 154 abgehoben, wodurch der A-Arbeitsanschluß 36 des Nachlaufregelventils
37 mit dem Tank verbunden ist und am B-Arbeitsanschluß 48 des Nachlaufregelventils 37 der hohe Ausgangsdruck
der Druckquelle ansteht; mit dieser Funktionsstellung II ist der Rückzugsbetrieb des Hydrozylinders
14 verknüpft.
Das Rückmeldewerk 146, dessen Zahnstange 172, wie am
besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, über eine die Gehäuse 126 und 17 des Umschaltventils 58 und des
Hydrozylinders 14 in axialer Richtung zentral durchsetzende und in diesen Gehäusen druckdicht verschiebbar
geführte Kolbenstange mit dem Kolben 26 bewegungsgekoppelt ist, bewirkt eine Drehung der Spindel 171,
deren Winkelbetrag ein sehr genaues Maß für den vom
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Kolben 26 in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung zurückgelegten Weg ist. Aus dieser durch das Rückmeldewerk
146 vermittelten Drehung der Spindel 171 resultiert eine Verschiebebewegung des Betätigungsgliedes 162,
die derjenigen entgegengerichtet ist, die das Betätigungsglied 162 als Folge der jeweiligen Sollwertvorgabe
ausführt, wodurch das Betätigungsglied 162 jeweils genau dann in seine mit der Sperrstellung des Steuerventils
37 verknüpfte Neutralstellung einläuft, wenn der Kolben 26 die jeweils dem vorgegebenen Sollwert
entsprechende Endstellung seiner Vorschub- bzw. Rückzugsbewegung erreicht.
Bei der vorstehend erläuterten Art der Betriebssteuerung des Hydrozylinders 14 läuft dessen Kolben in den jeweils
letzten Phasen seiner Vorschub-.und Rückzugsbewegungen
mit rasch abnehmender Geschwindigkeit in seine jeweiligen Endstellungen ein, in denen die in entgegengesetzter
Richtung an ihn angreifenden Kräfte gerade ausgeglichen sind. Dadurch wird ein ruhiger und im
Ergebnis verschleißmindernder Lauf einer mit der erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung 10 ausgerüsteten Maschine erzielt, was insbesondere im Hinblick auf hohe
Arbeitszyklusfrequenzen von besonderem Vorteil ist.
Wenn, wie anhand der Fig. 4 erläutert, die Sollwertvorgabe
der Vorschub- und Rückzugshübe des Kolbens mittels eines impulsgesteuerten elektrischen Schrittmotors
erfolgt, so ist mit gängigen Mitteln der numerischen Steuerungstechnik eine variable Programmierung
verschiedener im Zuge der Bearbeitung eines Werkstückes
erforderlicher Vorschub- und Rückzugsstrecken auf ein-
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-5Jf-
fache Weise realisierbar und insoweit eine Anpassung der Antriebsvorrichtung 10 bzw. einer mit dieser ausgerüsteten
Maschine an vielfältige Einsatzbedingungen rasch möglich.
In Fällen, in denen im Zuge der Bearbeitung eines Werkstückes jeweils derselbe Arbeitszyklus mehrfach
wiederholt, d.h. das Werkzeug 13 stets zwischen denselben oberen und unteren Endstellungen hin- und herbewegt
wird, z.B. bei sogenannten Nippelmaschinen, mit denen durch Ausstanzen sich überlappender Löcher
ein Werkstück vorgegebener Kontur aus einem Stahlblech ausschneidbar ist, kann zur Bewegungssteuerung des
Hydrozylinders 14 auch die in der Fig. 5 in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellte Steuerventilanordnung
40 eingesetzt werden, die sich von derjenigen gemäß Fig. 4 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet,
daß zur Sollwertvorgabe der Bewegungshübe des Hydrozylinders 14 ein insgesamt mit 190 bezeichnetes, einfaches,
elektrohydraulisches Vorgabewerk vorgesehen ist, wobei das als Ausgangsstufe eingesetzte Nachlaufregelventil
nach Aufbau und Funktion demjenigen -gemäß Fig. 4 entspricht. Zur sollwertgerechten Vorgabe des
Drehwinkels der Spindelmutter 166 ist ihr ein seinem Aufbau nach dem Rückmeldewerk 146 analoger, insgesamt
mit 191 bezeichneter Zahnstangentrieb vorgesehen, dessen Zahnstange 192 mit dem Kolben 193 eines doppeltwirkenden
Steuerzylinders 194 verbunden ist und durch diesen im Sinne der alternativen Vorgabedrehbewegungen
der Spindelmutter 166 in den durch den Doppelpfeil 196 repräsentierten Bewegungsrichtungen alternativ antreibbar
ist.
Die zweckgerechte - alternative - Druckbeaufschlagung
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- se-
der beiden Arbeitsräume 197 und 198 des Steuerzylinders 194 erfolgt über ein als 4/3-Magnet-Schieberventil ausgebildetes
Umschaltventil 199, das bei gleichzeitigem Anstehen eines elektrischen Hoch-Pegel-Steuersignals
an seinem einen Steuereingang 201 und eines elektrischen wiedrig-Pegel-Steuersignals an seinem
zweiten Steuereingang 202 in seine Funktionsstellung I und durch ein Niedrig-Pegel-Steuersignal an
seinem Eingang 201 und ein Hoch-Pegel-Steuersignal an seinem Steuereingang 202 in seine Funktionsstellung II
gesteuert und ansonsten durch vorgespannte Druckfedern 203 und 204 in seiner neutralen Sperrstellung 0 gehalten
ist. In der Funktionsstellung I dieses 4/3-Schieberventils 199 ist der eine Druckraum 197 des
Steuerzylinders 194 mit dem hohen Ausgangsdruck der Druckquelle beaufschlagt und der andere Druckraum 198
mit dem Tank verbunden, während in der Funktionsstellung II dieses 4/3-Magnet-Schieberventils 199 der
Druckraum 197 mit dem Tank und der Druckraum 198 des Steuerzylinders 194 mit der Hochdruckseite der Druckquelle
verbunden sind.
Die zur zweckentsprechenden Ansteuerung des 4/3-Magnet-Schieberventils
199 erforderlichen Steuersignalkombinationen werden von einer als Logikschaltung ausgebildeten
elektronischen Steuerstufe erzeugt, die an einem ersten und einem zweiten Eingang 207 und 208 die Ausgangssignale
eines ersten und eines zweiten, z.B. als Näherungsschalter ausgebildeten Stellungsgebers 209
und 211 empfängt, die für die Endstellung der Vorschubbewegung
und die Endstellung der Rückzugsbewegung chrakteristische Ausgangssignalkombinationen erzeugen,
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-56 ~
und der an einem dritten Eingang 212 das Ausgangssignal eines Taktgebers 213 zugeleitet ist, das eine der
zeitlichen Folge der zu wiederholenden Arbeitszyklen entsprechende Periodizität aufweist und z.3. für die
Dauer der Vorschub-Betriebsphase ein Hoch-Pegel-Spannungssignal und sonst ein Niedrig-Pegel-Spannungssignal
ist. Die Entstellungsgeber 209 und 211 sind an einem parallel zur Längsachse 214 des Steuerzylinders
194 verlaufenden Führungsteil 216 verschiebbar und feststellbar angeordnet. An einem parallel zu diesem
Führungsteil 216 verlaufenden Abschnitt einer aus dem Gehäuse des Steuerzylinders 194 austretenden Kolbenstange
127 ist ein Schaltfinger 218 vorgesehen, der in Gegenüberstellung mit dem einen oder dem anderen Endstellungsgeber
209 oder 211 jeweils ein dafür charakteristisches elektrisches Ausgangssignal, z.B. ein
Hoch-Pegel-Spannungssignal auslöst.
Zum Zweck der Erläuterung sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, daß mit der Ausgangsstellung
des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 diejenige Stellung des Kolbens 193 des Steuerzylinders 194 verknüpft
sei, in der der erste Stellungsgeber 209 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal abgibt, und daß entsprechend
mit dem Endpunkt der Vorschubbewegung des Kolbens 26 diejenige Stellung des Steuerkolbens 193 verknüpft
sei, bei der der zweite Endstellungsgeber 211 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal abgibt. Die Sollwerte der
Endstellungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 sind durch die Anordnung und den Abstand der beiden
Endstellungsgeber 209 und 211 einstellbar.
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Eine im Rahmen des Sollwert-Vorgabewerks 190 geeignete
Steuerstufe 206, die aus einer logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Endstellungsgeber
209 und 211 sowie des Taktgebers 213 die zur Ansteuerung
des 4/3-Magnet-Schieberventils 199 geeigneten Ausgangssignale erzeugt, ist in der Fig. 6, auf deren
Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellt
und wird im folgenden in Verbindung mit dem in der Fig. 7 wiedergegebenen Impulsplan näher erläutert:
Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Endstellungsgebers
209 bzw. 211 sind einem ersten bzw. einem zweiten Differenzierglied 221 bzw. 222 zugeleitet,
die jeweils mit den Anstiegsflanken 223 und der Geber-Ausgangssignale 226 und 227 verknüpfte positive
Nadelimpulse 228 bzw, 229 abgeben (Fig. 7). Die Ausgangsimpulse 231 des Taktgebers 213, deren Hoch-Pegel-Impulsdauer
die Zeitdauer der Vorschubphase des Hydrozylinders 14 bestimmt, sind einem dritten Differenzierglied
232 zugeleitet, das mit den abfallenden Flanken 233 der Taktgeber-Ausgangsimpulse 231 verknüpfte
negative Nadelimpulse 234 abgibt (Fig. 7). Mit den positiven Nadelimpulsen 228 des ersten Differenziergliedes
221 ist ein erstes Flipflöp 236 auf hohen Ausgangssignalpegel setzbar, das durch die Nadelimpuls-Ausgangssignale
229 des zweiten Differenziergliedes 222 zurücksetzbar ist. Mit diesen Nadelimpulsen
229 des zweiten Differenziergliedes 222 ist weiter ein zweites Flipflop 237 auf hohen Ausgangssignalpegel
setzbar, das durch die positiven Ausgangs-Nadelimpulse 228 des ersten Differenziergliedes 221 zurücksetzbar
ist. Ein drittes Flipflop 238 ist durch die negativen
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Nadel-Ausgangsimpulse 234 des dritten Differenziergliedes
232 auf hohen Ausgangssignalpegel· setzbar und ebenfalls durch die Ausgangs-Nadelimpulse 228 des
ersten Differenziergliedes 221 zurücksetzbar. Die Ausgangsimpulse 239 (Fig. 7) des ersten Flipflops und
die Ausgangssignale 231 des Taktgebers 213 sind einem ersten Zwei-Eingangs-UND-Glied 241 zugeleitet, dessen
Ausgangssignale 24 2 (Fig. 7) dem ersten Steuereingang 201 des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils 199 zugel·eitet
sind. Die Ausgangsimpuise 243 des zweiten Flipflops
und die Ausgangsimpulse 244 des dritten Flipflops 238 sind einem zweiten Zwei-Eingangs-UND-Glied als Eingangssignale
zugeführt, dessen Ausgangssignale 247 dem zweiten Steuereingang 204 des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils
199 zugeleitet sind.
Die insoweit erläuterte logische Steuerstufe 206 arbeitet im Rahmen des Sollwert-Vorgabewerks 190 wie
folgt:
Mit dem Einsetzen eines z.B. mittels eines Handtasters 248 ausgelösten Einschaltimpulses 249 erzeugt das
zweite Differenzierglied 222 im Zeitpunkt tQ einen
ersten Nadelimpuis 229, mit dem das zweite Flipflop
237 gesetzt wird. Die Ausgänge der beiden UND-Glieder 241 und 246 liegen auf niedrigem Signalpegel. Sobald
im Zeitpunkt t1 das Ausgangssignal des mit dem Einschalten
ebenfalls aktivierten Taktgebers 213 abfällt, wird das dritte Flipflop 238 gesetzt und am Ausgang des zweiten
UND-Gliedes 246 wird ein erstes Steuersignal 247 abgegeben, durch das das 4/3-Magnet-Schieberventil 199
in seine Funktionsstellung I gesteuert wird. Der KoI-
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ben 193 des Steuerzylinders 194 setzt sich in Richtung
auf seine gemäß Fig. 5 obere Endstellung in Bewegung, mit der auch die Ausgangsstellung des Hydrozylinders
für einen Arbeitszyklus verknüpft ist. Mit dem Erreichen dieser Endstellung setzt im Zeitpunkt t£ auch
das Hoch-Pegel-Ausgangssignal 226 des ersten Endstellungsgebers 209 und es wird das erste Flipflop 236
gesetzt und das zweite Flipflop 237 zurückgesetzt, worauf das Steuer-Ausgangssignal des zweiten UND-Gliedes
abfällt und das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 wieder in seine Sperrstellung übergeht. Der Kolben
193 bleibt in seiner oberen Endstellung stehen, bis mit dem nächsten Takt-Ausgangsimpuls 231 im Zeitpunkt
tn das erste UND-Glied 241 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal
abgibt und das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 in seine Funktionsstellung I steuert. Dadurch setzt
nunmehr die Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 193 ein, durch die die Sollwertvorgabe für den Vorschub des
Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 erfolgt, wobei unmittelbar nach dem Einsetzen dieser Abwärtsbewegung
im Zeitpunkt t. das Ausgangssignal 226 des ersten Endstellungsgebers
209 abfällt. Sobald im Zeitpunkt t,-der Schaltfinger 218 dem zweiten Endstellungsgeber
211 gegenübersteht, wird dessen Endstellungssignal ausgelöst, wobei gleichzeitig das erste Flipflop
zurückgesetzt und das zweite Flipflop 237 gesetzt werden. Das Ausgangssignal des ersten UND-Gliedes
241 fällt ab, wodurch das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 wieder in seine Sperrstellung 0 gelangt und der
Kolben 193 des Steuerzylinders 194 in seiner unteren Endstellung stehenbleibt. Im Zeitpunkt tg wird mit dem
Abfall des Taktgeber-Ausgangssignals das dritte
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Flipflop 238 wieder gesetzt und das zweite UND-Glied 246 gibt wieder ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal 247 ab,
mit dem eine erneute Aufwärtsbewegung des Kolbens 193 des Steuerzylinders 194 verknüpft ist. Unmittelbar
hiernach fällt im Zeitpunkt t7 das Ausgangssignal 227 des zweiten Endstellungsgebers 211 ab. Die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 193 dauert an, bis dieser im Zeitpunkt t2, der erste Endstellungssignalgeber
anspricht und sich im folgenden die geschilderten Arbeitszyklen mit der Periode des Taktgebersignals
wiederholen.
Abschließend sei nunmehr anhand der Fig. 8 eine im Rahmen der Antriebsvorrichtung 10 zur Funktionsüberwachung
des Hydrozylinders 14 geeignete Einrichtung 250 erläutert, die beim dargestellten, speziellen
Ausführungsbeispiel auf die im ersten Druckraum 33 und im zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14
herrschenden Drücke bzw. die auf den Kolben 26 des Hydrozylinders 14 im Verlauf der Vorschub- und der
Rückzugsphasen über die erste Arbeitsfläche 55 .und die zweite
Arbeitsfläche 46 ausgeübten Kräfte anspricht. Die Einrichtung 250 umfaßt einen in einem Zylindergehäuse
251 in axialer Richtung verschiebbaren, insgesamt mit 252 bezeichneten Stufenkolben, dessen
größere Kolbenstufe 253 einen mit dem ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 kommunizierenden ersten
Nebendruckraum und dessen kleinere Kolbenstufe 256 einen mit dem zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders
14 kommunizierenden zweiten Nebendruckraum 256 begrenzen.
Wenn in den beiden Druckräumen 33 und 46 des
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Hydrozylinders 14 und damit auch in den beiden Nebendruckräumen
254 und 256 der Einrichtung 250 jeweils derselbe Druck herrscht, ist der Stufenkolben 252
durch die Rückstellkräfte einer ersten und einer zweiten Druckfeder 258 und 259, deren Federkonstanten ohne
Beschränkung der Allgemeinheit als gleich vorausgesetzt seien, in seiner in ausgezogenen Linien dargestellten
Gleichgewichtslage gehalten. Weiter sei die Einrichtung 250 so ausgelegt, daß das Flächenverhältnis a1/a2
der wirksamen Kolbenflächen 261 und 26 2 der größeren und der kleineren Kolbenstufe 253 bzw. 256 des Stufenkolbens
252 dem Flächenverhältnis A1/A2 der den ersten Druckraum 33 und den zweiten Druckraum 46 des Antriebshydrozylinders
14 begrenzenden Kolben- bzw. Gehäuseflächen 66 und 43 bzw. 32 und 44 entspricht.
Bei dieser Gestaltung der überwachungseinrichtung ist die auf die Gleichgewichtslage des Stufenkolbens
252 bezogene Auslenkung desselben in Richtung des Pfeils 263 bzw. des Pfeils 264 ein Maß für die in
Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung auf den Kolben 26 des Hydrozylinders 14 wirkenden Kräfte, und die überwachungseinrichtung
250 kann insoweit zu einer kraftabhängigen Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen
des Antriebs-Hydrozylinders 14 ausgenutzt werden,
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die überwachungseinrichtung
250 so ausgelegt, daß sie ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn die in Vorschubrichtung des Hydrozylinders 14 wirkende Kraft, erfaßt
durch den Druck im ersten Druckraum 33, einen bestimmten Mindestwert erreicht bzw. überschreitet und ein
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zweites Ausgangssignal, wenn bei der Rückzugsbewegung
des Kolbens 26 die auf diesen wirkende Kraft einen bestimmten Schwellenwert erreicht bzw. überschreitet.
Diese spezielle Funktion der Überwachungseinrichtung 250 wird wiederum mit Hilfe eines ersten Endstellungsgebers
266 und eines zweiten Endstellungsgebers 267 realisiert, die, in Richtung der Längsachse 268 des
Gehäuses 251 gesehen, in seitlichem Abstand von dieser und parallel zu derselben an einer Führung 269 verschiebbar
geführt und in definiertem axialem Abstand zueinander an dieser festlegbar sind. An einer aus dem
Gehäuse 251 einseitig druckdicht herausgeführten Kolbenstange '271 ist, ebenfalls entlang dieser verschiebbar
und an dieser festlegbar ein Schaltfinger 272 angeordnet, der in der Gleichgewichtslage des Stufenkolbens
252 eine Mittelposition zwischen den beiden Endstellungsgebern 26 6 und 26 7 einnimmt. In der gemäß
Fig. 8 unteren Endstellung des Stufenkolbens 252, die dieser einnimmt, wenn der dem Druck im ersten
Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 entsprechende Druck im ersten Nebendruckraum 254 der überwachungseinrichtung
250 den genannten definierten Schwellenwert erreicht bzw. überschreitet, befindet sich der
Schaltfinger 272 in Gegenüberstellung mit dem ersten Endstellungsgeber 266, in der dieser z.B. ein Hoch-Pegel-Spannungssignal
abgibt. In der zweiten, gemäß Fig. 8 oberen Endstellung des Stufenkolbens 252, in
die dieser gelangt, sobald der Druck im zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 einen definierten
Schwellenwert überschreitet, befindet sich der Schaltfinger 272 in Gegenüberstellung mit dem zweiten Endstellungsgeber
26 7, der dann ebenfalls ein Hoch-Pegel-
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Spannungsausgangssignal abgebe und sonst ein Niedrig-Pegel-Spannungssignal.
Da das Nachlaufregelventil 37, über das die in verschiedenen
Bewegungsrichtung 264 bzw. 263 alternative Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Druckraumes
33 und 46 des Hydrozylinders 14 erfolgt, stets eine bedarfsgerechte Druckregelung vermittelt, d.h.
z.B. im Falle einer Stanzprozesses, den erforderlichen Arbeitsdruck erhöht, wenn der Widerstand, gegen den
der Kolben 26 bewegt wird, zunimmt bzw. groß ist, sind die Hoch-Pegel-Ausgangssignale der Endstellungsgeber
266 und 267 ein zuverlässiges Indiz für solche Betriebszustände. Bleibt z.B. im genannten Beispielfall
eines StanzVorganges das Hoch-Pegel-Ausgangssignal
für eine längere als für einen normalen Stanzvorgang charakteristische Zeitspanne anstehen, so ist
dies z.B. ein Anzeichen dafür, daß das Werkzeug 13 stumpf wird und auswechslungsbedürftig ist. Andererseits
wird durch ein Abfallen des Ausgangssignals des ersten Endstellungsgebers 266 zuverlässig signalisiert,
daß das Werkzeug 13 seinen Arbeitshub ausgeführt hat, und es kann mit dem Abfall des Ausgangssignals des
ersten Endstellungsgebers 266 die Sollwertvorgabe für die Rückzugsbewegung des Kolbens 26 eingeleitet werden,
was im Sinne kurzer Zykluszeiten von Vorteil sein kann. Entsprechend wird durch ein Anstehen des
Ausgangssignals des zweiten Endstellungsgebers 267 angezeigt, daß beim gewählten Fallbeispiel die Rückzugsbewegung
des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 noch nicht beendet sein kann, und es kann dieses Signal,
wenn es länger als eine einem Erfahrungswert
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7.5.1982 -'Α9 ~
Vf-
entsprechende Zeitspanne ansteht, z.B. zur Auslösunq
eines Alarms oder zu einer Sicherheitsabschaltung der Antriebsvorrichtung 10 ausgenutzt werden.
Es versteht sich, daß anstelle einer auf Maximalwerte der auf den Kolben 26 wirkenden Kräfte beschränkten
überwachung derselben auch eine kontinuierliche Erfassung dieser Kräfte mit Hilfe der Einrichtung 250
möglich ist, z.B. dadurch, daß über die Kolbenstange 271 des Stufenkolbens 252 ein linearer Geber gekoppelt
ist, der ein zur Auslenkung des Stufenkolbens 252 in der einen Richtung 264 oder der anderen Richtung 263
proportionales Ausgangssignal erzeugt.
Claims (1)
- 322175aHartmann & Lämmle P 82 41GmbH & CO. KG 7.5.1982Schuckertstr. 15
RutesheimPatentansprüche1. Hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Maschinenelement, das im Rahmen eines bei der Bearbeitung eines Werkstückes ablaufenden Arbeitszyklus eine zum Werkstück hin gerichtete Eil-Vorschubbewegung, hierauf einen in derselben Richtung erfolgenden, die Bearbeitung des Werkstückes vermittelnden Arbeitshub und nachfolgend eine in der entgegengesetzten Richtung erfolgende Eil-Rückzugsbewegung ausführt, mit einem Hydrozylinder als Antriebseleinent, der mindestens drei Arbeitsflächen aufweist, die je einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckraum einseitig begrenzen, wobei die Eil-Vorschub- und -Rückzugsbewegung des Kolbens des Hydrozylinders bzw. des Maschinenelements durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung des ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders und eine zur Durchführung des Arbeitshubes gegebenenfalls erforderliche Steigerung der Vorschubkraft durch Druckbeaufschlagung des dritten, durch die dritte Arbeitsfläche begrenzten Druckraumes des Hydrozylinders steuerbar ist,/2P 82 417.5.1982 - 2dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungssteuerung des Maschinenelements (13, 26) nach Richtung und Hubhöhe ein hydraulischer Regelkreis (40, 70) mit hydromechanischer Istwert-Rückmeldung vorgesehen ist, dem zur Sollwertvorgabe für mindestens die Endstellungen des Maschinenelements (13, 26) charakteristische Sollwertvorgabesignale zuführbar sind, wobei dieser Regelkreis (40, 70) sowohl die alternative Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Druckraumes (33, 46) wie auch erforderlichenfalls diejenige des dritten Druckraumes (26) vermittelt, daß zur Umschaltung des Hydrozylinders (14) von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb ein hydraulisch vorgesteuertes Umschaltventil (58) vorgesehen ist, das in einer ersten, den Eil-Betriebszuständen zugeordneten Durchflußstellung den dritten Druckraum (56) des Hydrozylinders (14) mit dem Tank und in einer zweiten Durchflußstellung diesen Druckraum (56) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreis-Stellgliedes (37) verbindet, und daß zur Ansteuerung des Umschaltventils (58) eine auf den Ausgangsdruck ρ des Regelkreises (40, 70) ansprechende Vorsteuerventilanordnung (70) vorgesehen ist, die, wenn dieser Ausgangsdruck ρ einen vorgegebenen Schwellenwert ps. überschreitet, das Umschaltventil (58) in dessen zweite Durchflußstellung steuert und dieses in dessen erste Durchflußstellung zurücksteuert, wenn der Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40, 70) auf einen Wert ρ 2 abgefallen ist, der höchstens noch dem Wert ρ . . A1/A entspricht, worin A1 die Größe der im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders (14) mit dem Ausgangsdruck ρ, des Regel-/3P.82 417.5.1982 - 3 -kreises beaufschlagten Fläche (66) des Kolbens V26) und Aj. die Größe der im Last-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders (14) mit dem Regler-Ausgangsdruck p, insgesamt beaufschlagten Fläche (66, 52) des Kolbens (26) bezeichnen.2. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigere Druckschwellenwert ρ 1 , bei dem die Vorsteuerventilanordnung (70) in ihre der ersten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) zugeordnete erste Funktionsstellung übergeht, durch die Beziehunggegeben ist, mit
0,95 > q > 0,8.Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstufe der Vorsteuerventilanordnung (70) ein als druckgesteuertes Schieberventil ausgebildetes 3/2-Wegeventil (73) mit einem ersten und einem zweiten Steuerdruckraum (76, 77) vorgesehen ist, dessen Kolben (74) bei etwa gleichem Druckniveau in seinen beiden Steuerdruckräumen (76, 77) durch die Vorspannung einer Rückstellfeder (78) in seiner ersten, der Grundstellung entsprechenden Funktionsstellung gehalten ist, in der an seinem Ausgang ein Hoch-Pegel-Drucksignal ansteht, welches das Umschaltventil (5S) in dessen erster, den Eil-Betriebszuständen des/4P 82 417.5.1982 -A-Hydrozylinders (14) zugeordneten Durchflußstellung hält, und durch einen im Vergleich zum zweiten Druckraum (77) höheren Druck im ersten Steuerdruckraum (76) in seine zweite Funktionsstellung gesteuert ist, in der der Steuerdruckraum (72) des Umschaltventils (58) druckentlastet bzw. mit dem Tank verbunden ist und dieses dadurch in seine zweite, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Durchflußstellung gesteuert ist, daß der erste Steuerdruckraum (76) dieses 3/2-Wegeventils (73) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) direkt und der zweite Steuerdruckraum (77) des 3/2-Wegeventils (73) über einen Strömungswiderstand (91) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) verbunden ist, und daß ein auf den Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40) ansprechendes, in der Art eines Druckverhältnisventils ausgebildetes Sprungwerk (92) vorgesehen ist, das, wenn der Ausgangsdruck ρ, den ersten Schwellenwert ρ 1 überschreitet, den zweiten Steuerdruckraum (77) des Ventils (73) mit dem Tank T verbinden und, wenn der Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40) den niedrigeren Druckschwellenwert ρ 2 wieder unterschreitet, diese Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum (77) und dem Tank der Versorgungsdruckquelle wieder sperrt.4. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungwerk (92) einen direkt an den Druckausgang (36) des Regelkreises (40) angeschlossenen Steuerdruckraum (111) aufweist, der durch einen in Richtung der Längsachse (102) des Gehäuses (103) des Sprungwerks (92) hin- und herverschiebbaren Freikolben (107) gegen/5P 82 417.5.1982 - 5 -einen mit dem zweiten Steuerdruckraum (77) des 3/2-Wegeventils (73) kommunizierend verbundenen Ausgangsdruckraum (106) abgegrenzt ist, der seinerseits in der Sperr-Grundstellung eines Sitzventils(93) mit federbelastetem Ventilkörper (94) gegen den Tank T abgesperrt und in der Offenstellung dieses Sitzventils (93) mit dem Tank T kommunizierend verbunden ist, und daß das Flächenverhältnis der von dem Ventilsitz (97) umschlossenen Querschnittsfläche des Ausgangsdruckraumes (106) zur wirksamen Fläche des Freikolbens (107), der über ein Distanzstück(113) mit dem Ventilkörper (94) bewegungsgekoppelt ist, dem Verhältnis ρ -/Psi der für die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb bzw. von Last- auf Eil-Vorschubbetrieb maßgeblichen Druckschwellenwerte ρ 1 und ρ 2 entspricht.5. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung einer den Ventilkörper (94) des Sitzventils (93) in seine Sperrstellung drängenden Druckfeder (96) einstellbar ist.6. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzventil (93) als Kugelsitzventil (94, 97) ausgebildet, dessen Ventilkugel (94) einen kleineren Durchmesser aufweist als die Gehäusebohrung, in der in axialer Richtung die Ventilkugel (94) beweglich angeordnet ist, an der sich mit einer konischen Zentrierfläche ein Druckstempel abstützt, der in dem Gehäuse (103) axialverschieblich geführt und durch die Druck-/6P 82 417.5.1982 - 6 -feder (96) gegen die Ventilkugel (94) gedrängt ist.7. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (58) als ein 3/2-Wege-Schieber-Sitzventil ausgebildet ist, das durch den Hoch-Pegel-Ausgangsdruck des Vorsteuerventils (73) gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder (79) in seine erste Durchflußstellung und bei niedrigem Ausgangsdruck des Vorsteuerventils (73) durch die Rückstellkraft dieser Druckfeder (79) in seine zweite Durchflußstellung gesteuert ist, wobei der Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils (58), der in jeder Funktionsstellung desselben über einen mit geringem Strömungswiderstand behafteten Strömungspfad (56) mit dem dritten Druckraum (54) des Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden ist, in der ersten Durchflußstellung dieses Ventils (58) über einen seinerseits mit einem niedrigen Strömungswiderstand behafteten Strömungspfad (143) mit dem Tank T und in der zweiten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) in der der erstgenannte Strömungspfad (56) durch Anlage einer Dichtkante (124) des Ventilkörpers (123) an einem konischen Ventilsitz (122) des Ventilgehäuses (120) gesperrt ist, über einen in dieser Stellung vom Ventilkörper (123) freigegebene, mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) verbundene Steuerrille (140) des Ventilgehäuses (123) kommunizierend verbunden ist./7P 82 417.5.1982 - 7 -8. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (126) des Umschaltventils (58) eine als Stufenbohrung (137, 139) ausgebildete Ventilbohrung aufweist, deren engere Bohrungsstufe (139) innerhalb des Ventilsitzes (122) mit dem dritten Druckraum (54) des Hydrozylinders (14) kommuniziert, und deren die größere Weite aufweisende Bohrungsstufe (137) die mit dem Druckausgang (36) des Regelkreises (40) kommunizierende Steuerrille (140) aufweist, daß der Ventilkörper (123) des Umschaltventils (58) als im wesentlichen rohrförmiger Körper ausgebildet ist, der mit seiner äußeren Mantelfläche in der engeren Bohrungsstufe (139) und mit einem radialen, nach außen weisenden Flansch (141) in der erweiterten Bohrungsstufe (137) druckdicht verschiebbar geführt ist, wobei dieser Flansch (141) und die die beiden Bohrungsstufen (137, 139) gegeneinander absetzende Ringfläche (138) in axialer Richtung den Steuerdruckraum (72) des Umschaltventils (58) begrenzen und der Flansch (141) in der ersten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) die Steuerrille (140) gegen den Ausgangsdruckraum (136) absperrt und in der zweiten Durchflußstellung die kommunizierende Verbindung der Steuerrille (140) mit dem Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils(58) freigibt.9. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in koaxialer Anordnung mit der Ventilbohrung (137, 139) des Umschaltventils(58) in dessen Gehäuse (123) ein großvolumiger,/8P 82 417.5.1982 - 8 -einen Teil des Tanks bildender Ringraum (132) vorgesehen ist, der über weite, radiale, in die engere Bohrungsstufe (139) mündende Überströmkanäle (143), die in der ersten Durchflußstellung des Ventils (58) offen und in dessen zweiter Durchflußstellung durch den Ventilkörper (123) abgesperrt sind, mit dem Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils (58) kommunizierend verbindbar ist.10. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (58) in axialer Verlängerung des Hydrozylinders (14) angeordnet ist, wobei dessen Gehäuse (17) und das Ventilgehäuse (26) des Umschaltventils (58) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.11. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstufe des hydraulischen Regelkreises (40, 70) ein für sich bekanntes, als 4/3-Wegeventil ausgebildetes, mechanisch-hydraulisches Nachlauf-Regelventil (37) mit durch einen Spindeltrieb (166, 171) vermittelter Sollwertvorgabe und Istwert-Rückmeldung vorgesehen ist, bei dem die Sollwertvorgabe durch Verdrehen der Spindelmutter (166) um mit den Vorschub- und Rückzugsstrecken des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) nach Betrag und Richtung korrelierte Drehwinkel ψν und ψ' und die Istwert-Rückmeldung der verschiedenen Kolbenpositionen über ein mechanisches Rückmeldewerk (46) erfolgt, das mit den Vorschub- und Rückzugsbewegungen/9P 82 417.5.1982 - 9 -des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) nach Betrag und Richtung korelierte Drehungen der Spindel(171) des Spindeltriebes (166, 171) vermittelt (Fig. 4).12. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sollwertvorgabe der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) ein im Start-Stop-Betrieb ansteuerbarer Schrittmotor (144) vorgesehen ist, der mit einer Steuerimpulsfrequenz betreibbar ist, die 20 bis 100 mal höher ist als die Zahl der innerhalb eines Arbeitszyklus-Zeitintervalls zu einer hinreichend exakten Bewegungssteuerung erforderlichen Schrittsteuerimpulse.13. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des zur Bewegungssteuerung des Hydrozylinderkolbens (26) vorgesehenen Regelkreises (40) ein elektro-hydraulisches Vorgabewerk (190) vorgesehen ist, das durch zyklusgerechte Umsteuerung des doppeltwirkenden Steuerzylinders (194) in alternative Endstellungen seines Kolbens (193) die mit definierten Drehstellungen der Spindelmutter (166) des Nachlauf-Regelventils (37) verknüpft sind, die Vorgabe der für die Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens (26) des Hydrozylinders '(14) ,maßgeblichen Endstellungs-Sollwerte vermittelt (Fig. 5)./10P 82 417.5.1982 - 10 -14. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Steuerzylinders (194) des Vorgabewerks (190) ein 4/3-Wege-Magnet-Schieberventil (199) mit zwei Steuerwicklungen (201, 202) vorgesehen ist, in deren nichterregtem Zustand das Ventil (199) seine neutrale Sperr (Null)-Stellung einnimmt, mit der die Ruhelage des Kolbens (193) des Steuerzylinders (194) verknüpft ist, und bei deren alternativer Erregung mit einem Steuerstrom das Ventil (199) gegen die Rückstellkraft von Druckfedern (203, 204) in seine alternativen Durchflußstellungen I bzw. II steuerbar ist, in denen sich der Kolben (193) des Steuerzylinders (194) in seine alternativen Endstellungen bewegt, und daß eine auf die Ausgangssignale von Endstellungsgebern (209, 211), die für das Vorliegen der einen oder der anderen Endstellung des Steuerkolbens (193) charakteristische Ausgangssignale erzeugt, sowie auf die Ausgangsimpulse eines zur Zyklussteuerung vorgesehenen Taktgebers (213) ansprechende Steuerstufe (206) vorgesehen ist, die aus einer logischen Verarbeitung dieser Eingabesignale die für die zweckgerechte Ansteuerung des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils (199) erforderlichen Steuerstromimpulse erzeugt.15. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Endstellungsgeber (209, 211) mindestens zwei Annäherungsschalter vorgesehen sind, die in Gegenüberstellung mit einem die Bewegungen des Kolbens (193) des Steuerzylinders (194) mit ausführenden Schaltfinger (218) ihr/11P 82 417.5.1982 - 11 -positionscharakteristisches Ausgangssignal erzeugen, z.B. als Hoch-Pegel-Spannungssignal (226 bzw. 227), wobei die Endstellungsgeber (209, 211) an einer parallel zur Bewegungsbahn des Schaltfingers (218) verlaufenden Führung (216) verschiebbar angeordnet und in definiertem, dem Abstand der Kolbenendstellungen entsprechenden Abstand voneinander festlegbar sind und gegebenenfalls auch der Schaltfinger (218) an einer' aus dem Gehäuse des Steuerzylinders (194) austretenden Kolbenstange (217) verschiebbar und festlegbar angeordnet ist (Fig. 5 und Fig. 7).16. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die positionscharakteristischen Ausgangssignale (226, 227) der Endstellungsgeber (209, 211) in den Endstellungen des Steuerkolbens (193) als Hoch-Pegel-Spannungssignale anstehen und die Ausgangsimpulse (231) des Taktgebers (213) für die Dauer der aufeinanderfolgenden Vorschub- und Rückzugsphasen des Hydrozylinders (14) ebenfalls als Hoch-Pcgel-Spannungssignale abgegeben werden und sonst Niedrig-Pegel-Spannungssignale sind, daß die Steuerstufe (206) ein erstes, durch die Anstiegsflanken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbares und durch die Anstiegsflanken (224) der Ausgangsimpulse (227) des zweiten Endstellungsgebers (211) zurücksetzbares Speicherglied (236) und ein zweites, durch die Anstiegsflanken (224) der Ausgangsimpulse (227) des zweiten Endstellungsgebers (211) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbares und durch die Anstiegsflan-/12P 82 417.5.1982 - 12 -ken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) zurücksetzbares Speicherglied (237) umfaßt, sowie ein drittes Speicherglied (238), das durch die abfallenden Flanken (233) der Taktgeber-Ausgangsimpulse (231) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbar und durch die Anstiegsflanken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) zurücksetzbar ist, und daß ein erstes Zwei-Eingangs-UND-Glied (241) vorgesehen ist, dem als Eingangssignale die Ausgangssignale (239) des ersten Speichergliedes (236) und die Ausgangsimpulse (231) des Taktgebers (213) zugeleitet sind, und ein zweites Zwei-Eingangs-UND-Glied (246) , das als Eingangssignale die Ausgangsimpulse (243, 244) des zweiten und des dritten Speichergliedes (237, 238) empfängt, und daß mit den Ausgangsimpulsen (242, 247) der beiden Zwei-Eingangs-UND-Glieder (241, 246) die Strom-Ansteuersignale für die Ansteuerung des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils (199) auslösbar sind (Fig. 6 und Fig. 7).17. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Druck im ersten und/oder den Druck im dritten Druckraum (33 und/oder 54) sowie auf den Druck im zweiten Druckraum (46) des Hydrozylinders (14) ansprechende Überwachungseinrichtung (250) vorgesehen ist, die, solange die in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung auf den Kolben (26) des Hydrozylinders (12) wirkenden Kräfte größer sind als vorgegebene Schwellenwerte, ein dafür charakteristisches Ausgangssignal erzeugt./13P 82 417.5.1982 - 13 -18. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der überwachungseinrichtung (250) mindestens ein doppeltwirkender Hydrozylinder (251, 252) vorgesehen ist, dessen Kolben (252) eine mit dem ersten oder dem dritten Druckraum (33 oder 54) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierenden Nebendruckraum (254) gegen einen zweiten, mit dem zweiten Druckraum (46) des Antriebs-Hydrozylinders (24) kommunizierenden Nebendruckraum (257) abgrenzt, wobei der Kolben(252) als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen den Querschnittsflächen der Nebendruckräume (254 und 257) entsprechenden Kolbenflächen (261 und 262) der größeren und der kleineren Kolbenstufe (253 und 256) in demselben Verhältnis zueinander stehen wie die wirksamen Querschnittsflächen der angeschlossenen Druckräume (33 oder 54 bzw. 46) des Hydro.zylinders (14) und der Kolben (252) gegen eine zunehmende Rückstellkraft und einer durch eine Position zwischen seinen möglichen Endstellungen markierten Gleichgewichtslage auslenkbar ist (Fig. 8).19. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die die Nebendruckräume (254 und 257) des Überwachungs-Hydrozylinders (251, 252) begrenzenden Kolbenflächen (261 und 262) des Stufenkolbens (252) sehr viel kleiner sind als die wirksamen Kolbenflächen (32 oder 52 bzw. 43) des Kolbens (26) des Antriebs-Hydrozylinders (14), die die mit den Nebendruckräumen (254 und 257) des Hydrozylinders (251, 252) der überwachungseinrichtung (250) kommunizierenden Druck-/14P 82 417.5.1982 - 14 -räume (33 oder 54 bzw. 46) einseitig begrenzen.20. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der die Nebendruckräume (254 und 257) des überwachungs-Hydrozylinders (251, 252) begrenzenden Flächen (261, 262) seines Stufenkolbens (252) zu den Flächen (32 oder 52 bzw. 43) des Kolbens (26) des Antriebs-Hydrozylinders (14) , die die jeweils mit den Nebendruckräumen (254 bzw. 257) kommunizierenden Druckräume (33 oder 54 bzw. 46) des Antriebs-Hydrozylinders (14) begrenzen, zwischen 1/100 und 1/2000 liegt und vorzugsweise 1/1000 beträgt.21. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in Funktionsverbindung mit dem doppeltwirkenden Hydrozylinder (251, 252) mindestens zwei Endstellungsgeber (266, 267) vorgesehen sind, deren erster (266) ein charakteristisches Ausgangssignal erzeugt, wenn sich der Stufenkolben (252) in seiner einen mit einem überhöhten Druck P > P 1 im ersten Nebendruckraum (254) des Hydrozylinders (251, 252) der Überwachungseinrichtung (250) verknüpften Endstellung befindet, und deren zweiter (267) ein charakteristisches Ausgangssignal erzeugt, wenn sich der Stufenkolben (252) in seiner anderen, mit überhöhtem Druck im zweiten Nebendruckraum (257) des Hydrozylinders (251, 252) der überwachungseinrichtung (250) verknüpften Endstellung befindet (Fig. 8)./15P 82 417.5.1982 - 15 -22. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Überwachungseinrichtung (250) vorgesehen ist, deren erster Nebendruckraum (254) mit dem ersten Druckraum (33) des Antriebs-Hydrozylinders (1.4) kommunizierend verbunden ist und eine zweite Überwachungseinrichtung (250) , deren erster Nebendruckraum (254) mit dem dritten Druckraum (54) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden ist, während die zweiten Nebendruckräume (257) der Überwachungseinrichtungen (250) jeweils mit dem zweiten Druckraum (46) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden sind.23. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihren Einsatz bei Stanzmaschinen oder bei Nippelmaschinen, die auf eine rasche Folge von Arbeitszyklen ausgelegt sind und 300 bis 600 Arbeitszyklen pro Minute ausführen.24. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch ihren Einsatz an Pressen oder Prägemaschinen.
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