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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer Pressensteuerung ist der Verbraucher häufig ein Hydraulikzylinder, dessen austretende Arbeitsflüssigkeit entsprechend dem gewünschten Pressenbetrieb gesteuert werden muß.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist bereits als Pressensteuerung bekannt. Dabei wird ein selbstschließendes hydraulisch angesteuertes Proportional-Drosselventil eingesetzt, welchen einen Verbraucheranschluß und einen Tankanschluß aufweist, wobei ferner Mittel vorgesehen sind, die sicherstellen, daß bei einem bestimmten Druck die Arbeitsflüssigkeit zum Tank abströmen kann. Mit dieser bekannten Steuervorrichtung kann durch den Proportionalmagneten das Proportional-Drosselventil hinsichtlich seiner Drosselung derart eingestellt werden, daß die Eilganggeschwindigkeit einer Presse bestimmt wird. Ganz allgemein wird dadurch das Problem gelöst, die von einem Verbraucher kommende Arbeitsflüssigkeitsmenge beispielsweise auf einen konstanten Wert zu regeln.
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Da das Proportional-Drosselventil selbstschließend ist, bedeutet dies bei einer Störung, wie beispielsweise einem Kabelbruch o. dgl., daß das Ventil in seine Schließstellung gelangt. Dies kann zu unerwünschten Schäden, beispielsweise am Verbraucher führen. Im Falle einer Pumpensteuerung würde beispielsweise dann, wenn der Störungsfall auftritt und das Drosselventil selbsttätig schließt, bei bereits eingeleiteter Abwärtsbewegung die Pumpenförderung weitergehen, was aufgrund der Druckübersetzung im Hydraulikzylinder zu einem beträchtlichen Druckanstieg führen würde, was eine Zerstörung des Zylinders und/oder zugehöriger Bauteile zur Folge hätte.
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Beim Stand der Technik gemäß der im folgenden beschriebenen Fig. 1 wird dieses Problem durch ein Druckbegrenzungsventil gelöst, welches mit dem Verbraucheranschluß in Verbindung steht. Das Druckbegrenzungsventil ist derart eingestellt, daß beim Übersteigen des Betriebsdrucks das Öl abgespritzt wird, so daß Hydraulikzylinder und Steuerblöcke abgesichert sind. Dabei ist nachteilig, daß eine große Ölmenge durch das Druckbegrenzungsventil fließen muß, was wiederum ein großes und damit teueres Ventil zur Folge hat.
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Inhalt der älteren DE-OS 33 43 620 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Arbeitsflüssigkeit. Dazu besitzt die Vorrichtung im Gegensatz zum Gegenstand der Erfindung ein Stromregelventil, das nicht proportional arbeitet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere beabsichtigt die Erfindung, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die einen Druckanstieg im Verbraucher und den zugehörigen Bauelementen verhindert, und zwar unter Einsatz kostengünstiger Bauteile.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Man verwendet also nicht das beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 vorgesehene Begrenzungsventil zum Abspritzen einer großen Ölmenge, sondern man stellt sicher, daß bei einem bestimmten Druck oberhalb des Betriebsdrucks die Selbstschließeigenschaften des an sich selbst schließenden hydraulisch angesteuerten Proportional-Drosselventils ganz oder teilweise, vorzugsweise aber ganz aufgehoben werden.
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Obwohl die erfindungsgemäße Steuervorrichtung grundsätzlich für jede hydraulische Anlage eingesetzt werden kann, bei der ein Proportional-Drosselventil und ein Druckventil parallel zueinander angeordnet sind, so wird die Erfindung jedoch insbesondere für eine Pressensteuerung verwendet.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird ein stabiler Betrieb errichtet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 7 werden gefährliche Schließbewegungen des Pressenkolbens verhindert.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und der Zeichnung schematisch erläutert; in der Zeichnung zeigt
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Fig. 1 eine Steuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
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Fig. 2 eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung, wie sie insbesondere bei einer Presse eingesetzt werden kann;
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Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der Steuervorrichtung gemäß Fig. 2;
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Fig. 4 die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zusammen mit einer an sich bekannten Sicherheitsschaltung einer Pressensteuerung;
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Fig. 5 eine ins einzelne gehende Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte Steuervorrichtung 1 die dazu dient einen Verbraucher 4 (hier in der Form eines Pressenzylinders dargestellt) zu steuern. Der Pressenzylinder 4 steht über eine Verbraucherleitung 5 mit der Steuervorrichtung 1 in Verbindung, und die Steuervorrichtung 1 ihrer seits steht über eine Tankleitung 7 mit einem Tank 6 in Verbindung um je nach den gewünschten Betriebsverhältnissen mehr oder weniger Arbeitsflüssigkeit vom Pressenzylinder 4 zum Tank 6 zu leiten.
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Die Steuervorrichtung 1 weist als wichtigstes Bauteil ein selbstschließendes hydraulisch angesteuertes Proportionaldrosselventil (im folgenden kurz Drosselventil genannt) 2 auf. Ferner weist die Steuervorrichtung 1 Abströmmittel 20 auf, die bei einem bestimmten den Betriebsdruck übersteigenden Druck (im folgenden auch als Abströmdruck bezeichnet) ein Abströmen der vom Pressenzylinder 4 kommenden Arbeitsflüssigkeit unter Umgehung des Drosselventils 2 ermöglichen.
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Das Drosselventil 2 steht mit seinm Anschluß A über die Verbraucherleitung 5 mit dem Pressenzylinder 4 in Verbindung. Der Anschluß B ist an Tankleitung 7 angeschlossen. Der Steuerölanschluß X des Drosselventils 2 steht über Steuerölleitung 9 mit dem Anschluß A in Verbindung, und ferner ist der Anschluß A über eine Steuerölleitung 10 derart an das Drosselventil 2 angeschlossen, daß dessen nicht gezeigter Kolben entgegen einer Feder 8 belastet wird, die dazu dient das Drosselventil 2 aus seiner in Fig. 1 gezeigten Betriebsstellung in seine Schließstellung zu verschieben. Steuerölanschluß Y steht über Steuerölleitung 12 mit Tank 6 in Verbindung.
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Die Abströmmittel 20 weisen ein Druckbegrenzungsventil 3 auf welches eingangsseitig über eine Leitung 11 mit der Verbraucherleitung 5 verbunden ist. Ausgangsseitig steht das Druckbegrenzungsventil 3 über eine Tankanschlußleitung 13 mit dem Tank 6 in Verbindung. Das Druckbegrenzungsventil 3 ist also praktisch parallel zum Drosselventil 2 geschaltet, d. h. überbrückt diese im Falle des Erreichens des Abströmdrucks.
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In Fig. 1 ist das Drosselventil 2 in seiner Betriebsstellung gezeigt, d. h. die vom Pressenzylinder 4 kommende Arbeitsflüssigkeitsmenge wird entsprechend der durch den Proportionalmagneten des Drosselventils 2 eingestellten Drossel mehr oder weniger gedrosselt. Auf diese Weise kann z. B. die Eilganggeschwindigkeit einer Presse bestimmt werden.
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Das Drosselventil 2 ist aber selbstschließend, d. h. bei Kabelbruch oder Stromausfall geht das Ventil aus der in Fig. 1 gezeigten Betriebsstellung in seine Schließstellung. Ohne das Vorhandensein der Abströmmittel 20 könnte dies zu einer Zerstörung der Hydraulikanlage führen. Bei bereits eingeleiteter Abwärtsbewegung des Kolbens des Pressenzylinders 4 würde nämlich die den Pressenzylinder 4 beliefernde nicht gezeigte Pumpe ihre Förderung fortsetzen. Durch die unterschiedlichen Flächen an der Kolbenoberseite und an der Kolbenunterseite würde es zu einer Druckübersetzung kommen, welche die erwähnte Zerstörung zur Folge haben würde.
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Diese Gefahr der Druckübersetzung wird durch das Druckbegrenzungsventil 3 gebannt welches bei einem Ansteigen des Drucks in Leitung 5 vom Betriebsdruck auf den Abströmdruck öffnet und die gesamte Ölmenge über Tankanschlußleitung 13 zum Tank 6 abströmen läßt. Da es sich hier um eine große Arbeitsflüssigkeits- oder Ölmenge handelt, muß auch das Ventil 3 entsprechend groß ausgebildet werden.
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Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung 21, die ebenfalls als Pressensteuerung verwendet werden kann. Die Steuervorrichtung 21 sowie auch die im folgenden noch anhand der Fig. 3 und 4 zu beschreibende Steuervorrichtung 22 kann auch ganz allgemein dazu verwendet werden um die von einem beliebigen Verbraucher 4 normalerweise kommende Ölmenge auf einen gewünschte Wert, beispielsweise einen konstanten Wert zu drosseln. Dabei soll in kostengünstiger Weise das Entstehen eines Druckanstiegs bei Kabelbruch oder Stromausfall vermieden werden.
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Die Steuervorrichtung 21 gemäß Fig. 2 weist ebenfalls ein selbstschließendes hydraulisch angesteuertes Proportionaldrosselventil (im folgenden kurz Drosselventil genannt) 2 auf und ferner Abströmmittel 27.
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Das Drosselventil 2 ist mit seinem Anschluß A über Verbraucherleitung 5 mit einem Verbraucher 4 verbunden. Der Verbraucher 4 kann beispielsweise ein Pressenzylinder sein wie anhand Fig. 1 beschrieben, kann aber auch irgendein anderer Verbraucher sein. Mit seinem Anschluß B steht das Drosselventil 2 über Tankleitung 7 mit Tank 6 in Verbindung. Der Steuerölanschluß Y steht über eine Steuerölleitung 12 mit Tank 6 in Verbindung. Eine Steuerölleitung 10 verbindet den Anschluß A mit einer Seite des Kolbens des Drosselventils 2 derart, daß in Leitung 10 unter Druck stehende Steuerölflüssigkeit die Tendenz hätte, den Kolben des Drosselventils 2 in seine Öffnungsstellung zu verschieben.
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Ferner steht der Steuerölanschluß X über eine Steuerölleitung (Steuerölkreis) 32 mit dem Anschluß A oder der Verbraucherleitung 5 in Verbindung, wobei aber diesmal hier anders als bei Fig. 1 eine Steueröldüse 33 eingeschaltet ist. Die Steueröldüse 33 wirkt als eine Drosselstelle zur Begrenzung des Steuerölstroms. Ferner ist zwischen Steueröldüse 33 und Steuerölanschluß X über Leitung 37 am Verbindungspunkt 34 eine Druckerfassungsvorrichtung 25 angeschlossen, die ausgangsseitig über eine Leitung 26 mit Tank 6 in Verbindung steht. Die eben genannten Bauteile insbesondere die Steueröldüse 33 und die Druckerfassungsvorrichtung 25 bilden die Abströmmittel 27. Die Abströmmittel 27 bewirken, daß bei einem bestimmten den Betriebsdruck übersteigenden Druck, dem sogenannten Abströmdruck die Schließeigenschaft des selbstbeschließenden hydraulisch angesteuerten Proportionaldrosselventils 2 aufgehoben werden. Das Aufheben der Selbstschließeigenschaften kann ganz oder teilweise erfolgen.
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Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung 21 gemäß Fig. 2 ist die folgende. In der in Fig. 2 gezeigten Betriebsstellung des Drosselventils 2 wird entsprechend der Erregung des Proportionalmagneten des Drosselventils 2 beispielsweise eine bestimmte konstante Arbeitsflüssigkeitsmenge vom Verbraucher 4 über das Drosselventil 2 zum Tank 6 geleitet. Wenn nun durch Stromausfall oder Kabelbruch die Erregung des Proportionalmagneten entfällt, so bringt die Feder 8 das Drosselventil 2 in seine Schließstellung.
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Die Folge davon ist, daß der Druck am Anschluß A ansteigt und dementsprechend auch der Druck am Verbindungspunkt 34. Sobald die Druckerfassungsvorrichtung 25 feststellt daß der Abströmdruck erreicht ist wird die Verbindungsleitung 37 über Leitung 26 mit Tank 6 verbunden. Dadurch entsteht ein Druckabfall an Steueröldüse 33 mit der Folge daß der Druck am Steuerölanschluß X kleiner wird als der über Leitung 10 am anderen Ende des Kolbens des Drosselventils 2 wirkende Druck. Das Drosselventil wird daher in Richtung auf seine Betriebsstellung verschoben, so daß die Arbeitsflüssigkeit vom Anschluß A zum Anschluß B und von dort zum Tank 6 läuft. Die Druckerfassungsvorrichtung ist für eine relativ kleine Steuerflüssigkeitsmenge ausgelegt sein, da die Abströmung in erster Linie durch das Drosselventil 2 erfindungsgemäß durchgeführt wird. Als Druckerfassungsvorrichtung 25 kann beispielsweise eine einstellbare Drossel verwendet werden oder aber, was im folgenden beschrieben wird, ein Druckbegrenzungsventil, und zwar insbesondere eine Serienschaltung aus einer Dämpfungsdrossel und einem Druckbegrenzungsventil.
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Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Für Fig. 3 gelten sinngemäß die Ausführungen wie Fig. 2. Der Hauptunterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und Fig. 3 besteht darin, daß die Druckerfassungsvorrichtung 25 in Fig. 3 durch eine Serienschaltung aus einer Dämpfungsdrossel 35 und einem Druckbegrenzungsventil 31 ersetzt ist.
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Die Arbeitsweise ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2. Hier ist das Druckbegrenzungsventil 31 auf den Abströmdruck eingestellt. Sobald der Abströmdruck erreicht wird, fließt eine verhältnismäßig geringe Menge an Steueröl (Steuerflüssigkeit)über Steueröldüse 33, Drossel 35, Druckbegrenzungsventil 31 und Leitung 26 zum Tank 6. Infolge der dadurch bewirkten Öffnung des Drosselventils 2 fließt die Hauptabström-Arbeitsflüssigkeitsmenge direkt durch das Drosselventil 2.
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Fig. 4 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 3 speziell als Pressensteuerung, und zwar zusammen mit einer Sicherheitsschaltung 41. Die Sicherheitsschaltung 41 ist zwischen den Pressenzylinder 4 und die Verbraucherleitung 5 geschaltet. Die an sich bekannte Sicherheitsschaltung 41 weist im allgemeinen zwei überwachte Ventile auf und dient dazu, gefährliche Schließbewegungen des Pressenkolbens zu verhindern. Eingangsseitig liegt an der Sicherheitsschaltung 41 über Leitung 43 ein Druckbegrenzungsventil 42, welches nur bei der anfänglichen Aufstellung der Presse benutzt wird. Sicherheitsvorschriften verlangen dabei, daß zwischen dem Pressenzylinder 4 und der Sicherheitsschaltung 41 kein Sicherheitsventil unüberwacht zum Tank 6 abspritzen kann. Aus diesem Grunde wird das Druckbegrenzungsventil 42 nach dem Aufstellen der Presse blockiert, ist praktisch also nicht vorhanden. Es sei bemerkt, daß der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 21 eine Druckwaage zum Ausschalten des Viskositätseinflusses vorgeschaltet sein kann.
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Fig. 5 zeigt im wesentlichen das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wobei aber hier das Drosselventil 2 mehr ins einzelne gehend dargestellt ist.
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Das Drosselventil 2 ist ein durch Feder 8 selbstschließendes hydraulisch angesteuertes Zwei-Wege-Proportional-Drosselventil und zwar dargestellt in der Form eines Einbauventils.
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Man erkennt, daß in einem Deckel 51 eine Buchse 52 mit dem Blendenkolben 53 sowie ein Weggeber 54 und eine Vorsteuerung 55 einschließlich eines Proportionalmagneten 56 eingeschraubt sind.
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Zur Einstellung des Drosselventils 2 wird in einem Verstärker 57 ein Vergleich von Sollwert (externes Signal) und Istwert (Rückführung des Weggebersignals) durchgeführt. Entsprechend dem Differenzwert wird der Proportionalmagnet 56 mit einem Strom angesteuert. Der Proportionalmagnet 56 und die Vorsteuerung 55 formen das elektrische Stellsignal in einen Weg der Vorsteuerung 55 um. Im Federraum 58 stellt sich dann der Druck so ein, daß der federbelastete Blendenkolben 53 in eine Lage entsprechend der Sollwertvorgabe einfährt. Sollte der Strom ausfallen oder ein Kabel brechen, so wird der Blendenkolben 53 selbsttätig schließen.
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Wenn es nun zu diesem selbsttätigen Schließvorgang kommt, so wird beim Überschreiten des Betriebsdrucks und bei Erreichen des am Druckbegrenzungsventil 31 eingestellten Abströmdrucks die Steuerflüssigkeit über die Steueröldüse 33 zum Tank geleitet. Das Druckbegrenzungsventil 31 steuert dabei lediglich die über die Steueröldüse 33 geführte Steuerflüssigkeit zum Tank, wobei natürlich diese Steuerflüssigkeit nur eine kleine Menge verglichen mit der Arbeitsflüssigkeitsmenge darstellt, die vom Verbraucher 4 zum Tank 6 zu leiten ist. Demgemäß kann das Druckbegrenzungsventil 31 klein ausgeführt werden.
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Der Steueröl- oder Steuerflüssigkeitsfluß bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil hat eine Druckabnahme in Steuer- oder Federraum 58 des Drosselventils 2 zur Folge. Der Blendenkolben 53 des Drosselventils 2 wird daher entgegen der Kraft der Feder 8 durch den am Anschluß A wirkenden Druck verschoben und somit ein Abströmen der vom Verbraucher 4 kommenden Arbeitsflüssigkeit in erster Linie über das Drosselventil 2 zum Tank 6 erreicht.
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Während also beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 das parallel geschaltete Druckbegrenzungsventil 3 die gleiche Nennweite aufweisen muß wie das Drosselventil 2, ist dies für das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 31 nicht erforderlich. Beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 muß ja das Druckbegrenzungsventil 3 die ganze vom Verbraucher 4 kommende Arbeitsflüssigkeit ableiten wenn der Betriebsdruck überschritten und der eingestellte Abströmdruck erreicht wird. Gemäß der Erfindung wird bei Erreichen des Abströmdrucks die vom Verbraucher 4 kommende Arbeitsflüssigkeit über das ohnehin groß bemessene Drosselventil 2 abgeleitet während das Druckbegrenzungsventil 31 lediglich ein Teil der Steuerflüssigkeit ableiten muß und zwar in einer Menge die sich mit der vom Verbraucher 4 zum Tank 6 zu leitenden Arbeitsflüssigkeitsmenge außerordentlich gering ist. Aus diesem Grund kann das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil 31 klein ausgeführt sein.