DE4228599A1 - Hydraulikkreis fuer die versorgung mehrerer, seriell betriebener verbraucher einer hydraulisch gesteuerten anlage - Google Patents
Hydraulikkreis fuer die versorgung mehrerer, seriell betriebener verbraucher einer hydraulisch gesteuerten anlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hydraulikkreis für die Versor
gung mehrerer, seriell betriebener Verbraucher einer hydrau
lisch gesteuerten Anlage, insbesondere einer Spritzgießma
schine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Herkömmlicherweise sind in einem derartigen Hydraulikkreis,
wie er beispielsweise bei Spritzgießmaschinen Verwendung
findet, die einzelnen Verbraucher, wie z. B. die Spritzein
heit, der Extruder, die Schließeinheit, der Auswerfer usw.,
seriell von einer Pumpe mit Förderstrom-Druckregelung ver
sorgt. Den einzelnen Verbrauchern sind Sperrventile vorge
schaltet, die selektiv und in der Regel nacheinander zur
Aktivierung des betreffenden Verbrauchers geöffnet werden.
In einem derartigen Hydraulikkreis findet dementsprechend
eine Zuflußregelung statt, mit der vom Aufbau her ohne
zusätzlichen ventiltechnischen Aufwand ein Abbremsen eines
Verbrauchers, d. h. der an diesem Verbraucher bewegten Masse
nicht möglich ist. Es muß deshalb an derartigen Verbrau
chern, insbesondere an Verbrauchern mit hoher Masse, wie z. B.
an der Schließeinheit oder ggf. am Auswerfer einer
Spritzgießmaschine, zusätzlich ein Proportionalventil vorge
sehen werden, was den Aufbau des Hydraulikkreises und die
Steuerungstechnik verkompliziert.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den
Hydraulikkreis der eingangs beschriebenen Art derart weiter
zubilden, daß ein zeitlich feinsteuerbares Abbremsen selbst
großer bewegter Massen mit einem möglichst einfachen Aufbau
und dementsprechend einfacher Steuerung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Hydraulikkreis zweigeteilt. Während
ein Teil der Verbraucher, bei denen geringere Beschleuni
gungskräfte auftreten, wie z. B. der Extruder, die
Spritzeinheit und ggf. der Auswerfer der Spritzgießmaschine,
im offenen Kreislauf betrieben werden, wird zumindest ein
weiterer Verbraucher, wie z. B. die Schließeinheit der
Spritzgießmaschine, im geschlossenen oder halbgeschlossenen
Kreislauf bewegt, so daß ein Abbremsen der bewegten Masse
der Schließeinheit ohne ein zusätzliches Proportionalventil
möglich wird.
Die tatsächliche Realisierung des Bewegungsbetriebes des
zumindest einen, ausgewählten Verbrauchers im halb
geschlossenen oder geschlossenen Kreislauf kann auf mehrere
Art und Weisen erfolgen. Eine erste Variante ist Gegenstand
der Ansprüche 2 bis 14, während eine weitere, vorteilhafte
Variante in den Ansprüchen 15 bis 17 umschrieben ist.
Die erste, vorteilhafte Variante ist in Verbindung mit einer
über Null verschwenkbaren, d. h. auch auf negative Schwenk
winkel einstellbaren Pumpe mit verstellbarem Verdrängungsvo
lumen vorteilhaft. In diesem Fall wird zum Abbremsen des
zumindest einen, ausgewählten Verbrauchers die Förderrich
tung der Pumpe umgekehrt. Hierbei wird in vorteilhafter
Weise von dem Umstand Gebrauch gemacht, daß die einzelnen
Verbraucher an der hydraulisch gesteuerten Anlage seriell
betrieben werden, so daß bei Betätigung des zumindest einen,
ausgewählten Verbrauchers, der im halbgeschlossenen oder ge
schlossenen Kreislauf bewegt wird, die übrigen Verbraucher
nicht betätigt werden.
Pumpen mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, die in einer
Förderstrom-Druckregelung betrieben werden, benötigen einen
bestimmten Verstelldruck von beispielsweise 20 bar am Aus
gang, der auf die Stellseite der Pumpe rückgeführt wird. Um
deshalb die Pumpe auf negativen Schwenkwinkel einstellen zu
können, wird der Pumpe, d. h. der Hauptpumpe, eine Hilfspumpe
zugeordnet, die für die Phase des Umsteuerns den erforderli
chen Verstelldruck bereitstellt. Für diese Hilfspumpe können
unterschiedliche Ausführungen Verwendung finden, bei
spielsweise eine druckgeregelte Pumpe (Anspruch 9), aber
auch eine Konstantpumpe (Anspruch 10). Um im letzteren Fall
die Pumpenleistung möglichst klein halten zu können und den
noch dafür zu sorgen, daß der nötige Verstelldruck mit
Sicherheit erreicht wird, ist der Konstantpumpe zur zeitlich
gesteuerten Anhebung des Pumpen-Ausgangsdrucks auf das zur
geregelten Verstellung der Hauptpumpe erforderliche Druck
niveau eine Blende nachgeschaltet, die immer dann überbrückt
wird, wenn der Ausgangsdruck der Hauptpumpe das
Verstelldruckniveau erreicht.
Mit der Weiterbildung des Anspruchs 12 wird die zeitlich
gesteuerte Überbrückung der Blende mit schaltungstechnisch
besonders einfachen Maßnahmen realisiert.
Die Verwendung einer Konstantpumpe läßt sich vorteil
hafterweise mit einem Kühl- und/oder Filterkreis gemäß
Anspruch 13 kombinieren, wodurch sich der besondere Vorteil
ergibt, daß der Filter- und/oder Kühlkreis ständig mit einem
konstanten Durchsatz durchströmt werden kann. Unter Zuhilfe
nahme der der Hilfspumpe nachgeschalteten Drossel kann
beispielsweise mit Leichtigkeit beim Zuschalten der Drossel
ein Verstelldruck von etwa 20 bar bereitgestellt werden,
wenngleich der Normal-Förderdruck der Hilfspumpe bei ledig
lich 4 bis 5 bar liegt.
Für den Fall, daß der zumindest eine, ausgewählte Ver
braucher einen Differentialzylinder aufweist, wird dieser
Verbraucher im halbgeschlossenen Kreislauf bewegt. Diese
Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 8. Beim
Einziehen der im Differentialzylinder gleitend verschiebba
ren Kolbenstange tritt aus dem querschnittsgrößeren Zylin
derraum mehr Hydraulikfluid bzw. -strömungsmittel aus als
die Pumpe in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum, d. h. in
den dort vorliegenden Ringraum fördert. Dieses überschüssige
Öl wird nach der Weiterbildung des Anspruchs 4 über ein
Abströmventil zum Tank geleitet, wobei dessen Öffnungs
charakteristik in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden
kann, das Abbremsen des Verbrauchers möglichst druckarm zu
gestalten.
Vorzugsweise ist das Abströmventil mit zwei Steueran
schlüssen bzw. zwei Vorsteuerungen ausgestattet und dient
damit zusätzlich als Überdruckventil. Die Zulaufleitung des
Abströmventils ist mit derjenigen Pumpenseite verbunden, die
zur Beaufschlagung des querschnittsgrößeren Zylinderraums
des Verbrauchers dient. Die mit diesem Steueranschluß zusam
menwirkende Rückstellfeder ist derart dimensioniert, daß sie
über diesen Steueranschluß die Druckbegrenzungsfunktion für
den Hydraulikkreis auf einen Druck von etwa 200 bar erfolgt.
Um beim Betrieb der Verbraucher im offenen Kreislauf, denen
in der Regel Sperrventile vorgeschaltet sind, die dann
geöffnet werden, den Druck definiert abbauen zu können, ist
es vorteilhaft, den Hydraulikkreis gemäß Anspruch 8 weiter
zubilden. Es ist jedoch auch möglich, die Funktion des denn
Rückschlagventil parallelgeschalteten 2/2-Wegeventils durch
das vorstehend beschriebenen Abströmventil zu erfüllen, dem
dann vorzugsweise ein dritter Steueranschluß bzw. eine
dritte Vorsteuerung zugeordnet wird.
Gemäß der zweiten Variante des Betriebes eines Teils des
Verbrauchers im offenen Kreislauf und eines anderen Teils im
geschlossenen oder halbgeschlossenen Kreislauf wird gemäß
Anspruch 15 dem zumindest einen, im halbgeschlossenen oder
geschlossenen Kreislauf bewegten Verbraucher anstelle eines
2/2-Wegeventils ein 4/3-Wegeventil vorgeschaltet, mit dem
die beiden Arbeitsräume des dem Verbraucher zugeordneten
Arbeitszylinders wechselweise mit dem Pump- bzw. dem Saugan
schluß der Pumpe verbindbar sind. In diesem Fall fördert die
Verstellpumpe lediglich in einer Richtung, so daß die
vorstehend angesprochene Hilfspumpe zur Ermöglichung des Um
schwenkens der Pumpe in den negativen Schwenkwinkelbereich
entfallen kann. Die Weiterbildung des Anspruchs 16 hat
besondere Vorteile insbesondere dann, wenn der Verbraucher
einen Differentialzylinder aufweist, der dann im halbge
schlossenen Kreislauf bewegt bzw. betrieben wird.
Das Abströmventil hat auch in dieser Ausgestaltung zwei
Steueranschlüsse bzw. Vorsteuerungen, von denen der eine den
Druck stromab und der andere den Druck stromauf der Pumpe
führt. In diesem Fall erfüllt das Abströmventil wiederum
eine Druckbegrenzungs- und Zuschaltfunktion.
Vorzugsweise ist die Öffnungscharakteristik des Ab
strömventils gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 18 ausge
führt, wodurch sich ein definiertes bzw. ruckarmes Abbremsen
der Masse am ausgewählten Verbraucher sicherstellen läßt.
Diese Charakteristik läßt sich besonders vorteilhaft und mit
einer besonders einfachen Schaltung dann erreichen, wenn
gemäß Patentanspruch 19 in einer zum Tank führenden Bypass-
Leitung für das Abströmventil eine Drossel vorgesehen ist.
Zur Regelung der Position des Verbrauchers hat es sich als
besonders vorteilhaft erwiesen, dem Regler nicht nur die
Signale eines Wegaufnehmers, sondern zusätzlich Signale
zweier Druckaufnehmer zuzuführen, von denen sich der eine
stromauf und der andere stromab der Pumpe befindet (Anspruch
20).
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
des Hydraulikkreises mit einem im halbgeschlos
senen Kreislauf bewegten Verbraucher;
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer weiteren
Ausführungsform eines Hydraulikkreises;
Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Darstellung
einer dritten Ausführungsform des Hydraulikkrei
ses mit in einer Richtung fördernder Pumpe;
Fig. 4A, 4B Diagramme zur Veranschaulichung der Schalt
charakteristik eines erfindungsgemäßen
Abströmventils in Gegenüberstellung zur
Charakteristik eines herkömmlichen Ventils;
und
Fig. 5 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Hydrau
likkreises für die Verstellung einer Hydropumpe,
wie sie bei den einzelnen Ausführungsformen Ver
wendung finden kann.
In Fig. 1 ist ein Hydraulikkreis zur Versorgung mehrerer,
seriell betriebener Verbraucher gezeigt, die zu einer
hydraulisch gesteuerten Anlage, wie z. B. einer Spritzgieß
maschine, gehören. Die Verbraucher 12 bis 20 werden durch
eine Pumpe 10 mit Förderstrom-Druckregelung versorgt, wobei
die Pumpe 10 als Pumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen
ausgebildet ist, die durch einen Motor 22 angetrieben ist.
Die Verbraucher 12 bis 18 gehören einer ersten Kategorie an,
bei denen es auf die zeitlich genaue Beschleunigung und
Abbremsung bewegter Massen nicht so sehr ankommt. Die Ver
braucher 12 bis 18 sind für den Fall einer Spritzgieß
maschine beispielsweise vom Extruder, von der Spritzeinheit
und ggf. vom Auswerfer gebildet.
Der Verbraucher 20 stellt einen ausgewählten Verbraucher
dar, bei dem es darauf ankommt, eine größere Masse zeitlich
exakt zu beschleunigen bzw. abzubremsen. Für das Anwen
dungsgebiet einer Spritzgießmaschine handelt es sich hier
beispielsweise um die Schließeinheit, bei der erhebliche
Massen in kurzer Zeit beschleunigt und abgebremst werden
müssen.
Um dieses Abbremsen der mit dem Verbraucher gekoppelten
Masse ohne zusätzliche Proportionalventile im Abfluß und
damit mit einem sehr geringen schaltungstechnischen und vor
richtungstechnischen Aufwand durchführen zu können, sind
lediglich die Verbraucher 12 bis 18 im offenen Kreislauf
betrieben, während der ausgewählte Verbraucher 20 im halbge
schlossenen Kreislauf bewegt wird. Dies soll nachfolgend
näher beschrieben werden:
Die Pumpe 10 ist eine über Null verschwenkbare Pumpe mit
verstellbarem Verdrängungsvolumen, d. h. eine Pumpe, deren
Schwenkwinkel in den negativen Bereich verändert werden
kann. Die Pumpe hat zwei Anschlußleitungen 24 und 26, von
denen die Anschlußleitung 24 zu den parallelgeschalteten
Verbrauchern 12 bis 18 führt, denen jeweils ein separates
Sperrventil 12V bis 18V vorgeschaltet ist. Die Verbraucher
12 bis 18 werden ausschließlich dann angesteuert, wenn an
der Pumpe 10 ein positiver Schwenkwinkel eingestellt ist und
dementsprechend die Förderung von Hydraulikströmungsmittel
aus einem Tank 28 über ein Rückschlagventil 30 und die Pumpe
10 in die Anschlußleitung 24 erfolgt.
Von der Anschlußleitung 24 zweigt an der Stelle 32 eine Lei
tung 34 ab, die über ein beispielsweise elektrisch angesteu
ertes 4/2-Wegeventil 36 zu dem querschnittsgrößeren Zylin
derraum 38 des als Differentialzylinder ausgebildeten Ver
brauchers 20 geführt ist. Der kolbenstangenseitige Zylinder
raum 40 in Form eines Ringraums ist über das 4/2-Wegeventil
36 mit einer Leitung 42 koppelbar, die an der Stelle 44 in
die Anschlußleitung 26 der Pumpe 10 mündet. In den Leitungen
24 und 26 sind Druckaufnehmer 46 und 48 angeordnet, deren
Ausgangssignale - wie nachstehend noch näher erläutert wird
- zur Lageregelung des Verbrauchers 20 genutzt werden.
Mit 50 ist eine zweite Saugleitung bezeichnet, aus der die
Pumpe 10 über ein Rückschlagventil 52 Strömungsmittel ansau
gen kann, wenn die Pumpe auf negativen Schwenkwinkel umge
stellt ist. Für den Betrieb der hydraulisch gesteuerten
Anlage soll angenommen werden, daß bei Betätigung eines Ver
brauchers die übrigen vorgeschalteten Ventile 12V, 14V, 16V,
18V in die Sperrposition gebracht sind.
Von der Leitung 34 zweigt eine Zweigleitung 54 ab, die zu
einem Abströmventil 56 geführt ist, das eine Zu
schaltfunktion und eine Druckbegrenzungsfunktion erfüllt. Zu
diesem Zweck sind dem Abströmventil 56 zwei Steueranschlüsse
58 und 60 zugeordnet, die jeweils mit vorzugsweise einstell
baren Steuer-Rückstellfedern 62, 64 zusammenwirken. Der
Steueranschluß 58 ist über die Steuerleitung 66 mit der
Zweigleitung 54 gekoppelt, während der Steueranschluß 60 mit
der Leitung 42 in Verbindung steht. Die Zuschaltfunktion
tritt beispielsweise bei einem Druck im Steueranschluß 60
von etwa 5 bar in Funktion, während die Druckbegrenzungs
funktion bei etwa 200 bar in der Zweigleitung 54 aktiv wird.
Mit 70 ist die Ablaufleitung zum Tank 28 bezeichnet. In der
Ablaufleitung 70 ist ein Vorspannventil 72 angeordnet.
Die Bezugsnummer 74 bezeichnet einen Wegaufnehmer, mit dem
die Position des Verbrauchers 20, beispielsweise des
Schließzylinders der Spritzgießmaschine, erfaßbar und als
Istwert-Signal zusammen nit den Signalen der Druckaufnehmer
46 und 48 zu beiden Seiten der Pumpe 10 dem vorzugsweise
elektrisch arbeitenden Regler für die Position des
Schließzylinders vorgeführt werden kann.
Es sei zunächst angenommen, daß die Kolbenstange des Ver
brauchers 20 ausgefahren werden soll. In diesem Fall ist an
der Pumpe 10 ein positiver Schwenkwinkel eingestellt und das
4/2-Wegeventil 36 geöffnet, während die anderen Sperrventile
12V bis 18V der Verbraucher 12 bis 18 geschlossen sind. Die
Pumpe 10 kann in diesem Fall mehr Fluid in den Raum 38 för
dern als aus dem Ringraum 40 verdrängt wird, so daß das
Abströmventil 56 nicht in Funktion tritt, solange die
Druckbegrenzungsfunktion über den Steueranschluß 58 noch
nicht anspricht. Zum Abbremsen der Kolbenstange bzw. zum Um
steuern der Bewegung am Verbraucher 20 wird die Pumpe 10
über Null zurückverschwenkt, d. h. auf einen negativen
Schwenkwinkel eingestellt.
Pumpen mit verstellbarem Fördervolumen arbeiten in der Regel
so, daß der Ausgangsdruck als Verstelldruck auf die Pumpe
rückgeführt wird. Wenn dementsprechend der Verschwenkwinkel
der Pumpe in den negativen Bereich geändert wird, wird am
Ausgang der Pumpe für einen gewissen Zeitraum der nötige
Verstelldruck von beispielsweise 20 bar nicht mehr erreicht.
Um trotzdem das weitere Zurückschwenken und damit das
Schwenken der Pumpe auf negativen Schwenkwinkel zu er
möglichen, ist die Pumpe 10 mit einer weiteren Hilfspumpe 76
gekoppelt, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als
druckgeregelte Pumpe ausgeführt ist.
In der Fig. 1 ist lediglich schematisch durch ein Kästchen
77 die Schnittstelle angedeutet, über die der Ausgangsdruck
der Hilfspumpe 76 und die Verstellung der Pumpe 10 einwirken
kann. Anhand der Fig. 5 wird im folgenden erläutert, wie
diese Verstellung in einzelnen gemäß einer bevorzugten Aus
führungsform bewirkt wird. Zur Vereinfachung der Beschrei
bung werden für diejenigen Komponenten, die bereits in Fig.
1 gezeigt sind, dieselben Bezugszeichen verwendet:
Die Ausgangsdrücke der Pumpe 10 und der Hilfspumpe 76 liegen
über Leitungszweige 79 bzw. 81 und 83 an Wechselventilen 85
und 87 an, wobei der jeweils höhere, am Wechselventil 85
anliegende Druck zum Wechselventil 87 weitergeschaltet wird.
Die mit 91 bezeichnete Ausgangsleitung des Wechselventils 87
ist einerseits zu einem ersten Stellzylinder 93 und anderer
seits über ein Proportionalventil 95 zu einem zweiten
Stellzylinder 94 geführt. Die dem ersten Stellzylinder 93
zugeordnete Stellfeder 95 wirkt in der gleichen Richtung wie
der Stelldruck im zugehörigen Stellzylinder und versucht,
die Pumpe auf größtmögliches positives Fördervolumen zu
schwenken, während die über das Proportionalventil 95 dem
zweiten Stellzylinder 94 unter Druck zugeführte Steuerflüs
sigkeit der Feder 95 entgegenwirkt. Das Proportionalventil
95 wird elektrisch so angesteuert, daß sich der den momenta
nen Anforderungen entsprechende, d. h. gewünschte Druck bzw.
die gewünschte Fördermenge der Pumpe 10 einstellt.
Man erkennt, daß der Verstelldruck und die Verstellmenge der
druck- und förderstromgeregelten Pumpe 10 von der Hauptpumpe
10 selbst geliefert wird, solange einer der beiden Drücke pA
oder pB auf der Saug- bzw. Druckseite der Pumpe 10 über dem
Ausgangsdruck pH der Hilfspumpe 76 liegt. Wenn dies nicht
mehr der Fall ist, was beim Über-Null-Schwenken der Pumpe
kurzzeitig eintreten kann, wird die Verstelleinrichtung der
Pumpe 10 über das Wechselventil 87 von der Hilfspumpe 76
versorgt.
Bei negativem Verschwenkwinkel der Pumpe ist die Leitung 26
die Speiseleitung, so daß der Ringraum 40 über die Leitung
42 und das 4/2-Wegeventil 36 mit Druckfluid versorgt wird.
Die Kolbenstange wird dementsprechend eingefahren, was
gleichzeitig bedeutet, daß aus dem Zylinderraum 38 mehr
Strömungsmittel verdrängt werden muß als dem Ringraum 40
zugeführt wird. In diesem Betriebszustand öffnet das
Abströmventil 56 und schaltet die Verbindung von der Leitung
54 zur Leitung 70 und damit zum Tank 28 durch.
Wenn einer der Verbraucher 12 bis 18 betätigt wird, d. h.
wenn der Hydraulikkreis ausschließlich im offenen Kreislauf
betrieben wird, so daß eines der Sperrventile 12V bis 18V
geöffnet ist, ist dafür Sorge zu tragen, daß der Druck in
der zugehörigen Verbraucherleitung auch definiert abgebaut
werden kann, d. h., daß die Pumpe auch kurzzeitig in Richtung
Tank fördern kann. Aufgrund des Rückschlagventils 30 ist
dies ohne weiteres nicht möglich. Dem Rückschlagventil 30
ist deshalb ein 2/2-Wegeventil 78 parallelgeschaltet, das
jedesmal dann in die Schaltstellung D gebracht, d. h. durch
geschaltet wird, wenn ein betreffendes, dem jeweiligen
Serienverbraucher 12 bis 18 zugeordnetes Sperrventil 12V bis
18V geöffnet wird.
Die Funktion des 2/2-Wegeventils könnte auch von einem etwas
modifizierten Abströmventil 56 erfüllt werden, dem in diesem
Fall vorzugsweise eine dritte Vorsteuerung bzw. ein dritter
Steueranschluß zugeordnet wird, der einen für den Betrieb
des Serienverbrauchers charakteristischen Druck führt.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Hydrau
likkreises gezeigt, die sich von derjenigen gemäß Fig. 1
lediglich darin unterscheidet, daß eine andere Hilfspumpe
verwendet wird. Die korrespondierenden Komponenten sind ohne
weiteres aus der Zeichnung erkennbar und sollen dementspre
chend zur Vereinfachung der Beschreibung hier nicht noch
einmal erläutert werden.
Anstelle der druckgeregelten Hilfspumpe 76 gemäß Fig. 1 ist
eine Konstantpumpe 176 vorgesehen, die jedoch die gleiche
Funktion wie die Pumpe 76 hat. Die Ausgangsleitung 180 ist
wiederum zur Verstellseite der Pumpe 10 geführt. Zum Auf
bauen eines ausreichend hohen Drucks in der Leitung 180,
d. h. eines ausreichend hohen Verstelldruckniveaus für die
Verstellpumpe 10, arbeitet die Pumpe 176 gegen eine Drossel
182 in einer Ablaufleitung 184. Die Drossel 182 ist über ein
hydraulisch gesteuertes Wegeventil 186 überbrückbar, wobei
der Druck zur Verstellung des Wegeventils 186 von der Aus
gangsleitung der Pumpe 10 abgezweigt wird. Wenn dementspre
chend der Ausgangsdruck der Pumpe 10 den zur Verstellung der
Verstellpumpe nötigen Verstelldruck erreicht, wird das We
geventil 186 durchgeschaltet, so daß die Drossel 182 nicht
mehr wirksam ist. Das von der Hilfspumpe 176 geförderte
Strömungsmittel strömt dann durch die Leitung 184 zum Tank
28. Diese Strömung wird vorteilhafterweise zur Kühlung
und/oder Filterung des Hydraulikströmungsmittels genutzt. Zu
diesem Zweck sind in der Ablaufleitung 184 ein Filter 188
und/oder ein Kühler 190 vorgesehen.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Hydrau
likkreises, die sich funktionell nicht grundsätzlich von den
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheidet, je
doch nicht mit einer über Null verschwenkbaren Ver
stellpumpe, sondern mit einer Verstellpumpe 210 arbeitet,
die nur eine Förderrichtung hat. Bei dieser Ausführungsform
sind diejenigen Komponenten, die den Bestandteilen des
Hydraulikkreises der zuvor beschriebenen Ausführungsformen
entsprechen, mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet,
denen eine "2" vorgestellt ist.
Die Verbraucher 212 bis 218 mit den vorgeschalteten Sperr
ventilen 212V bis 218V werden wiederum ausschließlich im
offenen Kreislauf betrieben, während der Verbraucher 220 im
halbgeschlossenen Kreislauf bewegt wird. Abweichend vom
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dem Verbraucher
220 anstelle des 4/2-Wegeventils 36 ein 4/3-Wegeventil 292
vorgeschaltet, mit dem die beiden Arbeitsräume 238, 240
wechselweise mit dem Pumpanschluß 224 bzw. dem Sauganschluß
226 verbindbar sind. Die Hilfspumpe 76 und 176 der zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispiele kann auf diese Weise
entfallen.
Um sicherzustellen, daß auch bei sehr geringen Drücken am
Verbraucher noch ein ausreichend hoher Verstelldruck für die
Pumpe 210 von deren Ausgang - über eine der Leitung 79 gemäß
Fig. 5 entsprechende Leitung - auf die Stelleinrichtung der
Pumpe gegeben werden kann, ist in der Pumpenleitung 224 zwi
schen den Mündungsstellen M1 und M2 der zum Rückschlagventil
252 bzw. zum Druckbegrenzungsventil 292 führenden Leitungen
ein Vorspannventil 298 vorhanden. Auf diese Weise kann in
der Leitung 234 ein von der Vorspannkraft der Feder des Vor
spannventils abhängiger, ausreichend hoher Restdruck auf
recht erhalten werden, der für die Verstellung der Pumpe in
jedem Fall ausreicht.
Mit 256 ist ein Abströmventil bezeichnet, das an die Leitung
242 angeschlossen ist, welche von der Saugleitung 226
abzweigt. Der dort herrschende Druck wird über den Druckauf
nehmer 248 gemesssen, während der Druck in der Pumpenleitung
224 durch den Druckaufnehmer 246 erfaßt wird. Die Signale
der Druckaufnehmer 246, 248 werden zusammen mit dem Signal
des Wegaufnehmers 274 dem Lageregler des Verbrauchers 220
zugeführt.
Dem Abströmventil 256 sind ebenfalls zwei Steueranschlüsse
258, 260 zugeordnet, um im Zusammenwirken mit zugehörigen,
vorzugsweise einstellbaren Steuer-Rückstellfedern 262, 264
eine Zuschalt- und Druckbegrenzungsfunktion zu erfüllen. Der
die Druckbegrenzungsfunktion sicherstellende Steueranschluß
258 ist über die Steuerleitung 266 an die Leitung 242 und
der andere Steueranschluß 260 über die Steuerleitung 268 an
die Leitung 234 angeschlossen.
Auch in diesem Fall muß beim Einfahren der Kolbenstange am
Verbraucher 220 aus dem Zylinderraum 238 eine Überschuß-
Strömungsmittelmenge verdrängt werden. Dies geschieht
wiederum über das Abströmventil 256, das in dieser Betriebs
phase durchschaltet.
Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 3 als auch bei den
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann über die
Öffnungscharakteristik des Abströmventils 56 bzw. 256 auf
das Verhalten beim Abbremsen der Last derart Einfluß genom
men werden, daß insbesondere ein ruckfreies bzw. ruckarmes
Abbremsen sichergestellt ist.
Fig. 4 stellt die erfindungsgemäße, angestrebte Ven
tilcharakteristik des Abströmventils 56 bzw. 256 der Charak
teristik eines herkömmlichen Abströmventils gegenüber. Fig.
4A zeigt hierbei eine herkömmliche Ausführung, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Druck P2, d. h. der zu haltende
Druck, bei allmählich steigendem Steuerdruck P1 abrupt
abfällt, wobei die Kennlinien für die verschiedenen Durch
flußmengen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Abströmventils die Charakteristik gemäß Fig. 4B
gewählt, d. h. derart, daß der gehaltene Druck P2 bei sehr
kleinen Hydraulikfluid-Durchflüssen im wesentlichen auf
einem konstanten, niedrigen Wert gehalten ist und daß bei
hohen Hyraulikfluid-Durchflüssen ein allmählicher Abbau des
gehaltenen Drucks P2 erfolgt (strichpunktierte Linie). Er
reicht wird dies vorteilhafterweise dadurch, daß einem her
kömmlichen Abströmventil eine Drossel parallelgeschaltet
wird. Im einzelnen zweigt beispielsweise von der Zulauflei
tung des Abströmventils 256 eine zum Tank führende Bypass-
Leitung 299 ab, in der eine Drossel oder Blende 297 geeigne
ten Durchflußquerschnitts sitzt. Solange die Durchflußmenge
Q, d. h. die abzulassende Strömungsmittelmenge größer ist,
sorgt der ausreichend hohe Druckabfall an der Drossel 297
dafür, daß die Ableitung über das Abflußventil erfolgt. Für
Durchflußraten nahe 0 l/min kann der Kurvenabschnitt K*
nicht mehr durch alleinige Variation der Kolbengeometrie
realisiert werden. In dieser Betriebsphase wird die Kurve K*
durch die Drossel 297 garantiert.
Mit dem Bezugszeichen 292 ist ein zusätzliches Druckbe
grenzungsventil zur Absicherung des Hydraulikkreises
bezeichnet, mit dem der maximale Systemdruck beispielsweise
auf 160 bar begrenzbar ist.
Selbstverständlich sind Abweichungen von den zuvor be
schriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Grund
gedanken der Erfindung zu verlassen. So kann der Stellzylin
der des zumindest einen Verbrauchers auch als Gleichgang
zylinder ausgebildet sein, der dann im geschlossenen Kreis
lauf bewegt und betrieben wird.
Die Erfindung schafft somit einen Hydraulikkreis für die
Versorgung mehrerer, seriell betriebener Verbraucher einer
hydraulisch gesteuerten Anlage, insbesondere einer Spritz
gießmaschine, wobei der Hydraulikkreis eine Pumpe mit För
derstrom-Druckregelung hat. Um mit einfachem schaltungs- und
steuerungstechnischen Aufwand größere bewegte Massen abbrem
sen zu können, ist lediglich ein Teil der Verbraucher, wie
z. B. der Extruder, die Spritzeinheit und ggf. der Auswer
fer, im offenen Kreislauf betrieben, während zumindest ein
ausgewählter weiterer Verbraucher, wie z. B. die Schließein
heit der Spritzgießmaschine oder ggfs. der Auswerfer, bei
dem eine größere Masse in wechselnden Richtungen bewegt wer
den muß, im halbgeschlossenen oder geschlossenen Kreislauf
bewegt wird.
Claims (20)
1. Hydraulikkreis für die Versorgung mehrerer, seriell
betriebener Verbraucher einer hydraulisch gesteuerten
Anlage, insbesondere einer Spritzgießmaschine, mit
einer Pumpe (10; 210) mit Förderstrom-Druckregelung,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Verbraucher,
wie z. B. der Extruder, die Spritzeinheit und ggf. der
Auswerfer, im offenen Kreislauf und zumindest ein aus
gewählter Verbraucher (20; 220), wie z. B. die Schließ
einheit der Spritzgießmaschine, bei dem eine größere
Masse in wechselnden Richtungen bewegt werden muß, im
halbgeschlossenen oder geschlossenen Kreislauf bewegt
werden.
2. Hydraulikkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pumpe (10) eine über Null verschwenkbare Pumpe
mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ist und daß zum
Abbremsen des zumindest einen ausgewählten Verbrauchers
(20) die Förderrichtung der Pumpe (10) umkehrbar ist.
3. Hydraulikkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Pumpe (10) eine Hilfspumpe (76; 176) zugeordnet
ist, mit der das Schwenken der Pumpe über Null, d. h.
auf negativen Schwenkwinkel unterstützt bzw. ermöglicht
wird.
4. Hydraulikkreis nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zumindest eine Verbraucher einen
Differentialzylinder (20) aufweist und daß eine Teil
menge des aus dem querschnittsgößeren Zylinderraum (38)
verdrängten Hydraulikfluids über ein Abströmventil (56)
zum Tank (28) geleitet und die andere Teilmenge der
Saugseite (24) der Pumpe (10) zugeführt wird.
5. Hydraulikkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abströmventil (56) zwei Steueranschlüsse (Vor
steuerungen (58; 60) hat, von denen der eine (58) mit
der Zulaufleitung (54) verbunden ist und der andere
(60) den Druck (P2) auf der anderen Seite der Pumpe
(10) führt.
6. Hydraulikkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ablaufleitung (70) des Abströmventils
(56) über ein Vorspannventil (72) zum Tank (28) führt.
7. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß dem zumindest einen Ver
braucher (20) ein 4/2-Wegeventil (36) vorgeschaltet
ist, das gegen die Kraft einer Rückstellfeder aus einer
Durchgangsstellung (A) in eine Sperrstellung (B) ver
schiebbar ist.
8. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe Hydraulikfluid
aus dem Tank über jeweils ein Rückschlagventil (30, 52)
ansaugt und daß demjenigen Rückschlagventil (30), das
in der Normal-Förderrichtung der Pumpe (10) bei Betrieb
der anderen, seriell betriebenen Verbraucher (12 bis
18) im offenen Kreislauf aktiv ist, ein 2/2-Wegeventil
(78) parallelgeschaltet ist, das jedesmal dann durchge
schaltet wird, wenn ein betreffendes, dem jeweiligen
Serienverbraucher zugeordnetes Sperrventil (12V bis
18V) geöffnet wird.
9. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspumpe (76) von ei
ner druckgeregelten Pumpe gebildet ist.
10. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspumpe (176) als
Konstantpumpe ausgebildet ist.
11. Hydraulikkreis nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Konstantpumpe (176) zur zeitlich ge
steuerten Anhebung des Pumpen-Ausgangsdrucks auf das
zur geregelten Verstellung der Pumpe (10) erforderliche
Druckniveau eine Blende (182) nachgeschaltet ist, die
immer dann, wenn der Ausgangsdruck der Pumpe das Ver
stelldruckniveau erreicht, überbrückt wird.
12. Hydraulikkreis nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein die Blende (182) überbrückender Lei
tungszweig über ein Wegeventil (186) geführt ist, das
vom Druck in der Förderleitung (24, 34) der Pumpe (10)
gegen die vorzugsweise einstellbare Kraft einer Rück
stellfeder (187) in die Durchschaltstellung verschieb
bar ist.
13. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Konstantpumpe
(176) ein Kühl- und/oder Filterkreis (184, 188, 190)
speisbar ist.
14. Hydraulikkreis nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Kühler (190) und/oder ein Filter
(188) stromab der Drossel (182) in eine Ablaufleitung
(184) eingegliedert ist bzw. sind.
15. Hydraulikkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pumpe (210) als Pumpe mit verstellbarem Ver
drängungsvolumen ausgebildet ist und dem zumindest
einen, im halbgeschlossenen oder geschlossenen Kreis
lauf bewegten Verbraucher ein 4/3-Wegeventil (292) vor
geschaltet ist, mit dem die beiden Arbeitsräume (238,
240) wechselweise mit dem Pump- (224) bzw. Sauganschluß
(226) der Pumpe (210) verbindbar sind.
16. Hydraulikkreis nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Pumpe (210) Hydraulikfluid über ein
Rückschlagventil (220) ansaugt und daß dem Rückschlag
ventil ein Abströmventil (256) parallelgeschaltet ist,
über das eine Überschuß-Hydraulikfluidmenge zum Tank
(228) ableitbar ist.
17. Hydraulikkreis nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Abströmventil (256) zwei Steueran
schlüsse (258, 260) hat, von denen der eine (258) den
Druck (P1) stromab und der andere (260) den Druck (P2)
stromauf der Pumpe (210) führt.
18. Hydraulikkreis nach einem der Ansprüche 4 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungscharakteristik
des Abströmventils (56; 256) zum ruckarmen Abbremsen
des zumindest einen Verbrauchers (220) so gewählt ist,
daß der gehaltene Druck (P2) bei sehr kleinen Hydrau
likfluid-Durchflüssen im wesentlichen auf einem
konstanten, niedrigen Wert gehalten ist und daß bei ho
hen Hydraulikfluid-Durchflüssen ein allmählicher Abbau
des gehaltenen Drucks (P2) erfolgt.
19. Hydraulikkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß dem Abströmventil (256) eine Drossel (297)
parallelgeschaltet ist.
20. Hydraulikkreis insbesondere nach einem der Ansprüche 1
bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der
Position des Verbrauchers (20; 220) diesem ein Wegauf
nehmer (74; 274) zugeordnet ist, dessen Meßsignal einem
vorzugsweise elektrischen Regler als Istwert zusammen
mit Signalen zweier Druckaufnehmer (46, 48; 246, 248)
zugeführt wird, von denen sich der eine (48; 248)
stromauf und der andere (46; 246) stromab der Pumpe
(10; 210) befindet.
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