[0001] Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuerung, die zur Betätigung einer
Kupplungsbremskombination insbesondere der Exzenterwelle einer mechanischen Presse
vorgesehen ist und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
[0002] Eine derartige hydraulische Steuerung ist aus der WO 00/02720 bekannt. Bei dieser
hydraulischen Steuerung wird in erster Linie dann eine größere Menge Druckmittel benötigt,
wenn sich der Hydrozylinder beim Lösen der Bremse und Schließen der Kupplung bewegt
und wenn der hohe Kupplungsdruck aufgebaut und dazu das Druckmittel komprimiert wird.
In der übrigen Zeit eines Pressenzyklus wird keine oder nur eine geringe Druckmittelmenge
benötigt. Um eine kleine Hydropumpe verwenden zu können, gehört zur Druckmittelquelle
ein Hydrospeicher, der innerhalb der Zykluszeit, in der vom Hydrozylinder wenig Druckmittel
benötigt wird, von der Hydropumpe aufgeladen wird und dann, wenn viel Druckmittel
benötigt wird, Druckmittel abgibt.
[0003] Bei der bekannten hydraulischen Steuerung liegt der Zulaufanschluß einer Sicherheitsventilanordnung,
die zum Beispiel aus zwei schaltstellungsüberwachten Wegeventilen besteht, in einem
Strömungspfad, der von der Druckmittelquelle zu dem Hydrozylinder aufgebaut werden
kann. Außerdem ist ein 3-Wege-Druckregelventil mit einem mit der Druckmittelquelle
verbindbaren Druckanschluß, mit einem Tankanschluß und mit einem Regelanschluß vorhanden,
der mit dem Zulaufanschluß der Sicherheitsventilanordnung verbunden ist. Das Druckregelventil
ist ein elektrisch vorgesteuertes Druckregelventil, dessen Regelkolben einerseits
durch einen durch das elektrische Pilotventil eingestellten Druck und durch den Druck
am Regelanschluß gesteuert wird. Druckventile neigen im allgemeinen zum Schwingen.
Diese Neigung kann nur durch eine entsprechende Bedämpfung vermieden werden kann.
Dadurch aber wird die Zeit zum Aufbau eines Drucks relativ lang. Die Regelgüte ist
verhältnismäßig niedrig. Insofern ist durch ein Druckregelventil nicht in allen Fällen
den gestellten Anforderungen zu genügen.
[0004] Ziel der Erfindung ist es somit, eine hydraulische Steuerung mit den Merkmalen aus
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß sie eine hohe Dynamik
besitzt und damit kurze Druckaufbau- und Druckabbauzeiten und eine hohe Regelgüte
ermöglicht.
[0005] Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die hydraulische Steuerung außer mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff zusätzlich mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 ausgestattet ist.
[0006] Bei einer erfindungsgemäßen Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination
ist mittels des Proportional-Wegeventils, des elektrischen Drucksensors und der Regelelektronik
ein elektrohydraulischer Druckregelkreis aufgebaut. Ein solcher Regelkreis zeichnet
sich gegenüber einem hydromechanisch arbeitenden Druckregelventil durch eine höhere
Dynamik und damit durch kürzere Druckänderungszeiten und eine höhere Regelgüte, eine
geringere Temperatur- und Viskositätsabhängigkeit, geringere Überschwinger und einen
niedriger einstellbaren Druck aus, der bis auf Atmosphärendruck heruntergehen kann.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung kann
man den Unteransprüchen entnehmen.
[0008] Besonders bevorzugt ist gemäß Patentanspruch 2 eine Ventilstellung des Regelventils
im Sinne von dessen Verwendung als Pressensicherheitsventil überwachbar. Dem liegt
die Vorschrift zugrunde, daß eine Druckmittelversorgung des die Bremse lösenden und
die Kupplung einrückenden Hydrozylinders nur dann möglich sein darf, wenn zwei Wegeventile
ordnungsgemäß funktionieren. Für die zyklische Kontrolle der ordnungsgemäßen Funktion
sind die beiden Wegeventile schaltstellungsüberwacht. Bei einer Ausbildung gemäß Patentanspruch
2 ist nun neben dem Regelventil nur noch ein einziges weiteres schaltstellungüberwachtes
Wegeventil notwendig, um der Vorschrift genüge zu leisten.
[0009] Vorteilhafterweise werden gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 die Regelelektronik
und der Drucksensor in das Regelventil integriert. Für eine Druckerfassung ohne lange
Leitung ist es dann günstig, wenn sich das Regelventil zwischen der Sicherheitsventilanordnung
und dem Hydrozylinder befindet, so daß der im Hydrozylinder herrschende Arbeitsdruck
unmittelbar an dem mit dem Hydrozylinder verbunden Arbeitsanschluß des Regelventils
abgegriffen werden kann.
[0010] Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung für eine
hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination für die Antriebswelle einer mechanischen
Presse sind in den Figuren dargestellt. Anhand dieser Figuren wird die Erfindung nun
näher erläutert.
[0011] Es zeigen
- Figur 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Proportional-Wegeventil zwischen der Druckmittelquelle
und zwei Sicherheitsventilen angeordnet ist und
- Figur 2
- das zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Proportional-Wegeventil auch als Sicherheitsventil
benutzt wird.
[0012] In den beiden Figuren 1 und 2 ist der Stößel 10 einer Presse zu erkennen, der über
eine Koppelstange 11 mit einer Exzenterwelle 12 verbunden ist. Diese kann mit Hilfe
einer Kupplung-Brems-Kombination 13 von einem Elektromotor 14 über eine Antriebswelle
15 mit Schwungrad angetrieben werden oder aber abgebremst werden. Derartige Kupplungs-Brems-Kombinationen
sind allgemein, zum Beispiel aus der DE-PS 1 207 725 oder der US-A 3 200 917 bekannt,
so daß sich hier eine nähere Beschreibung erübrigt. Wird keine äußere Kraft aufgebracht,
so ist durch eine Federanordnung 16 die Kupplung gelöst und die Bremse wirksam. Gegen
die Federanordnung kann hydraulisch die Bremse gelöst und die Kupplung eingerückt
werden. Dazu dient ein einseitig wirkender Hydrozylinder 18, dessen Inneres durch
einen Kolben 19, an dem eine Kolbenstange 17 befestigt ist, in einen vollzylindrischen,
kolbenstangenabseitigen Druckraum 20 und in einen ringzylindrischen kolbenseitigen
Aufnahmeraum 21 für die als Schraubendruckfeder ausgebildete Federanordnung 15 aufgeteilt
ist. Bei von Druck entlasteten Druckraum 20 ist die Bremse mit einer durch die Vorspannung
der Schraubendruckfeder 15 bestimmten Kraft betätigt. Bei einem Druckanstieg im Druckraum
20 verringert sich zunächst die Bremskraft, bis schließlich der Druck einen der Vorspannung
der Schraubendruckfeder 15 äquivalenten Wert annimmt. Dann beginnen der Kolben 19
und die Kolbenstange 17 sich zu bewegen. Die Bremse ist gelöst. Nach kurzem Hub, währenddessen
der Druck im Druckraum 20 wegen der steigenden Spannung der Schraubendruckfeder 15
geringfügig zunimmt, legen sich Teile der Kupplung 13 aneinander. Das über die Kupplung
13 übertragbare Drehmoment hängt nun von der Höhe des Druckes im Druckraum 20 ab.
[0013] Mit der Exzenterwelle ist ein Drehwinkelgeber oder ein Drehzahlgeber 22 und mit der
Antriebswelle ein Drehwinkelgeber oder ein Drehzahlgeber 23 gekoppelt. Zur Erfassung
von Zuständen des Pressenstößels 10 dient ein Beschleunigungssensor 24 und/oder ein
Wegsensor 25. Schließlich ist ein weiterer Wegsensor 26 vorgesehen, mit dem die Position
der Kolbenstange 17 erfaßt werden kann.
[0014] Der Hydrozylinder 18 wird mit Druckmittel von einer Druckmittelquelle aus gespeist,
die im wesentlichen eine Hydropumpe 35 und einen Hydrospeicher 36 umfaßt. Die Hydropumpe
35 mit konstantem Hubvolumen wird von einem Elektromotor angetrieben und saugt aus
einem Tank 37 pro Zeiteinheit eine relativ kleine Druckmittelmenge an, die sie in
einen Druckleitung 38 abgibt, an die auch der Hydrospeicher 36 angeschlossen ist.
[0015] Die Einspeisung von Druckmittel in den Druckraum 20 und den Ablauf von Druckmittel
aus dem Druckraum wird bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen durch ein elektrisch
proportional verstellbares Wegeventil und wenigstens ein weiteres elektrisch umschaltbares
Wegeventil gesteuert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein Proportional-Wegeventil
40 mit einem mit der Druckleitung 38 verbundenen Druckanschluß 41, einem mit dem Tank
37 verbundenen Tankanschluß 42 und mit einem Verbraucheranschluß 43 vorhanden. Das
Wegeventil 40 ist von einer federzentrierten Mittelstellung mit negativer Überdeckung
der drei genannten Anschlüsse aus, durch Ansteuerung eines Elektromagneten 44 bzw.
eines Elektromagneten 45 nach entgegengesetzten Richtungen stetig verstellbar, wobei
bei einer Verstellung in die eine Richtung ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Druckanschluß
und dem Arbeitsanschluß und bei einer Verstellung in die entgegengesetzte Richtung
ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Arbeitsanschluß und dem Tankanschluß stetig vergrößert
wird. Die Verbindung des Arbeitsanschlusses zum jeweiligen anderen Anschluß wird dagegen
schon nach kurzem Weg vollständig geschlossen. Der Weg des Steuerkolbens des Wegeventils
40 wird durch einen Weggeber 46 erfaßt.
[0016] Zwischen den Verbraucheranschluß 43 des Wegeventils 40 und dem Hydrozylinder 18 sind
als Sicherheitsventile zwei 4/2-Wege-Schaltventile 48 und 49 eingefügt, die von denen
jedes einen mit dem Tank37 verbunden Tankanschluß und einen ersten Verbraucheranschluß
aufweist, der an eine zum Druckraum 20 des Hydrozylinders 18 führende Hydroleitung
50 angeschlossen ist. Beide Ventile 48 und 49 haben einen Druckanschluß, wobei der
Druckanschluß des Ventils 48 mit dem Verbraucheranschluß des Wegeventils 40 und der
Druckanschluß des Ventils 49 mit einem zweiten Verbraucheranschluß des Ventils 48
verbunden ist. Ein zweiter Verbraucheranschluß des Ventils 49 ist wie dessen erster
Verbraucheranschluß an die Hydroleitung 50 gelegt.
[0017] Die beiden Ventile 48 und 49 nehmen unter der Wirkung einer Feder 51 eine Ruhestellung
ein, in der jedes für sich die Hydroleitung 50 mit dem Tank 37 verbindet. Die beiden
weiteren Anschlüsse (Druckanschluß und zweiter Verbraucheranschluß) jedes Wegeventils
48 und 49 sind in der Ruhestellung dieser Ventile abgesperrt. Befinden sich dagegen
beide Wegeventile 48 und 49 in ihrer Arbeitsstellung, in diese durch Bestromung von
jeweils einem Elektromagneten 52 gebracht werden können, so besteht über die beiden
weiteren Anschlüsse des Wegeventils 48 und die in Serie dazu liegenden weiteren Anschlüsse
des Wegeventils 49 eine Verbindung zwischen dem Druckraum 20 und dem Verbraucheranschluß
43 des Wegeventils 40. Somit ist, wenn sich auch nur eines der beiden Wegeventile
in seiner Ruhestellung befindet, der Druckraum 20 des Hydrozylinders 18 von Druck
entlastet. Jedes der beiden Ventile 48 und 49 ist mit einem Schaltstellungsgeber 53
ausgestattet, der ein Signal abgibt, wenn ein Ventil umschaltet. Unterbleibt ein solches
Signal, obwohl umgeschaltet werden soll, wird die Anlage stillgesetzt.
[0018] An die Hydroleitung 50 ist eine Druckmeßdose 60 angeschlossen, von der somit der
Druck in dem Druckraum 20 des Hydrozylinders 18 erfaßbar ist. Alternativ kann die
Druckmeßdose 60 auch unmittelbar am Verbraucheranschluß 43 des Wegeventils 40 sitzen,
da dort bei geschalteten Ventilen 48 und 49 wenigstens annähernd der gleiche Druck
wie in der Leitung 50 herrscht. Das elektrische Ausgangssignal der Druckmeßdose 60
sowie der Sensoren 22, 23, 24, 25 und 26 werden an eine Regelelektronik 61 gegeben,
von der über einen Verstärker die Elektromagnete 44 und 45 des Wegeventils 40 angesteuert
werden.
[0019] Im Ruhezustand der Presse wird der Pressenstößel 10 durch die Bremse der Kupplungsbremskombination,
oberen Totpunkt gehalten. Zu Beginn eines Pressenzyklus werden die beiden Sicherheitsventil
48 und 49 umgeschaltet. Die Regelelektronik steuert nun den Öffnungsquerschnitt zwischen
den Anschlüssen 41 und 43 des Wegeventils 40 so, daß sich der Kolben 19 des Hydrozylinders
18 mit einer gewünschten und über den Wegaufnehmer 26 rückgemeldeten Geschwindigkeit
bewegt und dabei die Bremse löst und die Kupplungsteile aneinanderfährt. Das Auftreffen
der Kupplungsteile aufeinander mit einer kontrollierten, also reduzierter Geschwindigkeit
läßt dabei keine oder nur kleine Drucküberschwinger entstehen. Anschließend wird durch
Zufuhr von Druckmittel von der Druckmittelquelle über die Anschlüsse 41 und 43 des
Wegeventils 40 in den Druckraum 20 und durch Abfuhr von Druckmittel aus dem Druckraum
über die beiden Anschlüsse 43 und 42 des Wegeventils 40 zum Tank 37 der Druck in dem
Druckraum 20 entsprechend einem gewünschten Druckprofil geregelt. Die Regelelektronik
61 ermöglicht in Verbindung mit den Drehwinkel- oder Drehzahlsensoren 22 und 23 an
der Exzenterwelle 12 und an der Antriebswelle 15 eine weiterführende Regelung des
Kupplungsvorganges. Denkbar ist zum Beispiel eine Schlupfregelung zur Schaltzeitminimierung
oder Verschleißoptimierung. Ebenso denkbar ist zum Beispiel eine Beschleunigungsregelung
während des Kuppel- oder Bremsvorganges mit Hilfe der Sensoren 24 und 25.
[0020] Wie beim Beginn eines Pressenzyklus kann auch an dessen Ende der Druck in dem Druckraum
20 geregelt und der Kolben geregelt zurückgefahren werden.
[0021] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist nur ein einziges 4/2-Wege-Schaltventil,
das mit 48 bezeichnet sein möge, als Sicherheitsventil verwendet. Das zweite Sicherheitsventil
ist durch das vorhandene stetig verstellbare Wegeventil 70 realisiert, das wie das
Wegeventil 40 aus Figur 1 einen Druckanschluß 41, einen unmittelbar mit dem Tank 37
verbunden Tankanschluß 42 und zwei mit der Leitung 50 verbundene Verbraucheranschlüsse
43 aufweist. Das Wegeventil 70 ist also nun unmittelbar dem Druckraum 20 vorgeschaltet.
Natürlich würde auch ein einziger mit der Leitung 50 verbundener Verbraucheranschluß
genügen. Mit dem Wegeventil 70 zu einer Baueinheit zusammengefaßt und in dieses integriert
ist die Druckmeßdose 60, die unmittelbar in einem Verbraucheranschluß 43 den Druck
abgreift, und die Regelelektronik 61. Die Position des Steuerkolbens des Wegeventils
70 ist durch einen Weggeber 46 erfaßbar. Außerdem überwacht ein Schaltstellungsgeber
53 das Wegeventil 70.
[0022] Das Wegeventil 70 nimmt unter der Wirkung einer Feder 71 eine Endstellung ein, in
der die Leitung 50 und damit der Druckraum 20 des Hydrozylinders 18 über einen Verbraucheranschluß
43 und den Tankanschluß 42 zum Tank 37 entlastet sind. Durch einen Elektromagneten
45 kann das Wegeventil 70 aus der Endstellung heraus stetig in die eine Richtung verstellt
werden, wobei der Öffnungsquerschnitt zwischen den beiden Anschlüssen 42 und 43 immer
kleiner gemacht wird, ehe nach einer Phase negativer Überdeckung zwischen den Anschlüssen,
nach der der Tankanschluß abgesperrt ist, ein Öffnungsquerschnitt zwischen dem Druckanschluß
41 und einem Verbraucheranschluß 43 immer mehr aufgemacht wird.
[0023] Das Sicherheitsventil 48 hat einen mit der Druckleitung 38 verbundenen Druckanschluß,
einen mit dem Tank 37 verbundenen Tankanschluß, einen mit der Hydroleitung 50 verbundenen
ersten Verbraucheranschluß und einen mit dem Druckanschluß 41 des Wegeventils 70 verbundenen
zweiten Verbraucheranschluß und nimmt unter der Wirkung einer Feder 51 eine Ruhestellung
ein, in der der erste Verbraucheranschluß mit dem Tankanschluß, also die Hydroleitung
50 mit dem Tank 37 verbunden ist. Die beiden weiteren Anschlüsse (Druckanschluß und
zweiter Verbraucheranschluß) des Wegeventils 48 sind in der Ruhestellung abgesperrt.
Nach Umschaltung des Wegeventils 48 sind der Druckanschluß und der zweite Verbraucheranschluß
miteinander verbunden und die beiden anderen Anschlüsse abgesperrt. Somit entlastet
in der Ruhestellung jedes der beiden Wegeventile 48 und 70 den Druckraum 20 für sich
allein zum Tank. Also müssen beide Wegeventile aus ihre Ruhestellung gebracht worden
sein, damit ein Zufluß von Druckmittel zum Druckraum 20 möglich ist.
[0024] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist beim Kupplungs- und beim Bremsvorgang ein
Regelung der Geschwindigkeit des Kolbens19 und des Drucks im Druckraum 20 in derselben
Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit dem proportional verstellbaren
Wegeventil 70, der Regelelektronik 61 und den verschieden Sensoren möglich. Darüber
hinaus erfüllt das zur Regelung benutzte Wegeventil auch die Funktion eines Sicherheitsventils.
Das Sicherheitsventil 48 kann in Zwischenplattenbauweise unmittelbar am Wegeventil
70 sitzen: Insgesamt erhält man somit einen kompakten Steuerungsmodul mit den benötigten
Ventilen, der Regelelektronik und der Druckmeßdose.
1. Hydraulische Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination
(13) insbesondere an der Exzenterwelle (12) einer mechanischen Presse mit einer eine
Hydropumpe (35) und bevorzugt auch einen Hydrospeicher (36) aufweisenden Druckmittelquelle
zur Versorgung eines die Kupplung und/oder die Bremse betätigenden Hydrozylinders
(18) mit Druckmittel, mit einer Sicherheitsventilanordnung (48, 49), die einen Druckanschluß
aufweist, über den ein Strömungspfad von der Druckmittelquelle (35, 36) zum Hydrozylinder
(18) führt,
und mit einem proportional verstellbaren Regelventil (40, 70), mit dem der Druck einstellbar
ist, von dem der Hydrozylinder (18) beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektrischer Drucksensor (60) vorhanden ist, von dem der den Hydrozylinder (18)
beaufschlagende Druck erfaßbar ist,
daß eine Regelelektronik (61) vorhanden ist, dem ein dem erfaßten Druck entsprechendes
elektrisches Signal des Drucksensors (60) zugeführt wird
und daß das Regelventil (40, 70) ein elektrisch ansteuerbares Proportional-Wegeventil ist,
das von der Regelelektronik (61) entsprechend dem erfaßten Ist-Druck und dem gewünschten
Soll-Druck angesteuert wird.
2. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilstellung des Regelventils (70) im Sinne von dessen Verwendung als Sicherheitsventil
überwacht wird.
3. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (70) mit einem Wegaufnehmer (46) für die Ventilposition ausgestattet
ist und daß die Überwachung der Ventilstellung mittels Auswertung des Ausgangssignals
des Wegaufnehmers (46) geschieht.
4. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (70) mit einem Ventilstellungsgeber (53) ausgestattet ist, mit dem
die bestimmte Ventilstellung erfaßbar ist.
5. Hydraulische Steuerung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelektronik (61) und das Regelventil (70) zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind.
6. Hydraulische Steuerung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (60) und das Regelventil (70) zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind.