[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Spannvorrichtung gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Bei der bekannten und gattungsgemäßen elektrohydraulischen Spannvorrichtung gemäß
DE 44 23 585 A ist dem Regelkolben des Spanndruckventils ein elektrischer Schalter
zugeordnet, der an die übergeordnete Steuervorrichtung ein Signal überträgt, sobald
der Regelkolben druckabhängig eine Position einnimmt, die dem Soll-Spanndruck oder
einem Druck nahe beim Soll-Spanndruck entsprechen soll. Auf diese Weise wird die Einstellung
des Sollspanndrucks oder das Nichterreichen des Sollspanndrucks an die Steuervorrichtung
gemeldet. Über die Steuervorrichtung werden dann die entsprechenden Arbeitsabläufe
in der Werkzeugmaschine gesteuert oder zumindest freigegeben oder unterdrückt. Der
Regelkolben spielt in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung durch den Ist-Spanndruck
und dem entgegengesetzten Druck der Stellfeder, deren Vorspanndruck über den hydraulischen
Druck in der Steuerkammer eingestellt wird. Druckschwankungen im System, beispielsweise
hervorgerufen durch Leckage im Spannelement, durch einen Speicher-Ladebetrieb, oder
durch andere Einflüsse, hat der Regelkolben auszugleichen, der jedoch relativ eng
eingepasst sein muss und deshalb speziell mit geringen Druckschwankungen nicht zufriedenstellend
zurecht kommt. Solche Spielbewegungen des Regelkolbens zum Ausgleichen von Druckschwankungen
können die Aussagekraft der Signale des elektrischen Schalters für die Steuervorrichtung
beeinträchtigen, so dass die Steuervorrichtung unter ungünstigen Betriebszuständen
eine unrichtige oder gar keine bzw. keine nutzbare Information erhält. Ferner können
Einflüsse im elektrischen System dazu führen, dass das Proportional-Druckregelventil
bei einer Stromänderung den Stelldruck in der Steuerkammer ungewollt verändert, wodurch
der eingestellte Spanndruck vom Soll-Spanndruck abweicht, ohne dass die Steuervorrichtung
darüber informiert ist. Es verhindert zwar das Sicherungsventil das ungewollte Absenken
des eingestellten Stelldrucks in der Steuerkammer, jedoch kann das Proportional-Druckregelventil
bei einer Stromänderung den Stelldruck erhöhen. Auch das Wegesteuerventil kann Einfluss
auf den Spanndruck nehmen. Alle vorerwähnten Einflüsse können einzeln oder in Kombination
dazu führen, dass der Ist-Spanndruck für das Spannelement ungewollt vom Soll-Spanndruck
abweicht, woraus Schäden in der Werkzeugmaschine, dem Spannelement oder an Werkstücken
resultieren können.
[0003] Von Interesse sind ferner: EP 1 150 019 A, EP 0 884 484 A, US 6 199 378 B.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrohydraulische Spannvorrichtung
der eingangs genannten Art baulich einfach und dennoch mit hoher Betriebssicherheit
für das Spannelement, die Werkstücke und die Werkzeugmaschine auszubilden.
[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0006] Die elektrohydraulische Spannvorrichtung ist baulich einfach und arbeitet zuverlässig,
weil einfache und kostengünstige Ventile eingesetzt werden können, bei denen keine
teuren und komplizierten Überwachungs-Einrichtungen vorgesehen werden. Die Betriebssicherheit
ist hoch, da der Analog-Druckaufnehmer den Ist-Spanndruck im Wegesteuerventil, d.h.
dort, wo er an das Spannelement übertragen wird, abgreift und so die Steuervorrichtung
aussagekräftig informiert, ob der Ist-Spanndruck mit dem Soll-Spanndruck übereinstimmt
oder nicht. Irgendwelche Einflüsse auf den Spanndruck werden nicht am Entstehungsort
oder in den für die Entstehung verantwortlichen Ventil berücksichtigt, sondern indirekt
über ihre Auswirkung auf den Ist-Spanndruck. Dies vereinfacht den Überwachungsaufwand
erheblich. Ferner bietet der Analog-Druckaufnehmer die Möglichkeit, durch einen Ist-Wert/Soll-Wert-Abgleich
eine permanente oder zyklische Regelung vorzunehmen, d.h., bei Auftreten einer Abweichung
unabhängig davon nachzuregeln, an welcher Stelle ein Einfluss auf den Spanndruck aufgetreten
ist. Es wird die Erkenntnis berücksichtigt, dass es letztendlich nur darauf ankommt,
dass der Ist-Spanndruck am Spannelement mit dem Soll-Spanndruck übereinstimmt oder
rasch in Übereinstimmung zu bringen ist, weil Schäden erst im Spannelement oder über
das Spannelement hervorgerufen werden, unabhängig davon, wo innerhalb der Hydrauliksteuerung
Einfluss auf die Spanndruckeinstellung genommen wird.
[0007] Baulich einfach wird der Analog-Druckaufnehmer am Wegesteuerventil montiert. Er greift
den Ist-Spanndruck dort ab, wo er an das Spannelement übertragen wird, zweckmäßig
dort, wo der Ist-Spanndruck auch zum Übertragen auf den Regelkolben abgegriffen wird.
Der Analog-Druckaufnehmer nutzt auf diese Weise die Anzapfung, die ohnedies für die
ordnungsgemäße Funktion des Spanndruckventils vorhanden ist.
[0008] Als flankierende Maßnahme kann das Sicherungsventil mit einer Absperrvorrichtung
ausgebildet werden, die in der Absperrstellung des Sicherungsventils in beiden Strömungsrichtungen
leckagefrei dicht ist. Stromänderungen, durch die beispielsweise das Proportional-Druckregelventil
veranlasst werden könnte, den Stelldruck in der Steuerkammer ungewollt zu erhöhen,
können sich in der Absperrstellung des Sicherungsventils nicht mehr in der Steuerkammer
auswirken. Es kann sogar eine Steuerroutine angewendet werden, bei der nach korrekter
Einstellung des Soll-Spanndrucks bzw. des korrekten Stelldrucks in der Steuerkammer
das Proportional-Druckregelventil bei in der Absperrstellung befindlichem Sicherungsventil
abgeschaltet wird, und nur bei einer gewollten Änderung des Stelldrucks betätigt wird.
[0009] Ein drucksensitives Wandlerelement im Analog-Druckaufnehmer generiert eine zum Ist-Spanndruck
proportionale Signalspannung oder einen Signalstrom, d.h. eine permanente analoge
Information für die Steuervorrichtung, aus der diese permanent über die Druckverhältnisse
im Spannelement informiert ist. Das Signal des Analog-Druckaufnehmers kann bei einer
einfachen elektrohydraulischen Spannvorrichtung gegebenenfalls nur zum Anzeigen eines
Gut- oder Fehlersignals verarbeitet werden. Zweckmäßig ist die Steuervorrichtung aber
so ausgelegt, dass sie in einer geschlossenen Regelschleife Einfluss auf die Einstellung
des Spanndrucks nimmt, sobald Abweichungen zwischen dem Ist-Spanndruck und dem gewünschten
Soll-Spanndruck gemeldet werden.
[0010] Im Hinblick auf eine kompakte Bauform sind das Sicherungsventil und das Proportional-Druckregelventil
gemeinsam in einem Kopfteil der Steuerkammer untergebracht. Auch die Magneten des
Sicherungsventils und des Proportional-Druckregelventils können in kostengünstiger
Weise und zum Einsparen von Einbauraum zu einem Doppelmagneten zusammengefasst sein.
[0011] Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- ein schematisches Blockschaltbild einer elektrohydraulischen Spannvorrichtung,
- Fig. 2
- eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer konkreten Ausführung der Hydrauliksteuerung,
und
- Fig. 3
- einen Teilschnitt in der Schnittebene III-III in Fig. 2.
[0012] Eine elektrohydraulische Spannvorrichtung S für eine Werkzeugmaschine (nicht gezeigt)
umfasst als Hauptkomponenten ein hydraulisch betätigbares Spannelement 1, eine Hydrauliksteuerung
H und eine übergeordnete Steuerung 4, z.B. eine elektronische Steuerung, ggfs. mit
Regelfunktion, und einer Einstellvorrichtung 5 zum elektrischen Einstellen des Spanndrucks.
Femer kann eine Anzeige 6 für ein Gut- oder Fehler-Signal vorgesehen sein.
[0013] Das Spannelement 1 ist über Arbeitsleitungen 2, 3 an die Hydrauliksteuerung H angeschlossen,
die von einer Pumpe P (oder aus einem Druckspeicher) versorgt wird. In einem von der
Pumpe P ausgehenden Hauptkreis 19 ist ein Spanndruckventil V (z.B. ein Druckminderventil)
mit einem Regelkolben K angeordnet, der den Spanndruck für ein Wegesteuerventil W
einstellt, von dem die Arbeitsleitungen 2, 3 ausgehen. Vom Hauptkreis 19 zweigt stromauf
des Spanndruckventils V ein Einstell-Vorsteuerkreis 15 zu einer Steuerkammer 14 des
Spanndruckventils V ab. In der Steuerkammer 14 ist ein Einstellkolben 13 verschiebbar
angeordnet, der zum Vorspannen einer Einstellfeder 12 für den Regelkolben K dient.
[0014] Das Wegesteuerventil W wird, durch zwei Magneten 7, 8 aus der gezeigten Neutralstellung
in jeweils eine Steuerstellung verstellt. Im Wegesteuerventil W ist eine Anzapfung
9 für den Ist-Spanndruck vorgesehen, der entweder in die Arbeitsleitung 2 oder in
die Arbeitsleitung 3 eingespeist wird. An die Anzapfung 9 ist eine Steuerleitung 10
angeschlossen, die zum Spanndruckventil V führt, derart, dass der Regelkolben K gegen
die Kraft der Einstellfeder 12 vom Ist-Spanndruck beaufschlagt wird. Von der Steuerleitung
10 zweigt eine Steuerleitung 11 zu einem Analog-Druckaufnehmer A ab, der beispielsweise
ein Wandlerelement 30 enthält, das aus dem Ist-Spanndruck in der Steuerleitung 11
ein proportionales Spannungs- oder Stromsignal erzeugt und an die Steuervorrichtung
4 überträgt. Eine Rücklaufleitung 16 führt zu einem Tank T.
[0015] Im Einstell-Vorsteuerkreis 15 zur Steuerkammer 14 sind hintereinander ein Proportional-Druckregelventil
B und ein Sicherungsventil C angeordnet. Der Stelldruck in der Steuerkammer 14 wird
mittels eines Proportionalmagneten 18 des Proportional-Druckregelventils eingestellt,
das ebenfalls an die Rücklaufleitung 16 angeschlossen ist. Das Sicherungsventil C
ist zwischen der durch eine Feder 28 eingestellten Absperrstellung ○ mittels eines
Schwarz/Weiß-Magneten 17 in eine Durchgangsstellung c umschaltbar. Im Sicherungsventil
C ist eine Absperrvorrichtung D enthalten, die in der Absperrstellung ○ in beiden
Strömungsrichtungen leckagefrei absperrt. In der in Fig.1 gezeigten Absperrstellung
○ des Sicherungsventils C kann demzufolge kein Druckmittel aus der Steuerkammer 14
abfließen, jedoch auch kein Druckmittel über das Proportional-Druckregelventil B eingespeist
werden.
Funktion:
[0016] Abhängig vom Typ des Spannelements 1, den zu spannenden Werkstücken und/oder der
Art der Bearbeitung in der Werkzeugmaschine, wird der Soll-Spanndruck mittels der
Einstellvorrichtung 5 eingestellt. Der Proportionalmagnet 18 erhält Strom mit einem
bestimmten Wert, z.B. sobald das Wegesteuerventil W in eine seiner Steuerstellungen
gestellt ist. Gleichzeitig wird das Sicherungsventils C aus der gezeigten Absperrstellung
O in seine Durchgangsstellung c geschaltet (Bestromen des Schwarz/Weiß-Magneten 17).
In der Steuerkammer 14 wird der Stelldruck eingestellt, der eine bestimmte Position
des Einstellkolbens 13 und eine bestimmte Vorspannung der Einstellfeder 12 bewirkt,
die den Regekolben K gegen den Ist-Spanndruck in der Steuerleitung 10 belastet. Der
zunächst das Spanndruckventil V voll öffnende Regelkolben K drosselt eine Blende im
Spanndruckventil V ein, bis der Soll-Spanndruck im Hauptkreis 19 stromab des Spanndruckventils
V eingestellt ist. Der Analog-Druckaufnehmer 30 meldet den Ist-Spanndruck an die Steuervorrichtung
4, die einen Abgleich zwischen dem Ist-Spanndruck und dem Soll-Spanndruck vornehmen
kann. Stimmt der Ist-Spanndruck mit dem Soll-Spanndruck überein, dann wird zunächst
das Sicherungsventil C in die Absperrstellung O geschaltet und nachfolgend der Proportionalmagnet
18 des Proportional-Druckregelventils B vollständig entregt. Dadurch wird der Vorsteuer-Einstellkreis
15 zwischen dem Proportional-Druckregelventil B und dem Sicherungsventil C zur Rücklaufleitung
16 entlastet. Der Stelldruck in der Steuerkammer 14 bleibt gehalten. Tritt eine Abweichung
des Ist-Spanndrucks, vom Analog-Druckaufnehmer A gemeldet, gegenüber dem Soll-Spanndruck
auf, dann wird entweder die Anzeige 6 betätigt, oder es wird eine Regelung vorgenommen,
derart, dass über das Proportional-Druckregelventil B und das Sicherungsventil C der
Stelldruck in der Steuerkammer 14 entsprechend verändert wird, bis der Ist-Spanndruck
wieder mit dem Soll-Spanndruck übereinstimmt. Eine solche Nachregelung wird auch vorgenommen,
falls z.B. für eine neue Werkstückserie ein anderer Spanndruck als zuvor einzustellen
ist.
[0017] Die Hydrauliksteuerung H in den Fig. 2 und 3 ist aus mehreren Blöcken zusammengesetzt,
in denen das Spanndruckventil V, das Wegesteuerventil W, das Proportional-Druckregelventil
B, und das Sicherungsventil C enthalten sind. Das Proportional-Druckregelventil B
und das Sicherungsventil C sind nebeneinander in einem Kopfteil 20 der Steuerkammer
14 angeordnet, in der der Einstellkolben 13 die Einstellfeder 12 beaufschlagt. Das
in Fig. 2 linke Ende des Regelkolbens K ist zur Rücklaufleitung 16 entlastet. Am in
Fig. 2 rechten Ende des Regelkolbens K steht über die Steuerleitung 10 der Ist-Spanndruck
an. Der Analog-Druckaufnehmer A ist direkt auf dem auch das Wegesteuerventil W enthaltenden
Block montiert, derart, dass er den Druck in der Steuerleitung 10 (bzw. der hier nicht
näher hervorgehobenen Anzapfung 9) abgreift. Die Magneten 18, 17 sind in einem Doppelmagneten
21 zusammengefasst, der einen einzigen Steckanschluss 29 aufweist.
[0018] In Fig. 3 ist zu sehen, dass der Einstell-Vorsteuerkreis 15 in einer Kammer 22 im
Kopfteil 20 mündet. In der Kammer 22 ist das Proportional-Druckregelventil B untergebracht
(Einschraubventil). Vom Proportional-Druckregelventil B führt ein Kanal 23 zu einer
Kammer 24, in der das Sicherungsventil C montiert ist. Das Sicherungsventil C weist
einen hohlen Ventileinsatz 25 auf, an dem ein Ventilsitz 26 geformt ist. Der Ventilsitz
26 arbeitet mit einem Schließelement 27 zusammen, das eine kugelige oder konische
Dichtfläche hat (Sitzventil) und durch eine Feder 28 in Strömungsrichtung vom Kanal
23 zur Steuerkammer 14 das Schließelement 27 in Richtung zum Ventilsitz 26 beaufschlagt.
Das Schließelement 27 kann durch den Schwarz/Weiß-Magneten 18 gegen die Kraft der
Feder 28 vom Ventilsitz 26 abgehoben werden (Durchgangsstellung). Fig. 3 verdeutlicht
die Absperrstellung des Sicherungsventils C.
[0019] Die Absperrvorrichtung D des Sicherungsventils ist nicht zwingend erforderlich. Es
könnte das Sicherungsventil auch so ausgebildet sein, dass es in der Absperrstellung
nur in Strömungsrichtung von der Steuerkammer 14 zum Proportional-Druckregelventil
B leckagefrei abdichtet. Die Magneten 17, 18 könnten voneinander getrennte Einheiten
sein. Auch die Ventile B, C könnten anders angeordnet sein als gezeigt.
1. Elektrohydraulische Spannvorrichtung (S) für eine Werkzeugmaschine, mit einem über
ein Wegesteuerventil (W) in einem Hauptkreis (19) und ein diesem vorgesetztes Spanndruckventil
(V) betätigbaren Spannelement (1), einem in einem zu einer Steuerkammer (14) des Spanndruckventils
(V) führenden, hydraulischen Vorsteuerkreis (15) stromauf eines Sicherungsventils
(C) angeordneten Proportional-Druckregelventil (B) zum Einstellen eines mit dem Soll-Spanndruck
korrespondierenden Stelldrucks zum Vorspannen einer Stellfeder, die im Spanndruckventil
(V) einen den Soll-Spanndruck stromauf des Wegesteuerventils (W) einstellenden Regelkolben
(K) gegen den im Wegesteuerventil (W) abgegriffenen Ist-Spanndruck beaufschlagt, und
mit einer Steuervorrichtung (4) zum Betätigen des Proportional-Druckregelventils (B)
und des Sicherungsventils (C), dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen, Überwachen und/oder Regeln des Stelldrucks in der Steuerkammer (14)
und/oder des vom Regelkolben (K) eingestellten Soll-Spanndrucks ausschließlich ein
Analog-Druckaufnehmer (A) für den Ist-Spanndruck vorgesehen und als Ist-Wertgeber
an die Steuervorrichtung (4) angeschlossen ist.
2. Elektrohydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Druckaufnehmer (A) am Wegesteuerventil (W) montiert und an eine Ist-Spanndruck-Anzapfung
(9) des Wegesteuerventils angeschlossen ist, vorzugsweise an die Anzapfung (9) zum
Übertragen des Ist-Spanndrucks auf den Regelkolben (K) des Spanndruckventils (V).
3. Elektrohydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungs-Ventil zwischen einer den Stelldruck in der Steuerkammer (14) leckagefrei
haltenden Absperrstellung (C) und einer Durchgangsstellung verstellbar ist, und dass
das Sicherungsventil (C) eine Absperrvorrichtung (D) aufweist, die in der Absperrstellung
des Sicherungsventils in beiden Strömungsrichtungen leckagefrei dicht ist.
4. Elektrohydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Druckaufnehmer (A) ein drucksensitives Wandlerelement (38) aufweist, mit
dem proportional eine zum Ist-Spanndruck eine Signalspannung oder ein Signalstrom
generierbar ist.
5. Elektrohydraulische Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsventil (C) und das Proportional-Druckregelventil (B) in einem Kopfteil
(20) der Steuerkammer (14) gemeinsam angeordnet sind, und dass der Proportionalmagnet
(18) des Proportional-Druckregelventils (B) und der Schwarz/Weiß-Magnet (17) des Sicherungsventils
(C) zu einem Doppelmagneten (21) zusammengefasst sind, der am Kopfteil montiert ist.