Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Spannvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 an der Anzapfung im Hegesteuerventil abgegriffenen 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 Steildruck 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.
Bei einer aus US 5,819,783 bekannten elektropneumatischen Steuervorrichtung ist in einem pneumatisch gegen Federdruck vorgesteuerten 3/2-Wegesteuerventil eine Druckfühleinrichtung zum Messen des. Drucks in einem Verbraucheranschluss vorgesehen, um festzustellen, ob sich der Ventilschieber gegen die Kraft einer Feder aus einer ersten Stellung ordnungsgemäß in die zweite Stellung bewegt hat. Die Druckfühleinrichtung kann ein Signal erzeugen, das mit dem abgegriffenen Druck, der der Lastvorrichtung zugeführt wird, korrespondiert. Das Drucksignal wird an eine Steuereinrichtung als ein Analogsignal oder in digitalem Format übertragen.
Von Interesse sind ferner: EP 1 150 019 A, EP 0 884 484 A, US 6 199 378 B.
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.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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 abgreift, d.h. dort, wo er an das Spannelement übertragen und auch zum Übertragen auf den Regelkolben abgegriffen wird, und so die Steuervorrichtung aussagekräftig informiert, ob der Ist-Spanndruck mit dem Soll-Spanndruck übereinstimmt oder nicht. Der Analog-Druckaufnehmer nutzt auf diese Weise die Anzapfung, die ohnedies für die ordnungsgemäße Funktion des Spanndruckventils vorhanden ist. 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.
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.
Ein drucksensitives Wandlerelement im Analog-Druckaufnehmer generiert eine zum Ist-Spanndruck proportionale Signalspannung oder einen Signalstrom, d.h. eine per manente 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.
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.
Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
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.
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.
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.
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 O mittels eines Schwarz/Weiß-Magneten 17 in eine Durchgangsstellung c umschaltbar. Im Sicherungsventil C ist eine Absperrvorrichtung D enthalten, die in der Absperrstellung O in beiden Strömungsrichtungen leckagefrei absperrt. In der in Fig.1 gezeigten Absperrstellung O des Sicherungsventils C kann demzufolge kein Druckmittel aus der Steuerkammer 14 abfließen, jedoch auch kein Druckmittel über das Proportional-Druckregelventil B eingespeist werden.
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-Druckregetvenüt 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.
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.
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 Proporbonal-Druckregelvenfil 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.
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.