DE10062229A1 - Hydraulische Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination insbesondere an der Exzenterwelle einer mechanischen Presse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination insbesondere an der Exzenterwelle einer mechanischen Presse mit einer eine Hydropumpe und bevorzugt auch einen Hydrospeicher aufweisenden Druckmittelquelle zur Versorgung eines die Kupplung und/oder die Bremse betätigenden Hydrozylinders mit Druckmittel. Eine bekannte Steuerung dieser Art weist eine Sicherheitsventilanordnung, die einen Zulaufanschluß aufweist, über den ein Strömungspfad von der Druckmittelquelle zum Hydrozylinder führt, und ein proportional verstellbares Regelventil auf, mit dem der den Hydrozylinder beaufschlagende Druck einstellbar ist. DOLLAR A Ziel der Erfindung ist es, die bekannte hydraulische Steuerung so weiterzuentwickeln, daß sie eine hohe Dynamik besitzt und damit kurze Druckaufbau- und Druckabbauzeiten und eine hohe Regelgüte ermöglicht. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß ein elektrischer Drucksensor vorhanden ist, von dem der den Hydrozylinder beaufschlagende Druck erfaßbar ist, daß eine Regelelektronik vorhanden ist, dem ein dem erfaßten Druck entsprechendes elektrisches Signal des Drucksensors zugeführt wird und daß das Regelventil ein elektrisch ansteuerbares Proportional-Wegeventil ist, das von der Regelelektronik entsprechend dem erfaßten Ist-Druck und dem gewünschten Soll-Druck angesteuert wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuerung, die zur Betätigung einer Kupplungsbremskombination insbesondere der Exzenterwelle einer mecha­ nischen Presse vorgesehen ist und die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.

Eine derartige hydraulische Steuerung ist aus der WO 00/02720 bekannt. Bei die­ ser 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 Pressenzy­ klus wird keine oder nur eine geringe Druckmittelmenge benötigt. Um eine kleine Hydropumpe verwenden zu können, gehört zur Druckmittelquelle ein Hydrospei­ cher, der innerhalb der Zykluszeit, in der vom Hydrozylinder wenig Druckmittel benötigt wird, von der Hydropumpe aufgeladen wird und dann, wenn viel Druck­ mittel benötigt wird, Druckmittel abgibt.

Bei der bekannten hydraulischen Steuerung liegt der Zulaufanschluß einer Si­ cherheitsventilanordnung, 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 Druckregel­ ventil ist ein elektrisch vorgesteuertes Druckregelventil, dessen Regelkolben ei­ nerseits durch einen durch das elektrische Pilotventil eingestellten Druck und durch den Druck am Regelanschluß gesteuert wird. Druckventile neigen im allge­ meinen zum Schwingen. Diese Neigung kann nur durch eine entsprechende Be­ dämpfung 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 genü­ gen.

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.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die hydraulische Steuerung außer mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff zusätzlich mit den Merkmalen aus dem kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgestattet ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupp­ lungsbremskombination ist mittels des Proportional-Wegeventils, des elektrischen Drucksensors und der Regelelektronik ein elektrohydraulischer Druckregelkreis aufgebaut. Ein solcher Regelkreis zeichnet sich gegenüber einem hydromecha­ nisch arbeitenden Druckregelventil durch eine höhere Dynamik und damit durch kürzere Druckänderungszeiten und eine höhere Regelgüte, eine geringere Tem­ peratur- und Viskositätsabhängigkeit, geringere Überschwinger und einen niedri­ ger einstellbaren Druck aus, der bis auf Atmosphärendruck heruntergehen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Besonders bevorzugt ist gemäß Patentanspruch 2 eine Ventilstellung des Regel­ ventils im Sinne von dessen Verwendung als Pressensicherheitsventil überwach­ bar. Dem liegt die Vorschrift zugrunde, daß eine Druckmittelversorgung des die Bremse lösenden und die Kupplung einrückenden Hydrozylinders nur dann mög­ lich sein darf, wenn zwei Wegeventile ordnungsgemäß funktionieren. Für die zy­ klische 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.

Vorteilhafterweise werden gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 die Regelelek­ tronik 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 Hy­ drozylinder herrschende Arbeitsdruck unmittelbar an dem mit dem Hydrozylinder verbunden Arbeitsanschluß des Regelventils abgegriffen werden kann.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungsbremskombination für die Antriebswelle einer mechanischen Presse sind in den Figuren dargestellt. Anhand dieser Figu­ ren wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Proportional-Wegeventil zwischen der Druckmittelquelle und zwei Sicherheitsventilen angeordnet ist und

Fig. 2 das zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Proportional-Wegeventil auch als Sicherheitsventil benutzt wird.

In den beiden Fig. 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 12 07 725 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 vollzy­ lindrischen, 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 bestimm­ ten Kraft betätigt. Bei einem Druckanstieg im Druckraum 20 verringert sich zu­ nächst 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 kur­ zem 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.

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 Beschleunigungssen­ sor 24 und/oder ein Wegsensor 25. Schließlich ist ein weiterer Wegsensor 26 vor­ gesehen, mit dem die Position der Kolbenstange 17 erfaßt werden kann.

Der Hydrozylinder 18 wird mit Druckmittel von einer Druckmittelquelle aus ge­ speist, die im wesentlichen eine Hydropumpe 35 und einen Hydrospeicher 36 umfaßt. Die Hydropumpe 35 mit konstantem Hubvolumen wird von einem Elek­ tromotor 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.

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 Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ist ein Proportional-Wegeventil 40 mit einem mit der Druck­ leitung 38 verbundenen Druckanschluß 41, einem mit dem Tank 37 verbundenen Tankanschluß 42 und mit einem Verbraucheranschluß 43 vorhanden. Das Wege­ ventil 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 Öffnungsquer­ schnitt zwischen dem Druckanschluß und dem Arbeitsanschluß und bei einer Ver­ stellung 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 We­ geventils 40 wird durch einen Weggeber 46 erfaßt.

Zwischen den Verbraucheranschluß 43 des Wegeventils 40 und dem Hydrozylin­ der 18 sind als Sicherheitsventile zwei 4/2-Wege-Schaltventile 48 und 49 einge­ fügt, die von denen jedes einen mit dem Tank 37 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 Ven­ tils 49 mit einem zweiten Verbraucheranschluß des Ventils 48 verbunden ist. Ein zweiter Verbraucheranschluß des Ventils 49 ist wie dessen erster Verbraucheran­ schluß an die Hydroleitung 50 gelegt.

Die beiden Ventile 48 und 49 nehmen unter der Wirkung einer Feder 51 eine Ru­ hestellung ein, in der jedes für sich die Hydroleitung 50 mit dem Tank 37 verbin­ det. Die beiden weiteren Anschlüsse (Druckanschluß und zweiter Verbraucheran­ schluß) jedes Wegeventils 48 und 49 sind in der Ruhestellung dieser Ventile ab­ gesperrt. Befinden sich dagegen beide Wegeventile 48 und 49 in ihrer Arbeits­ stellung, in diese durch Bestromung von jeweils einem Elektromagneten 52 ge­ bracht werden können, so besteht über die beiden weiteren Anschlüsse des We­ geventils 48 und die in Serie dazu liegenden weiteren Anschlüsse des Wegeven­ tils 49 eine Verbindung zwischen dem Druckraum 20 und dem Verbraucheran­ schluß 43 des Wegeventils 40. Somit ist, wenn sich auch nur eines der beiden Wegeventile in seiner Ruhestellung befindet, der Druckraum 20 des Hydrozylin­ ders 18 von Druck entlastet. Jedes der beiden Ventile 48 und 49 ist mit einem Schaltstellungsgeber 53 ausgestattet, der ein Signal abgibt, wenn ein Ventil um­ schaltet. Unterbleibt ein solches Signal, obwohl umgeschaltet werden soll, wird die Anlage stillgesetzt.

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 Aus­ gangssignal 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.

Im Ruhezustand der Presse wird der Pressenstößel 10 durch die Bremse der Kupplungsbremskombination, oberen Totpunkt gehalten. Zu Beginn eines Pres­ senzyklus werden die beiden Sicherheitsventil 48 und 49 umgeschaltet. Die Re­ gelelektronik 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 Geschwin­ digkeit bewegt und dabei die Bremse löst und die Kupplungsteile aneinanderfährt. Das Auftreffen der Kupplungsteile aufeinander mit einer kontrollierten, also redu­ zierter Geschwindigkeit läßt dabei keine oder nur kleine Drucküberschwinger ent­ stehen. 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 ent­ sprechend einem gewünschten Druckprofil geregelt. Die Regelelektronik 61 er­ möglicht 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 Bei­ spiel eine Beschleunigungsregelung während des Kuppel- oder Bremsvorganges mit Hilfe der Sensoren 24 und 25.

Wie beim Beginn eines Pressenzyklus kann auch an dessen Ende der Druck in dem Druckraum 20 geregelt und der Kolben geregelt zurückgefahren werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 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 Wege­ ventil 70 realisiert, das wie das Wegeventil 40 aus Fig. 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 inte­ griert 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.

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 ei­ nen Verbraucheranschluß 43 und den Tankanschluß 42 zum Tank 37 entlastet sind. Durch einen Elektromagneten 45 kann das Wegeventil 70 aus der Endstel­ lung heraus stetig in die eine Richtung verstellt werden, wobei der Öffnungsquer­ schnitt 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.

Das Sicherheitsventil 48 hat einen mit der Druckleitung 38 verbundenen Druckan­ schluß, einen mit dem Tank 37 verbundenen Tankanschluß, einen mit der Hydro­ leitung 50 verbundenen ersten Verbraucheranschluß und einen mit dem Druckan­ schluß 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 abge­ sperrt. Nach Umschaltung des Wegeventils 48 sind der Druckanschluß und der zweite Verbraucheranschluß miteinander verbunden und die beiden anderen An­ schlüsse abgesperrt. Somit entlastet in der Ruhestellung jedes der beiden Wege­ ventile 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.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist beim Kupplungs- und beim Bremsvor­ gang ein Regelung der Geschwindigkeit des Kolbens 19 und des Drucks im Druck­ raum 20 in derselben Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 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. Insge­ samt erhält man somit einen kompakten Steuerungsmodul mit den benötigten Ventilen, der Regelelektronik und der Druckmeßdose.

Claims (6)

1. Hydraulische Steuerung für eine hydraulisch betätigbare Kupplungs­ bremskombination (13) insbesondere an der Exzenterwelle (12) einer mechani­ schen Presse mit einer eine Hydropumpe (35) und bevorzugt auch einen Hydro­ speicher (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 Hydrozylin­ der (18) beaufschlagende Druck erfaßbar ist,
daß eine Regelelektronik (61) vorhanden ist, dem ein dem erfaßten Druck ent­ sprechendes 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 ausge­ stattet 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 Bau­ einheit zusammengefaßt sind.