DE1007627B

DE1007627B - Steuerventil mit Kolbenschieber fuer hydraulische Pressen

Info

Publication number: DE1007627B
Application number: DEM21019A
Authority: DE
Inventors: Hans Scharringhausen
Original assignee: Merklinger Maschinenfabrik G M
Current assignee: Merklinger Maschinenfabrik G M
Priority date: 1953-11-30
Filing date: 1953-11-30
Publication date: 1957-05-02
Also published as: NL88915C; US2919680A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung besteht in einer Verbesserung bekannter Steuerventile mit Kolbenschiebern, die bei hydraulischen Pressen, z.B. Blechbearbeitungsmaschinen mit mehreren Preßzylindern, angewendet werden und zwischen der Druckmittelquelle, z. B. einer Hochdruckölpumpe mit nachgeschaltetem Drucköltank, und den Preß- oder Arbeitszylindern sitzen. Solche Steuerventile können je nach ihrer Anordnung den Druckmittelfluß zu und von nur einem oder mehreren Arbeitszylindern regeln, wobei im ersten Fall nur eine Kolbenkante oder beide Kolbenkanten (d. h. die oberen und auch die unteren Kanten), im zweiten Fall dagegen fast immer beide Kolbenkanten als Steuerkanten im Ventilzylinder ausgenutzt werden. Die Steuerkolben werden von einem Steuergestänge od. dgl. bewegt, geben mit ihren Steuerkanten den Zufluß und Abfluß des Druckmittels mehr oder weniger frei oder sperren ihn ab und steuern damit die Bewegung der Kolben in den Arbeitszylindern.

Die Arbeitskolben können entweder einfach, wobei die Rückführung der Preßwerkzeuge durch starke Federn oder besondere Rückholkolben vorgenommen wird, oder doppelt wirken und bewirken dann das Rückholen selbst. Die Erfindung ist auf Grund von Beobachtungen entstanden, die bei doppelt wirkenden Arbeitskolben gemacht worden sind. Bei ihnen ist die Fläche F_a (Kolbenoberseite), auf die das Druckmittel beim Ärbeitshub einwirkt, bekanntlich erheblich größer als die Fläche F_r (Kolbenunterseite) beim Rückholhub, weil die Kolbenfläche hierbei um den Querschnitt der mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange kleiner ist. Daher müßte die Kolbengeschwindigkeit beim Rückholen V₁. im reziproken Kolbenflächenverhältnis größer als die Kolbengeschwindigkeit beim Arbeitshub V₀ sein, wenn bei beiden Bewegungen die gleiche Druckmittelmenge in der Zeiteinheit in den Zylinderraum einströmt. Wenn also z. B. F_a : F₁. = 2 :1 ist, müßte V_r:V_a = 2:\ sein. Bei einer hydraulischen Abkantpresse mit diesem Kolbenflächenverhältnis wurden jedoch statt der Sollwerte V _a = 2 m/min und V₁. = 4 m/min nur die Istwerte 1,9 bzw. 2,1 m/min festgestellt. Bei den meisten Werkzeugmaschinen mit vor und zurück bewegten Werkzeugen strebt man eine größere Rückhol- als Arbeitsgeschwindigkeit an, so daß die erheblich unter dem Sollwert bleibende Rückholistgeschwindigkeit ein empfindlicher Nachteil ist.

Bei der Prüfung der möglichen Ursachen dieser zu niedrigen Rückholistgeschwindigkeit wurde die Erkenntnis gewonnen, daß der Druckmittelzufluß zu gering ist. Er ist aber, wie weiter überraschend festgestellt wurde, auch beim Arbeitshub in Wirklichkeit zu gering. Es wurde infolgedessen ein bisher verborgen gebliebener Nachteil erkannt, der durch die

Steuerventil mit Kolbenschieber
für hydraulische Pressen

Anmelder:

Merklinger Maschinenfabrik G.m.b.H.,
Merklingen (Kr. Leonberg, Württ.)

Hans Scharringhausen,

Merklingen (Kr. Leonberg, Württ.),

ist als Erfinder genannt worden

Eigenart der Kolbenschieber-Steuerventile bedingt ist, bei denen die Steuerkanten der Kolben zum Zweck einer möglichst feinstufigen Regelung nur sehr kleine Ringspalte in den Zylinderwänden der Ventile freigeben, z. B. in ihren äußersten Stellungen nur Spalte von mm-Bruchteilen Höhe. Diese kleinen Ringspalte haben einen so großen hydraulischen Widerstand, daß die Druckmittelgeschwindigkeit stark abgebremst wird. Hinzu kommt noch, daß die für hydraulisch angetriebene Blechbearbeitungsmaschinen im übrigen besonders geeigneten Spezialpumpen eine insofern ungünstige Charakteristik haben können, daß die Fördermienge bei steigendem Öldruck stark abfällt. Infolgedessen sinkt durch das Verhalten der Pumpen die Druckflußgeschwindigkeit noch weiter ab, so daß auch die Arbeitskolbengeschwindigkeit und damit die Arbeitsgeschwindigkeit der ganzen Maschine kleiner als konstruktiv möglich wird.

Um den Durchflußquerschnitt für alle oder nur bestimmte Arbeitstakte zu vergrößern, lassen sich weder der Durchmesser noch die Steuerwege der Steuerventilkolben beliebig vergrößern. Die Durchmesservergrößerung verbietet sich, weil erfahrungsgemäß dadurch die Führung des Steuerkolbens im Ventil schlechter und das Ventil als Ganzes erheblich teurer wird. Der Vergrößerung der Steuerwege steht entgegen, daß der Steuerventilkolben zumeist in Ab-

hängigkeit von der Werkzeugstellung geführt wird, so daß für Arbeitshub und Rückholen keine unterschiedlichen Steuerventilkolbenbewegungen möglich sind. Ferner kann auf eine feinstufige Regelung derart, daß der Druckmittelzufluß ganz abgesperrt wird, was eben die sehr kleinen Spalte in den Steuerzylinderwänden mitbedingt, nicht verzichtet werden. Infolgedessen scheidet auch die Spaltverbreiterung (in Richtung der Kolbenbewegung) als Mittel zur Beseitigung der beobachteten Nachteile aus.

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Es ist bei in nur einer Richtung durchströmten · Rostschiebern oder Kolbenschiebern bekannt, daß sich bei Steuerventilen der Durchflußquerschnitt eines Druckmittelstromes bei gleichbleibendem Schieberweg dadurch verfielfachen läßt, daß eine" entsprechende Mehrzahl von Schieberkanten und DurchSußöffnungen vorgesehen wird. Diese Maßnahme ist aber bisher bei Steuerventilen für hydraulische Pressen nicht angewendet worden; vermutlich, weil die zuvor erwähnten Erkenntnisse noch nicht vorlagen. Steuerventile für hydraulische Pressen sind auch bereits mit einem zylindrischen Kolbenschieber ausgerüstet worden, der je nach seiner Verschiebung mehrere in Ringnuten des Schiebergehäuses mündende Druckmittekufluß- und -abflußleitungen öffnet oder schließt, hierzu und zur Verbindung der Leitungen mit Eindrehungen versehen ist, deren beiderseitige Umfangskanten mit den gegeneinander versetzten Ringnuten zusammenwirken und dabei zwei oder mehrere Strömungswege beliebiger Strömungsrichtung steuern. Diese Maßnahme ist zu dem Zweck getroffen worden, daß eine Kolbenbewegung mehrere verschiedene Steuervorgänge, z. B. nacheinander oder in verschiedenen Strömungswegen bewirkt. Es handelt sich hierbei also ■— anders ausgedrückt ·— um Ventile für mehrstufige Steuerprogramme, aber nicht um Ventile, mit denen sich die erst vom Erfinder erkannte Aufgabe lösen läßt.

In Abweichung von den und in Abwandlung der eben geschilderten bekannten Maßnahmen besteht die Erfindung darin, daß bei einem für hydraulische Pressen, insbesondere für die Blechbearbeitung mit mehreren Preßzylindern und doppeltwirkenden Kolben bestimmten Steuerventil mit einem zylindrischen Kolbenschieber, der je nach seiner Verschiebung mehrere in Ringnuten des Schiebergehäuses mündende Druckmittelzufluß- und -abflußleitungen öffnet oder schließt, hierzu und zur Verbindung der Leitungen mit Eindrehungen versehen ist, deren beiderseitige Umfangskanten mit den gegeneinander versetzten Ringnuten zusammenwirken und dabei nunmehr gleichzeitig zwei oder mehrere Strömungswege beliebiger Strömungsrichtung steuern, die Druckmittelleitungen in der an sich für einen Strömungsweg bekannten Weise in je mehrere Leitungen verzweigt sind, die in entsprechende Gruppen dadurch parallel geschalteter Ringnuten münden, welchen entsprechende Steuerkantengruppen des Kolbenschiebers zugeordnet sind. Auf diese Weise bleiben die fein-stufige Regelung einerseits und Steuerkolbenwege und -durchmesser andererseits erhalten bzw. umgeändert und es wird trotzdem ein erheblich größerer Druckmittelfluß:- querschnitt geschaffen. Mit Hilfe der Erfindung wird sowohl bei der Rüekholung der Sollwert der Kolbengeschwindigkeit erreicht als auch beim. Arbeitshub die Regelgeschwindigkeit vergrößert.

Die Erfindung soll nunmehr am Beispiel einer KoI-benschieberventilsteuearung, die z. B. für eine hydraulische Abkantpresse bestimmt: ist,, an· Hand der Zeichnung näher erläutert weiden..

Die Steuerung weist als zumeist paarige Hauptelemente zwei Arbeits- oder' Preßzylinder 1°- und %^b mit je einem, doppelt wirkenden Ärb'eitskolben 2? bz.w. 2^b nebst Kolbenstangen 3° bzw.. 3^b und' ferner zwei Staierzylinder 4? und 4⁶ mit je einem Steuerkniben: 5^a bzw.. S^b- nebst S'teuerstangen- 6" bzw.. 6* aiii. Die Kolbenstangen 3^a und 3P greifen; an dem. nicht dargestellten Preß- oder Druckbalken der Abkantpresse an:. Die, Stener.sta.ngen. 6? ttnd. & enden; je in Zahnstangen· Ί" bzw. 7*, ist die die auf einer gsemeinr samen Steuerwelle 8 sitzenden- Steuerritzel 9? bzw.. 9P eingreifen.. Die Steuerwelle 8 ist vorzugsweise auf dem beweglichen Preßbalken gelagert, z. B. mittels der nur angedeuteten Lager 10^a und 10⁶.

Das Druckmittel, z. B. Drucköl von 100 atü aus einem Drucktank, wird über das rechts angesetzte Rückschlagventil in die Zuleitung 12 zu beiden Steuer zylindern 4° und 4⁶ geliefert und durch die Rückleitung 13 aus ihnen wieder ausgeführt. Zwischen der Druckmittelleitung vor dem Rückschlagventil und der Abflußleitung liegt ein umstellbares Hauptventil 11. Das Hauptventil ist, wie dargestellt, z. B. ebenfalls ein Kolbenventil. Beim Hochschieben des Hauptventilkolbens wird die Druckmittelabfuhr gedrosselt. Auch beim Herunterschieben des Hauptventilkolbens wird der Abfluß des Druckmittels gesperrt. In der Zwischenlage kann das aus dem Tank geförderte Druckmittel über das Ventil ungehindert abfließen. In dieser Stellung des Hauptventils 11 bleiben die Arbeitskolben 2^a und 2^b in ihrer jeweiligen Lage stehen.

Die Leitungen 12 und 13 enden über z. B. je drei bzw. je zwei Verzweigungen, der Anzahl und Anordnung noch erläutert werden wird, in ebenfalls je mehreren Riugspalten der Steuerzylinder 4° und 4^&. Die beiden langen Stetierkolben 5^a und 5^b sind auf ihrer Zylinderfläche mit mehreren Eindrehungen versehen, so daß hierdurch dementsprechend viele Kolbenteilflächen und je mehrere vordere und hintere (oder obere und untere) Steuerkanten geschaffen sind. Die unterste Teilfläche dient zugleich dazu, den Druck auf die Abdichtung der Steuerstangen 6^a und 6^b gegen ihre Führungsbuchsen in den Steuerzylindern 4* und 4⁶ zu verringern. Die große Länge und mehrfache Unterteilung der Steuerkolben 5" und 5* bringt eine sehr erwünschte Verbesserung der Steuerkolbenführung mit sich. Im dargestellten Beispiel sind je fünf Eindrehungen und entsprechend viele Steuerkanten vorhanden.

Im Schiebergehäuse der Steuerventile sind je mehrere Ringspalte für die Druckmittelzufuhr zu den Zylinderräumen und getrennt davon je mehrere andere Ringspalte für die Druckmittelabfuhr aus· den Zylinderräumen vorgesehen. Alle zum Zylinderraum einer Kolbenseite gehörenden Ringspalte münden durch entsprechend angeordnete Kanäle in je nur eine Verbindungsleitung zwischen Steuerventil und Arbeitszylinder. Im Ausführungsbeispiel sind demzufolge·, wie üblich, nur zwei Leitungen 14^a und 14^fr zu den Arbeitskolbenoberseiten und zwei andere Leitungen 15» und 15^b zu den Arbeitskolbenunterseiten vorhanden. In den. Leitungen 15^a und 15⁶ liegt je ein Doppelrückschlagventil 16^a bzw. 16*.

Im Schiebergehäuse jedes Steuerventils sind beim Ausführungsbeispiel fünfzehn Rkcgspalte vorhanden-, wie die Zeichnung erkennen läßt. Von ihnen werden z. B... je drei für die Steuerung der Druckmittelzufuhr zur Arbeitskolbenunter- und -Oberseite und je zwei für die Steuerung der Druckmittelabfuhr aus der Arbei.tskolbenunter- und -oberseite verwendet. Da,-durch- wird der Durchflußquerschnitt durch ein Steuerventil für die Zufuhr verdreifacht und für die Mtfuhr verdoppelt. Um das am Steuerschieber entlang in die Schiebergehäuse empö-irgedrückte Druckmittel abzuführen, sind diese durch eine Zweigleitung an dk Rückleitung. 13 angeschlossen.

Auf jeder Seite- des; dargestellten Querschnitts der Steuerventile: sind, fünf kurze Kanäle zu erkennen, die die Ringspalte mit den Leitungen 14?und 15 (beMe α und Ιή verbinden.. Die drei unteren Kanäle zn d«ra Leitungen. 14fl und 1# dienen der Druckmittelzufufcr in die Arbeitszylinder 1° bzw.. l^b beim Arbeitshu-b,

die beiden oberen dagegen der Druckmittelabfuhr bei der Rückholung. Entsprechend dienen die drei unteren Kanäle zu den Leitungen 15" und 15* der Druckmittelzufuhr beim Rückholen und die beiden oberen der Druckmittelabfuhr beim Arbeitshub.

Die Steuerkanten und Ringspalte sind derart zueinander angeordnet, daß — am Ausführungsbeispiel betrachtet — im Fall des Arbeitshubes, d. h. wenn die Kolben 2" und 2^b nach unten gehen soll, die drei parallelen Zufuhrringspalte an den Leitungen 14^a und 14⁶ geöffnet und durch die entsprechenden Eindrehungen des Steuerschiebers mit den drei parallelen Ringspalten der Zufuhrleitung 12 verbunden sind, sowie die zwei parallelen Abfuhrringspalte an den Leitungen 14° und 14^ft und ferner auch die drei parallelen Zufuhrringspalte an den Leitungen 15" und 15* geschlossen sind, während die zwei parallelen Abfuhrringspalte an den Leitungen 15° und 15⁶ geöffnet und durch Eindrehungen des Steuerschiebers mit den beiden parallelen Ringspalten der Rückleitung 13 verbunden sind. Im Fall des Rückholens, d. h. wenn beide Kolben 2" und 2^b aufwärts gehen sollen, ist die Verbindung und der Abschluß der Ringspalte entsprechend umgekehrt.

Sämtliche Parallelschaltungen bzw. Verbindungskanäle der Ringspalte liegen in der Schiebergehäusewandung des Steuerventils. Dies bedingt zwar einen entsprechend vielkanaligen Gußkörper, hat jedoch den Vorzug der Drucksicherheit und des leichten Einbaues der Steuerventile in die Maschinen. Die inneren Kanäle der Steuerventile liegen vorzugsweise in verschiedenen Ebenen. In der Zeichnung sind die Kanäle aus zeichnerischen Gründen sämtlich in die Zeichnungsebene gelegt; jedoch ist durch die Unterbrechung der von den Leitungen 12 und 13 kommenden Kanäle die Lage der Kanäle in verschiedenen Ebenen angedeutet. Die Zeichnung läßt erkennen, daß die in gleicher Druckmittelströmungsrichtung durchflossenen Ringspalte, d. h. die von den Leitungen 12 und 13 kommenden, in der Höhe nur um die nötige Dichtungslänge der Kolbenteilflächen versetzt jeweils den entsprechenden anderen, d. h. den zu den Leitungen 14 und 15 (jeweils α und b) führenden gegenüberstehen. Dadurch werden möglichst geringe Durchflußlängen durch die Ventile und dementsprechend niedrige Strömungswiderstände erzielt.

Die gesteuerte Druckmittelzufuhr zur Parallelführung von zwei oder mehr Arbeitskolben hydraulischer. Pressen und Maschinen, die sich mit den Steuerventilen gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft ausführen läßt, ist bereits bekannt und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Mit ihr wird erreicht, daß jedem Arbeitszylinder eine solche Druckmittelmenge zugeteilt wird, daß die Resultierende des von den Kolben insgesamt erzeugten Druckes mit der Resultierenden der Gegenkraft des Preßgutes zusammenfällt. Es läßt sich damit eine unverklemmte Parallel- oder Geradführung des Preßbalkens oder sonstigen Werkzeuges hydraulischer Maschinen erreichen.

Bei der in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellten Steuerung werden die Kolbenstangen 6" und 6* und mit ihnen die Steuerkolben 5^a und 5* zunächst je nach dem befohlenen Steuervorgang gleichmäßig verstellt, und mit ihnen laufen die durch die Steuerwelle 8 verbundenen Ritzel 9" und 9^b leer mit. Sobald sich jedoch der mit der Steuerwelle verbundene Preßbalken schräg stellt, verdreht sich ein Ritzel gegen das andere und verstellt seine Zähnstange 7° oder 7^b und mit ihm über dieKolbenstangen6^aoder6^& einen der beiden Steuerkolben 5° oder 5^b derart, daß er die Voreilung des betreffenden Arbeitskolbens 2" 5 oder 2^b durch Regelung der Druckmittelzufuhr so lange anhält, bis wieder die Geradstellung des Preßbalkens erreicht ist. Dabei werden bei dem einen Steuerventil die Zufuhrringspalte stärker geöffnet und bei dem anderen Ventil mehr oder weniger oder ganz

ίο verschlossen. Die ganze Einrichtung arbeitet ohne Zwischenschaltung von Hebeln, Gestängen od. dgl. automatisch und feinfühlig.

Die Steuerventile gemäß der Erfindung lassen sich in konstruktiver Hinsicht auch anders ausführen, und sie können auch anders angeordnet werden als in dem zur Erläuterung benutzten Ausführungsbeispiel. Die Erfindung läßt sich in vereinfachter Form z. B. auch zur Steuerung von Maschinen mit nur einfach wirkenden Arbeitskolben verwenden.

Claims

Patentansprüche

1. Steuerventil für hydraulische Pressen, insbesondere für die Blechbearbeitung sowie insbesondere mit mehreren Preßzylindern und doppelt wirkenden Kolben, das einen zylindrischen Kolbenschieber aufweist, der je nach seiner Verschiebung mehrere in Ringnuten des Schiebergehäuses mündende Druckmittelzufluß- und -abflußleitungen öffnet oder schließt, hierzu und zur Verbindung der Leitungen mit Eindrehungen versehen ist, deren beiderseitige Umfangskanten mit den gegeneinander versetzten Ringnuten zusammenwirken und dabei gleichzeitig zwei oder mehrere Strömungswege beliebiger Strömungsrichtung steuern, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich für einen Strömungsweg bekannt, die Druckmittelleitungen in je mehrere Leitungen verzweigt sind, die in entsprechende Gruppen dadurch parallel geschalteter Ringnuten münden, welchen entsprechende Steuerkantengruppen des Kolbensebiebers zugeordnet sind.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Verzweigungen der Druckmittelleitungen zu den Ringnuten in der Wandung des Schiebergehäuses in verschiedenen Achsebenen liegen und die in gleicher Richtung durchflossenen korrespondierenden Ringnuten axial nur um die nötige Dichtungslänge der Kolbenschieberteilflächen gegeneinander versetzt sind.

3. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schiebergehäu'se für jede Seite der Arbeitskolben der Presse fünf Ringnuten vorhanden sind, von denen drei) für die Zufuhr und zwei für die Abfuhr des Druckmittels vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 484 313;
USA.-Patentschrift Nr. 2 592 338;

Dürr-Wachter : Hydraulische Antriebe und Druckmittelsteuerungen an Werkzeugmaschinen, 2. Auflage, 1952, Carl Hanser Verlag, München, S. 176, Abb. 224a und 224b;

Marcel Nicaise: Les mouvements mecaniques; etude descriptive et raisonnee des mecanismes, Paris et Liege, Liblairie polytechnique Ch. Beranger, 1931, S. 62, Fig. 64.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen