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Steuerung für hydraulisch betriebene Scheren, Pressen und andere Bearbeitungsmaschinen
Es ist bekannt, bei hydraulischen Pressen, die während eines Arbeitsganges stark
wechselnde Widerstände des bearbeiteten Gutes zu überwinden haben, in der Druckleitung
des hydraulischen Antriebes des bearbeitenden Werkzeuges einen Fühler anzuordnen,
der auf eine Änderung einer Zustandsgröße der Strömung anspricht und den Arbeitsdruck
auf einen höheren Wert schaltet. Die Zustandsgröße ist bei den bekannten Steuerungen,
die, für Brikettpressen bestimmt sind, der Druck im Arbeitszylinder.
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Den Druck im Arbeitszylinder als steuernde Größe zu benutzen, führt
zum Ziel, wenn dieser Druck dem Widerstand des bearbeiteten Gutes proportional ist-Diese
Voraussetzung ist nicht gegeben, wenn außer dem Schnittwiderstand auch der Trägheitswiderstand
der bewegten Masse überwunden werden muß. Nur dann besteht zwischen Druck und Widerstand
des Gutes Proportionalität, wenn auf konstante Geschwindigkeit geregelt wird. Dies
setzt Regelung der Druckmittelmenge pro Zeiteinheit, also direkten Pumpenantrieb
voraus, wie er bei hydraulischen Antrieben von Brikettpressen benutzt wird. Bei
anderen Pressen, beispielsweise Schrottpressen, und insbesondere bei Scheren, ist
aber eine Regelung auf konstante Geschwindigkeit unerwünscht. Denn es wäre verfehlt,
Stücke von hohem Verformungs- oder Schnittwiderstand mit der gleichen Geschwindigkeit
zu pressen oder zu schneiden wie Stücke von niedrigem Verformungs- oder Schnittwiderstand.
Die Verwendung des Druckes im Arbeitszylinder als steuernde Größe scheitert aber
auch dann, wenn die Maschine, mit einer mit Akkumulator arbeitenden hydraulischen
Anlage versehen ist. Denn dann steigt der Druck im Arbeitszylinder selbst dann,
wenn der Schnitt- oder Verformungswiderstand die Maschine zum Stillstand bringt,
nicht über den Druck im Akkumulator, der auch vor dem Stillstand im Zylinder herrscht,
so daß die Steuerung nicht anspricht.
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Die Erfindung sucht diese Schwierigkeiten zu beheben. Sie sieht einen
Fühler vor, der auf die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit anspricht und bei
Absinken der Strömungsgeschwindigkeit auf Nun oder einen wesentlich verminderten
Wert die Umschaltung auf höheren Arbeitsdruck bewirkt. Die Strömungsgeschwindigkeit
ist, da man die Kompressibilität der Flüssigkeit vernachlässigen kann, der Geschwindigkeit
des Preßstempels oder Messers stets proportional. Kommt der Stempel oder das Messer
zum Stillstand, weil der Verforrnungs- oder Schnittwiderstand größer ist als die
Kraft des Arbeitskolbens, dann fällt auch die Strömungsgeschwindigkeit auf Null,
und entsprechendes gilt beim Abfallen der Geschwindigkeiten auf einen wesentlich
verminderten Wert. Die Steuerung nach der Erfindung ist daher vom Einfluß des Trägheitswiderstandes
der bewegten Masse unabhängig. Sie spricht aber auch nicht in unerwünschter Weise
auf Druckspitzen an, wie sie beim Schneiden oder Pressen von inhomogenem Material
auftreten, ohne daß ihretwegen eine Umschaltung auf höheren Druck nötig wäre. Denn
die Steuerung ist nicht für die Beschleunigung empfindlich, in der die Druckspitzen
erscheinen, sondern für das Zeitintegral der Beschleunigung, in welchem die Spitzen
verschwinden.
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Die Steuerung nach der Erfindung wird einfachheitshalber am besten
so gestaltet, daß die vom Fühler gesteuerte Schaltungsanordnung nach einmaliger
Umschaltung auf erhöhtem Arbeitsdruck diesen Druck bis zur Beendigung des Schnittes
oder der Verformung unabhängig vom Schnittwiderstand aufrechterhält.
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Besonders zweckmäßig ist es, einen Fühler vorzusehen, der aus einem
durch den dynamischen Strömungsdruck gegen eine Richtkraft, beipielsweise die Schwerkraft
oder eine Feder, ausgelenkten Körper besteht, der in der Stellung, die er bei stark
verminderter oder auf Null abgesunkener Strömungsgeschwindigkeit einnimmt, den Durchgang
eines Lichtstrahles zwischen einer Lichtquelle und einer einen Verstärker steuernden
lichtelektrischen Zelle sperrt oder wesentlich herabsetzt Die Zeichnung veranchaulicht
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar zeigt Fig. 1 ein Schaltbild
und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen photomechanischen Fühler.
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Als Beispiel ist in Fig. 1 schematisch eine einfache Schrottschere
gezeichnet, die aus einem beweglichen Obermesser 10 und einem feststehenden
Untermesser 11 besteht. Zum Antrieb des Obermessers in Schnittrichtung dient
ein Kolben 12 in einem Zylinder 13. Zum Anheben des Messers sind Kolben 14
in Zylindern 15 vorgesehen. -
Die hydraulische Anlage zum Betrieb der
Schere besteht aus einem Flüssigkeitsbehälter 16, aus dem eine Pumpe
17 über eine Leitung 18 Flüssigkeit entnimmt. Die Pumpe fördert Druckflüssigkeit
über eine Leitung 19, an die der übliche Druckspeicher 20 angeschlossen ist,
in ein Schaltventil 21, das bei Stillstand der Schere die Flüssigkeit über einen
Kurzschluß 22 in die Saugleitung 18 zurücktreten läßt, bei eingeschaltetem
Antrieb aber eine Verbindung zu einer Leitung 23 herstellt, die
zu einem Schaltventil 24 fährt. In der gezeichneten Stellung des Ventils
24 tritt die Flüssigkeit in eine Leitung 25 über, die zum Druckzylinder
13 führt, so daß das Messer unter Druck gesenkt wird. Wird das Ventil 24
umgeschaltet, so wird die unmittelbare Verbindung zwischen der Pumpe und dem Zylinder
13 unterbrochen und durch eine Leitung 26 eine Verbindung zur großen
Kammer 27 eines hydraulischen Druckübersetzers 28
hergestellt. Mit
dem Ventil 24 ist mechanisch ein Ventil 29 gekuppelt, das in der gezeichneten
Stellung die Leitung 23 mit einer zur kleinen Kammer 30 des Übersetzers
28 führenden Leitung 31 herstellt. Werden, die Ventile 24 und
29 umgeschaltet, so verbindet das Ventil 29 die kleine Kammer
30 über eine Leitung 32 mit der Leitung 25. Damit wird der
im Verhältnis der Querschnitte der Kolben 33 und 34 des Druckübersetzers
vermehrte Druck in der kleinen Kammer 30 auf den Zylinder 13 geschaltet.
In der Grundstellung der Ventile 24, 29 sorgt die Verbindung zwischen der
Leitung 23 über das Ventil 29
und die Leitung 31 zur Kammer
30 dafür, daß diese Kammer ständig gefüllt und der Druckübersetzer somit
dauernd in Bereitschaft gehalten wird.
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Befindet sich das Obermesser 10 vor Beginn des Schnittes in
großem Abstand von dem über dem Untermesser 11 liegenden Schrott, so kann
man bei auf Stillstand geschaltetem Ventil 21 durch ein Ventil 35 eine unmittelbare
Verbindung zwischen dem Behälter 16 und dem Zylinder 13 herstellen,
so daß das Obermesser -unter der Wirkung der Schwere abgesenkt wird. Nach Beendigung
des Schnittes wird das Messer durch die Kolben 14 gehoben. Die Leitungsführung des
an die Zylinder 15 angeschlossenen hy-
draulischen Systems ist aus
Übersichtlichkeitsgründen nicht wiedergegeben.
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Im Zuge der Leitung 25 liegt ein auf die Strömungsgeschwindigkeit
ansprechender Fühler 36, der unten näher beschrieben werden wird. Dieser
Fühler arbeitet photoelektrisch und erzeugt an einem Verstärker 37 eine Spannungsänderung,
wenn die Strödungsgeschwindigkeit in der Leitung 25 einen bestimmten Wert
unterschreitet. Der Ausgang des Verstärkers liegt an der Spule eines Relais
38, dessen beweglicher Kontakt 39 den Strom einer Stromquelle 40 über
ein Solenoid 41 und einen Schalter 42 schließt. Mittels des Solenoids werden die
gekuppelten Ventile 24, 29 über ein Gestänge geschaltet. Eine Rückholfeder
43 sucht das System bei offenem Stromkreis in der gezeichneten Lage zu halten. Diese
Lage nehmen die Ventile zu Beginn des Schnittes ein. Die Kupplung der Ventile ist
schematisch in der Form von Kurbeln nebst einer Kuppelstange wiedergegeben, die
am Ende einen in den Solenoiden beweglichen Eisenkern 44 trägt. Wird der Kein 44
angezogen, so wird ein vom Gestänge mechanisch betätigter Schalter 45 geschlossen.
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Zu Beginn des Schnittes wird das Obermesser 10
unter dem Normaldruck
der Pumpe 17 nach unten bewegt. Nimmt der Widerstand des zu schneidenden
Schrottes in erheblichem Maße zu, so verlangsamt sich die Bewegung des Messers
10, und die Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung 25 sinkt auf einen
Wert, der den Fühler 36 zum Ansprechen bringt. Dadurch wird über den Verstärker
37 das Relais 38 angezogen und stellt Stromschluß durch das Solenoid
41 her, so daß die Ventile 24, 29 umgeschaltet werden. Mithin arbeitet von
nun an der wesentlich vermehrte Ausgangsdruck des Übersetzers 28
auf den Kolben
12, um so den erhöhten Schnittwiderstand zu überwinden.
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Sinkt der Schnittdruck wieder, fällt also der Kontakt 39 ab,
so bleibt der Strom durch das Solenoid 41 durch den geschlossenen Schalter 45 erhalten,
bis der Schalter 42 geöffnet wird. Dies kann im einfachsten Falle von Hand geschehen.
Besser wird jedoch
der Schalter 42 von der Schere selbsttätig beim Erreichen
der unteren Endstellung des Messers geöffnet oder auch in geeigneter Weise vom Hauptschaltventil
21 betätigt. Auch die Abschaltung der Leitung 23
und die Umschaltung auf die
Rückholzylinder 15
kann bei Beendigung des Schnittes selbsttätig erfolgen.
Ebenso kann durch vom Messerträger betätigte Schalter dafür gesorgt werden, daß
die Umschaltung auf höheren Druck durch den Fühler 36 nicht schon stattfindet,
wenn das Messr gerade anläuft und die Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung
25 noch nahe bei Null liegt. Diese und andere geeignete, Maßnahmen ergeben
sich aus der gestellten Aufgabe von selbst und sind mit den der Regel- und Steuertechnik
geläufigen Mitteln leicht zu verwirklichen.
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Das Gehäuse 47 des in Fig. 2 im einzelnen wiedergegebenen Fühlers
enthält einen senkrecht verlaufenden Kanal 48 im Zuge der Leitung 25. Innerhalb
einer Erweiterung 49 ist zwischen zwei kugeligen Sitzflächen 50 und
51 eine Kugel 52 beweglich, deren Abmessungen und Gewicht so gewählt
sind, daß sie durch den dynamischen Druck der in Pfeilrichtung fließenden Strömung
in der mit vollen Linien ge-
zeichneten oberen Stellung gehalten wird, solange
die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Normalwertes liegt. Dabei tritt die
Flüssigkeit neben der Kugel durch Ausnelunungen 53 hindurch. Sinkt die Strömungsgeschwindigkeit
unter einen Betrag, der wesentlich kleiner ist, als der normalen Schnittgeschwindigkeit
entspricht, so geht die Kugel 52 in die strichpunktiert wiedergegebene untere
Stellung über. Im Bereich dieser Stellung münden in die Erweiterung 49 des Kanals
48 zwei quer verlaufende Bohrungen 54, die durch Fenster 55 gegen den Kanal
abgedichtet sind. In die Bohrung 54 sind beiderseits die Stutzen 57 und
58 eingesetzt, von denen das Gehäuse 57 eine Glühlampe 59 und
das Gehäuse 58 eine lichtelektrische Zelle 60 enthält. Die elektrischen
Verbindungen sind lediglich durch die zugehörigen Kabel 61 und
62 angedeutet.
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Von der Glühlampe 59 tritt bei angehobener Kugel
52 Licht durch die Bohrung 54 zu der Zelle 60,
die
mit dem Verstärker 37 so geschaltet ist, daß in diesem Zustand das Solenoid
41 nicht erregt ist. Fällt die Kugel 52 infolge verminderter Strömungsgeschwindigkeit
in ihre untere Stellung, so sperrt sie den übertritt des Lichtes, so daß die lichtelektrische
Zelle über den Verstärker 37 das Relais 38 auf das Solenoid 41 legt
und damit in der beschriebenen Weise die Ventile 24, 29 umschaltet.
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Im allgemeinen wird die Erfindung in dem beschriebenen Fall Anwendung
finden, daß der Widerstand des verarbeiteten Gutes während des Schneideas oder Pressens
in nicht vorherzusehender Weise zunimmt. Es ist jedoch auch denkbar, die gleiche
Maßnahme anzuwenden, um während des Niederlassens eines Messers oder Stempels auf
das Gut beim Aufsetzen den Druck automatisch von Null auf den für den Schnitt oder
das Pressen nötigen Anfangswert zu schalten.