DE19532962A1 - Steuerventil, insbesondere für hydraulische Überlasteinrichtungen bei Pressen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil, insbesondere für hydraulische Über­ lasteinrichtungen, wobei eine Seite des Ventilkolbens mit dem Druck einer gegen Überlastung abzusichernden hydraulischen Baugruppe und die gegenüberliegende Seite durch einen eingestellten Bezugs- oder Vorspanndruck beaufschlagt ist.

Beispielsweise werden schwungradunterstützte mechanische Pressen mit Kurbel oder anderen Gelenkantrieben wegen möglicher Überlastung, besonders in der Nähe des unteren Umkehrpunktes, mit hydraulischen Druckkissen ausgerüstet, die bei Über­ lastung der Pressen den überschüssigen Kurbelweg aufnehmen. Die Ansteuerung die­ ser hydraulischen Druckkissen erfolgt mit Ventilen, die ab einem bestimmten, maschi­ nenspezifisch eingestellten Druck die Druckkissen entlasten.

Aus PS DE 38 10 490, AS 25 44 507 und AS 19 23 379 sind Ventile nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs bekannt, die jedoch im Verhältnis zu ihrer wirksam druck­ beaufschlagten Fläche eine relativ große Ausdehnung in axialer Richtung aufweisen und trotz ihrer teilweise vorhandenen Innenbohrung damit eine relativ große, bei Überlastung träge wirkende Masse besitzen, wodurch die Öffnungszeit der dargestell­ ten Ventile vergrößert wird. Mit zunehmend größer werdenden Hubzahlen und größe­ ren Arbeitsgeschwindigkeiten von Pressen wird es jedoch erforderlich, das Druckkis­ sen bei Pressenüberlastung in kürzester Zeit vom entstehenden Druck zu entlasten, um Schäden an den mechanischen Baugruppen der Pressen zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Steuerventil für hydraulische Überlasteinrich­ tungen so auszubilden, daß es schnell reagiert und damit einen wirksamen Schutz ge­ gen Überlastung gewährleistet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bewegliche, den Fluidstrom steuernde Ventilteil in Form einer flachen Scheibe 2 ausgebildet ist, die an der Überlastseite 11 eine Dichtkante 8 gegen Ab­ strömen von Fluid aus der gegen Überlastung abzusichernden hydraulischen Bau­ gruppe aufweist und daß bei zu hohem Druck in der gegen Überlastung abzusichern­ den hydraulischen Baugruppe an der Überlastseite 11 der Scheibe 2 Fluid über die Dichtkante 8 abströmt.

Die Gestaltung des Ventils nach Patentanspruch 1 bietet den Vorteil, daß die Masse des Ventilkolbens auf ein kleinen Teil der Masse üblicher Ventilkolben zu verringern ist. Insbesondere bei Verwendung des dargestellten Ventils als Vorsteuerventil für weitere Ventile kann wegen der erfindungsgemäßen Gestaltung eine sehr geringe zu beschleunigende Masse erreicht werden. Wird das dargestellte Ventil zur direkten Druckentlastung des Druckkissens einer mechanischen Presse verwendet, so ist es möglich, durch paralleles Schalten mehrerer einzelner kleinerer Ventile einen ausrei­ chend großen Volumenstrom zu realisieren. Wegen der möglichen serienmäßigen Herstellung der einfach aufgebauten Ventile ist eine kostengünstige Erstellung dersel­ ben möglich. Die geringe Reaktionszeit des erfindungsgemäßen Ventils kommt beson­ ders gut zur Geltung, wenn mit kleinsten Fluidmengen eines Vorsteuerventils ein grö­ ßeres Druckabschaltventil angesteuert wird, bei dem durch die kleine Fluidmenge ein sehr schneller Schaltvorgang ausgelöst wird. Ein derartiges Ventil ist in der OS DE 44 16 955 angegeben. Eine derartige Kombination ist in Fig. 4 näher erläutert.

Die Erfindung wird anhand von 4 Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung des Ventils mit einer Öffnung 6 für den Vorspanndruck bzw. einen Bezugswert für den maximal zulässigen Druck im Druckkissen der Presse. An der gegenüberliegenden Öffnung 3 der Überlastseite 11 liegt beispielsweise der Druck aus einem nicht dargestellten Druckkissen einer mechanischen Presse an. We­ gen der weiter innen liegenden Dichtkante 8 ist die wirksame Fläche an der Überlast­ seite 11 um einen bestimmten Faktor geringer als die Fläche an der dem Vorspann­ druck zugewandten Seite 10, so daß das Ventil erst reagiert, wenn der Druck im Druckkissen um den entsprechenden Faktor größer als der Vorspanndruck ist. Bei Überschreitung des durch diesen Faktor festgelegten Wertes für den Überlastdruck wird die Scheibe 2 gegen den Vorspanndruck in Richtung Vorspanndruckseite 10 verschoben. Über die Dichtkante 8 kann nun Fluid über die Ringnut 5 und von dort weiter zum Tank abfließen. Wegen des entstehenden Druckgefälles innerhalb des Fluidstroms zwischen Dichtkante 8 und dem Tank oder einen weiteren, nicht darge­ stellten Ventil wird die bisher drucklose Fläche an der Überlastseite 10 mit Druck be­ aufschlagt. Dadurch wird der Öffnungsvorgang des Ventils zusätzlich beschleunigt. Der Hub der Scheibe 2 wird in der Endlage derart begrenzt, daß der Dichtring 7 noch eine ausreichende Dichtheit gewährleistet, auch wenn die Scheibe innerhalb ihres Hubbe­ reiches verkantet bewegt werden sollte, was jedoch wegen der Trägheit der Scheibe 2 gegen Drehung sowie des gleichmäßigen Kraftangriffes an den rotationssymmetrischen Scheibenkörper lediglich in sehr geringem Maße auftreten wird. Der Kompressions­ raum 19 hat die Aufgabe, im Falle des Auftretens einer sehr schnell verlaufenden Druckerhöhung an der Überlastseite 11 ein möglichst ungehindertes Ausweichen der Scheibe 2 in Richtung Vorspannseite 10 zu ermöglichen. Der hierzu erforderliche Volumenverringerung an der Vorspannseite 10 erfolgt zum Teil durch Ölkompression im Kompressionsraum 19, ein Abfließen von Öl über die Leitung 6 ist in der Anfangs­ phase der Bewegung der Scheibe 2 damit noch nicht erforderlich. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Ventil 1 zur Steuerung eines weiteren Ventils 13 (Fig. 4) eingesetzt wird und dabei geringste Ölmengen ausreichend sind.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher durch eine außen liegende Dichtkante 8 Flächengleichheit zwischen Überdruckseite 11 und Vorspanndruckseite 10 realisiert ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn eine Verstärkung der Öffnung des Ventils durch das abströmende Öl nicht erwünscht ist.

Fig. 3 zeigt, wie durch ein zusätzlich an die Scheibe 1 angebrachtes Führungsrohr 9 ein Verkanten der Scheibe 2 vermieden wird, wodurch größere Hübe und damit grö­ ßere Ventildurchflüsse ermöglicht werden.

Fig. 4 gibt eine Ausführung an, in der das Steuerventil 1 unmittelbar an ein vorge­ steuertes Druckabschaltventil 13 befestigt ist und zur Vorsteuerung des Druckab­ schaltventils 13 benutzt wird. Ein derartiges Druckabschaltventil gehört zum Stand der Technik. Bei der Ansteuerung eines derartigen, sehr schnell schaltenden Druckab­ schaltventils 13 kommt es darauf an, über die Trägheit des Vorsteuerventils keine grö­ ßeren, unerwünschte zusätzliche Verzögerungen zu erhalten. Das erfindungsgemäße Steuerventil 1 erfüllt diese Anforderung. Die Überlastseite 11 des Vorsteuerventils 1 ist über die Bohrungen 3b und 3a mit der Ölsäule 21 eines Zylinders 22, insbesondere dem Zylinder einer hydraulischen Überlastsicherung von Pressen, verbunden. Der Druck innerhalb des abzusichernden Ölpolsters 21 wirkt über die Leitung 3a innerhalb des Druckabschaltventils 13 gleichzeitig an der Mantelfläche des Kolbens 14 und dem Ansatz 20 des Kolbens 14, wodurch der Kolben 14 fest auf seinem Sitz gehalten wird und die Verbindung zum Tank absperrt. Der Schaltraum 15 ist in dieser Stellung über die Drosselleitung 17 mit dem Tank verbunden und kleinere Leckölmengen können so zum Tank gelangen.

Solange der Druck im Ölposter 21 einen bestimmten Wert nicht überschreitet, hält der von der Leitung 6 her wirkende Vorspanndruck die Scheibe 2 in ihrer Ausgangslage an ihrer oberen Sitzfläche. Überschreitet der Druck in der Ölsäule 21 den Wert, der sich aus den Flächenverhältnissen an der Scheibe 2 ergibt, so löst sich die Scheibe 2 von ihrer oberen Sitzfläche und gibt eine Verbindung zwischen den Leitungen 3a-3b-18 frei. Über die freigegebene Verbindung 3a-3b-18 wird der Schaltraum 15 des Druckab­ schaltventils 13 mit Druck beaufschlagt. Trotz kleinerer Ölmengen, die über die Dros­ selleitung 17 abfließen, erhöht sich der Druck im Schaltraum 15. Die Drosselbohrung ist so ausgelegt, daß ihr Strömungswiderstand wesentlich größer ist als der Gesamtwi­ derstand über die Verbindung 3a-3b-18. Infolge der Druckerhöhung im Schaltraum 15 hebt der Ventilkolben 14 etwas von seinem Sitz ab. Sobald dieser Zustand erreicht ist kann Öl direkt von der Leitung 3a in den Schaltraum 15 fließen und der Ventilkolben 14 öffnet in kürzester Zeit, wodurch der nicht erwünschte Überdruck im Ölpolster 21 über die Leitung 4 zum Tank hin abgebaut wird.

Bezugszeichenliste

1 Steuerventil
2 Scheibe
3 Öffnung an der Überlastseite
4 Verbindung zum Tank oder einem weiteren Ventil
5 Ringnut
6 Öffnung für den Vorspanndruck
7 Dichtung
8 Dichtkante
9 Führungsrohr
10 Vorspanndruckseite
11 Überlastseite
12 Mantelfläche
13 Druckabschaltventil
14 Ventilkolben Druckabschaltventil
15 Schaltraum Druckabschaltventil
16 Feder Druckabschaltventil
17 Drosselbohrung Druckabschaltventil
18 Vorsteuerbohrung
19 Kompressionsraum
20 Ansatz
21 Ölpolster
22 Überlastzylinder

Claims (10)

1. Steuerventil für hydraulische Überlasteinrichtungen, wobei eine Seite des Ventil­ kolbens mit dem Druck einer gegen Überlastung abzusichernden hydraulischen Baugruppe und die gegenüberliegende Seite durch einen eingestellten Vorspann­ druck beaufschlagt ist dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche, den Fluidstrom steuernde Ventilteil in Form einer Scheibe (2) ausgebildet ist, die an der Überlastseite (11) eine Dichtkante (8) gegen Abströmen von Fluid aus der gegen Überlastung abzusichernden hydraulischen Baugruppe aufweist und daß bei zu hohem Druck in der gegen Überlastung abzusichernden hydraulischen Bau­ gruppe an der Überlastseite (11) der Scheibe (2) Fluid über die Dichtkante (8) ab­ strömt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Überlast­ seite (11) abfließende Fluidstrom zur Steuerung eines weiteren Ventils dient, insbesondere zur Initiierung des Öffnungsvorgangs eines Ventils (13), dessen Kol­ ben (14) mittels Drucksteuerung in einem sehr klein dimensionierten Schaltraum (15) durch Zufuhr kleinster Fluidmengen in eine Öffnungsbewegung versetzt wird.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum des Ventils (13) über eine Drosselleitung (17) von Lecköl entlastet wird.

4. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselleitung (17) einen größeren Durchflußwiderstand als die Zuleitung (18) zum Schaltraum (15) über das Steuerventil 1.

5. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Dicht­ kante (8) gebildete wirksame Fläche an der Überlastseite (11) kleiner als die wirk­ same Fläche an der Vorspanndruckseite (10) ist.

6. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Dicht­ kante (8) gebildete, druckbeaufschlagte Fläche an der Überlastseite (11) kleiner als die druckbeaufschlagte Fläche an der Vorspanndruckseite (10) ist.

7. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) nur an ihrer Mantelfläche (12) geführt ist und Verkantungen der Scheibe durch einen klei­ nen Maximalhub der Scheibe (2) auf einen zulässigen Wert begrenzt werden.

8. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) eine konkav bzw. ballig oder auch kegelig gestaltete Mantelfläche (12) aufweist, die kleinere Verkantungen der Scheibe gestattet.

9. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) mit einen Führungsstift oder Führungsrohr (9) verbunden ist und damit größere Maxi­ malhübe der Scheibe zulässig sind.

10. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Ver­ ringerung der zu beschleunigenden Masse des Ventilkolbens Leichtbauwerkstoffe Anwendung finden.