DE202018002280U1

DE202018002280U1 - Hydraulische Schaltung zur Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse

Info

Publication number: DE202018002280U1
Application number: DE202018002280.2U
Authority: DE
Original assignee: Hypneu Hydraulik und Pneumatik GmbH
Current assignee: Hypneu Hydraulik und Pneumatik GmbH
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-08-06
Anticipated expiration: 2028-05-05

Abstract

Hydraulische Schaltung zur Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse mit zumindest einem Oberwerkzeug, wobei die Erzeugung der Zuhaltekraft und die Bewegung des Werkzeuges funktionell voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Schaltung einen zentralen Volumenstromteiler (3) aufweist, der mit zentralen und dezentralen Ventilen in Wirkverbindung steht, indem der Volumenstromteiler (3) mit einer zentralen Ventilschaltung (4) verbunden ist, die mindestens ein Ventil für die Richtungsfunktion aufweist und indem der Volumenstromteiler (3) auch mit dezentralen Ventilen (5) verbunden ist, die jeweils mit einem der Hydraulikzylinder (1, 2, ... X) verbunden sind, die für die Sicherheits-, Richtungs-, Kraft- und Geschwindigkeitsfunktion der Bewegung des Oberwerkzeuges ausgestattet sind und mit denen die Bewegung von mindestens einem der Hydraulikzylinder (1, 2, ...X) störbar ist, wobei die Anzahl der Abgänge am Volumenstromteiler (3) zu den dezentralen Ventilen (5) mindestens der Anzahl der Hydraulikzylinder (1, 2, ... X) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung zur Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse mit zumindest einem Oberwerkzeug, wobei die Erzeugung der Zuhaltekraft und die Bewegung des Werkzeuges funktionell voneinander getrennt sind.
Verschiedenartige hydraulische Anwendungen erfordern die strikte Parallelhaltung mehrerer zylinderähnlicher Baugruppen unter Berücksichtigung hoher Sicherheitsanforderungen. Ein diesbezüglich typisches Einsatzgebiet sind Spindelpressen mit elektromotorischem Antrieb, die bereits in zahlreichen Varianten bekannt sind.
So beschreibt EP 1 082 185 B1 eine Tiefziehpresse mit Pressengestell, Werkzeugunterteil und Werkzeugoberteil, wobei ein Pressenbär mit mehreren vertikal und zueinander parallel angeordneten Gewindespindeln angetrieben wird.
Eine ähnliche Presse ist aus DE 102 18 633 B3 bekannt, wobei hier verschiedene Varianten zur Kraftübertragung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter vorgeschlagen werden, zum Beispiel über Kegelrad- oder Schneckenradverzahnungen. Dabei ist jeder Spindel ein separater Elektromotor als Antrieb zugeordnet.
Bei der Presse gemäß EP 381 770 A1 ist lediglich ein Antriebsmotor für mehrere Spindeln vorgesehen. Dieser Elektromotor treibt einen Zahnriemen an, der mit seinen Zahnkonturen über alle Gewindespindeln geführt ist. Ein derartiger Zahnriemen ist neben seiner Funktion als Antrieb auch für eine Drehsynchronisation zwischen den Gewindespindeln geeignet.
Neben der Drehsynchronisation sind insbesondere Stößelabweichungen beim Betrieb einer Spindelpresse zu beachten. Solche Abweichungen können beispielsweise ausgelöst werden, sofern an den Krafteinleitungspunkten der separaten Gewindespindeln unterschiedliche Kräfte bzw. Widerstände durch unterschiedlich stark auszuformende Konturen auftreten. Zur Kompensation dieser Probleme sind bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden.
So betrifft DE 102 49 809 A1 eine Presse mit einer mechanischen Kippungskompensation. Diese Presse umfasst vier in den Ecken des Stößels angeordnete Druckstangen, wobei eine bei außermittiger Kraft auftretende Kippung am Stößel durch die Druckstangen kompensiert werden soll. Allerdings ist hierfür ein sehr großer Bauraum notwendig.
Gegenstand von DE 196 42 587 A1 ist eine Stößelparallelhaltung für Mehrpunktpressen, bei der eine infolge außermittiger Belastung auftretende Abweichung durch hydraulische Komponenten kompensiert wird. Die hierfür notwendige Regelung ist allerdings aufwendig bezüglich des Bauraums und der Kosten.
Schließlich wird in DE 20 2004 005 014 U1 die Anordnung von Messeinrichtungen in einer Presse beschrieben. Hierbei werden Störungen in den Stößelumkehrpunkten erfasst und durch eine zugeordnete Verstelleinrichtung ausgeglichen. Eventuell entstehende Kipplagen des Stößels durch einen außermittigen Kraftangriff werden jedoch nicht berücksichtigt.
Obwohl somit bereits verschiedenartige technische Lösungen zur Parallelhaltung von zwei oder mehr zwei Hydraulikzylindern verfügbar sind, besteht weiterhin Entwicklungsbedarf. Dies betrifft beispielsweise sog. Leichtbaupressen. Bei diesem neuartigen Pressentyp werden die Erzeugung der Zuhaltekraft und die Bewegung des Werkzeuges funktionell komplett voneinander getrennt. Somit kann die Presse in ihrer Gesamtheit wesentlich leichter ausgeführt werden. Allerdings fehlen infolge der funktionellen Trennung von Zuhaltekrafterzeugung und Werkzeugbewegung die bei anderen Pressen üblichen Baugruppen zur Führung der Hydraulikzylinder, mit denen ansonsten eine Wegabweichung derselben unterdrückbar ist. Demzufolge ergibt dieses neuartige Konstruktionsprinzip einer Leichtbaupresse auch neuartige oder zumindest in dieser Tiefe bisher kaum übliche Einsatzerfordernisse.
Hierbei ist insbesondere der Aspekt wesentlich, dass die Maschinensicherheit vom Parallellauf der Zylinder abhängt. Es darf in keinem Betriebspunkt vorkommen, dass ein Zylinder (oder auch mehrere Zylinder) durch den Ausfall eines oder mehrerer Bauteile von der Position der restlichen Zylinder um einen schädlichen Betrag abweicht oder unkontrolliert stehen bleibt. Ein derartiger Zustand hätte aufgrund der kinetischen Energie der bewegten Bauteile einen Schaden an der Maschine und/oder eine Verletzung der Bediener zufolge. Unter dieser Restriktion stellen alle dezentralen und dedizierten Schaltungen und Ventile ein erhebliches Problem dar. Das betrifft sowohl Systeme mit mehreren gleichlaufenden Servoachsen als auch die in zentralen Systemen für Zusatzfunktionen je Zylinder erforderlichen Ventile, zum Beispiel Sicherheitsventile. Ein Funktionsfehler eines Ventils oder mehrerer Ventile, unabhängig von der hierfür relevanten Ursache, hätte in der Regel einen unzulässigen Maschinenzustand zur Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Schaltung zur sicheren Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse zu schaffen, mit der in weitgehend allen Betriebszuständen der an sich vorhandene Zielkonflikt zwischen einem zentralen, hydraulisch gekoppelten Gleichlauf und einer dezentralen Funktionsimplementierung (zum Beispiel Sicherheitsfunktion, Druckbegrenzungsfunktion, Kompensation von Teilerabweichungen, gezielte Bewegung einer einzelnen Achse) gelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die hydraulische Schaltung einen zentralen Volumenstromteiler aufweist, der mit zentralen und dezentralen Ventilen in Wirkverbindung steht, indem der Volumenstromteiler mit einer zentralen Ventilschaltung verbunden ist, die mindestens ein Ventil für die Richtungsfunktion aufweist und indem der Volumenstromteiler auch mit dezentralen Ventilen verbunden ist, die jeweils mit einem der Hydraulikzylinder verbunden sind, die beispielsweise für die Sicherheits-, Richtungs-, Kraft- und Geschwindigkeitsfunktion der Bewegung des Oberwerkzeuges ausgestattet sind und mit denen die Bewegung von mindestens einem der Hydraulikzylinder störbar ist, wobei die Anzahl der Abgänge am Volumenstromteiler zu den dezentralen Ventilen mindestens der Anzahl der Hydraulikzylinder entspricht. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Merkmale in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Der zentrale Volumenstromteiler (zum Beispiel ein Mehrkammer-, Zahnrad-, oder Kolbenteiler) muss aufgrund seiner Bauart ein zuverlässiges Bauteil sein. Die Anzahl der Abgänge des Volumenstromteilers muss mindestens der Anzahl der gleichlaufenden Zylinder entsprechen. Vor dem Volumenstromteiler befindet sich eine zentrale Ventilschaltung aus einem oder mehreren Ventilen für die Richtungsfunktion. Eines oder mehrere dieser Ventile können auch Stetigventile sein. Dezentrale Ventile zwischen dem Volumenstromteiler und den Hydraulikzylindern, welche aufgrund ihrer Funktion und Verschaltung in der Lage sind, die Bewegung eines Zylinders kritisch zu stören, haben hierfür bestimmte Eigenschaften zu erfüllen: Insbesondere müssen die Schaltzeiten durch geeignete Maßnahmen so verzögert oder gehemmt sein, dass es in jedem Störungsfall gelingt, die Presse mittels der Zentralventile bis in einen unkritischen Bereich zu verzögern, bevor die dezentralen Ventile so weit geschlossen sind, dass die zu verhindernde Bewegungsstörung eintritt. Dabei sollten diese Maßnahmen zur Verzögerung rein hydraulisch sein und nicht von einer äußeren Energiezufuhr abhängen. Solche Maßnahmen bestehen in einer Bedüsung des zulaufenden und/oder ablaufenden Steuerölstromes der vorgesteuerten, dezentralen Ventile. Durch die Düsen wird die Verschlusszeit der Ventile bis in einen Bereich verzögert, der als sicher gilt. In der Presse existiert eine Maßnahme zur Erkennung des Fehlerbeginns. Das kann zum Beispiel eine Überwachung des Neigungswinkels des Oberwerkzeuges, eine Überwachung der Schaltzustände der Ventile oder eine Drucküberwachung sein. Ventile, welche dezentral und parallel zur A- und/oder B-Leitung der einzelnen Hydraulikzylinder installiert sind, bedürfen keiner zeitlichen Verzögerung, unterliegen aber den allgemeinen Ansprüchen an die Pressensicherheit und einer sicher reduzierten Geschwindigkeit. Deshalb sind an diesen Stellen Schutzmaßnahmen wie Redundanzen und zyklische Überwachung zweckmäßig.
Somit wird eine hydraulische Schaltung zur sicheren Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse verfügbar, mit der in allen Betriebszuständen der an sich vorhandene Zielkonflikt zwischen einem zentralen, hydraulisch gekoppelten Gleichlauf und einer dezentralen Funktionsimplementierung gelöst werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Die in 1 stilisiert dargestellte hydraulische Schaltung ist zur Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern 1 und 2 an einer hier nicht näher dargestellten Leichtbaupresse konzipiert. Die Anzahl der Hydraulikzylinder ist von der jeweils konkreten Pressenkonstruktion abhängig und durch das Bezugszeichen „X“ beispielhaft benannt. Der Aufbau einer Leichtbaupresse ist an sich bekannt, so dass an dieser Stelle auf nähere Angaben zum Oberwerkzeug und weiteren Baugruppen sowie zur funktionellen Trennung von Erzeugung der Zuhaltekraft und Bewegung des Werkzeuges verzichtet werden kann.
Wesentlich im vorliegenden Sachverhalt ist jedoch, dass die hydraulische Schaltung einen zentralen Volumenstromteiler 3 aufweist, der mit zentralen und mit dezentralen Ventilen in Wirkverbindung steht. Hierfür wird der Volumenstromteiler 3 vorzugsweise als ein Mehrkammerverteiler, als ein Zahnradverteiler oder als ein Kolbenverteiler ausgestaltet.
Unabhängig von seiner konkreten Bauart ist der Volumenstromteiler 3 mit einer zentralen Ventilschaltung 4 verbunden. Diese Ventilschaltung 4 weist mindestens ein Ventil für die Richtungsfunktion auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ventilschaltung mit allen Hydraulikzylindern 1, 2 ... X verbunden, wobei jedoch auch andere Konstellationen möglich sind. Mindestens ein Ventil der zentralen Ventilschaltung 4 ist vorzugsweise als ein Stetigventil ausgestaltet.
Der Volumenstromteiler 3 ist weiterhin auch mit dezentralen Ventilen 5 verbunden. Diese Ventile 5 sind jeweils mit einem der Hydraulikzylinder 1, 2 ... X verbunden, so dass die Anzahl von Ventilgruppen 5 und Hydraulikzylindern vorzugsweise identisch ist. Demzufolge entspricht die Anzahl der Abgänge am Volumenstromteiler 3 zu den dezentralen Ventilen 5 auch mindestens der Anzahl der Hydraulikzylinder 1, 2 ... X. Dies wird in der Zeichnung durch die Angabe „X-fach“ beispielhaft benannt.
Die Ventile 5 sind primär für Sicherheitsfunktionen der Bewegung des Oberwerkzeuges ausgestattet, wobei neben dem funktionell korrekten Betrieb die Bewegung von mindestens einem der Hydraulikzylinder 1, 2, ...X gestört werden kann.
Dabei sind die Schaltzeiten der dezentralen Ventile 5 derart verzögerbar, dass mittels der zentralen Ventile 4 diese dezentralen Ventile 5 erst einen Eintritt der Bewegungsstörung an mindestens einem der Hydraulikzylinder 1, 2 ...X auslösen, nachdem die Leichtbaupresse in einem unkritischen Betriebszustand verzögert worden ist.
Vorteilhaft ist es, dass diese Verzögerung ausschließlich über ein hydraulisches Wirkprinzip und ohne äußere Energiezufuhr auslösbar ist. Somit können auch bei einem Stromausfall Havarien durch ungewollte Bewegungsabläufe der Presse vermieden werden. Dabei ist die Verzögerung über eine Bedüsung des zulaufenden und/oder ablaufenden Steuerölstromes der vorgesteuerten dezentralen Ventile 5 auslösbar.
Damit die Notwendigkeit einer derartigen Verzögerung zur Unterbrechung des Betriebs der Presse in einem Störfall erkennbar wird, ist die Leichtbaupresse mit einer Einrichtung zur Erkennung des Beginns einer Funktionsstörung ausgestattet. Hierfür kann beispielsweise eine Überwachung des Neigungswinkels des Oberwerkzeuges oder eine Überwachung der Schaltzustände der Ventile oder auch eine Drucküberwachung vorgesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1082185 B1 [0003]
DE 10218633 B3 [0004]
EP 381770 A1 [0005]
DE 10249809 A1 [0007]
DE 19642587 A1 [0008]
DE 202004005014 U1 [0009]

Claims

Hydraulische Schaltung zur Parallelhaltung von mindestens zwei Hydraulikzylindern an einer Leichtbaupresse mit zumindest einem Oberwerkzeug, wobei die Erzeugung der Zuhaltekraft und die Bewegung des Werkzeuges funktionell voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Schaltung einen zentralen Volumenstromteiler (3) aufweist, der mit zentralen und dezentralen Ventilen in Wirkverbindung steht, indem der Volumenstromteiler (3) mit einer zentralen Ventilschaltung (4) verbunden ist, die mindestens ein Ventil für die Richtungsfunktion aufweist und indem der Volumenstromteiler (3) auch mit dezentralen Ventilen (5) verbunden ist, die jeweils mit einem der Hydraulikzylinder (1, 2, ... X) verbunden sind, die für die Sicherheits-, Richtungs-, Kraft- und Geschwindigkeitsfunktion der Bewegung des Oberwerkzeuges ausgestattet sind und mit denen die Bewegung von mindestens einem der Hydraulikzylinder (1, 2, ...X) störbar ist, wobei die Anzahl der Abgänge am Volumenstromteiler (3) zu den dezentralen Ventilen (5) mindestens der Anzahl der Hydraulikzylinder (1, 2, ... X) entspricht.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzeiten der dezentralen Ventile (5) derart verzögerbar sind, dass mittels der zentralen Ventile (4) diese dezentralen Ventile (5) erst einen Eintritt der Bewegungsstörung von mindestens einem der Hydraulikzylinder (1, 2, ...X) auslösen, nachdem die Leichtbaupresse in einen unkritischen Betriebszustand verzögert worden ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung ausschließlich über ein hydraulisches Wirkprinzip und ohne äußere Energiezufuhr auslösbar ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung über eine Bedüsung des zulaufenden und/oder ablaufenden Steuerölstromes der vorgesteuerten dezentralen Ventile (5) auslösbar ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtbaupresse mit einer Einrichtung zur Erkennung des Beginns einer Funktionsstörung ausgestattet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung des Beginns einer Funktionsstörung zur Überwachung des Neigungswinkels des Oberwerkzeuges ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung des Beginns einer Funktionsstörung zur Überwachung der Schaltzustände der Ventile (5) ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung des Beginns einer Funktionsstörung zur Drucküberwachung ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Volumenstromteiler (3) als ein Mehrkammerverteiler ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Volumenstromteiler (3) als ein Zahnradverteiler ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Volumenstromteiler (3) als ein Kolbenverteiler ausgestaltet ist.
Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventil der zentralen Ventilschaltung (4) als ein Stetigventil ausgestaltet ist.