DE2148618C3 - Steuervorrichtung für Hydrozylinder zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, insbesondere von hydraulischen Pressen - Google Patents

Steuervorrichtung für Hydrozylinder zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, insbesondere von hydraulischen Pressen

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DE2148618C3 DE19712148618 DE2148618A DE2148618C3 DE 2148618 C3 DE2148618 C3 DE 2148618C3 DE 19712148618 DE19712148618 DE 19712148618 DE 2148618 A DE2148618 A DE 2148618A DE 2148618 C3 DE2148618 C3 DE 2148618C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Hydrozylinder zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, insbesondere von hydraulischen Pressen, mit einem Wegeventil!, das einen Steuerschieber aufweist, der zur Herstellung der jeweiligen Druckmittelverbindungen entsprechend zwischen Pumpe, Druckräumen des Hydrozylinders und Druckmitteltank stirnseitig von hydraulischem Steuerdruck beaufschlagbar ist und der zur Freigabe bzw. Sperrung der jeweiligen Druckmittelverbindungen Steuerbunde aufweist, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Gehäuse des 6^ Wegeventils zusammenwirken, wobei dem Steuerschieber ein von diesem baulich getrennter Entlastungskolben zur gesteuerten Freigabe der Stmmungsquerschnitte für das Druckmittel mittels des Steuerschiebers im Verlauf der Rückführung des Hydmzylinders in die arbeitsunwirksame Stellung zugeordnet ist, welcher Entlastungskolben mit einem gehäusefesten Anschlag auf der dem Steuerschieber zugekehrten Stirnflüche des Entlastungskolbens zusammenwirkt.
Bei der Entlastung der unter hydraulischem Hochdruck stehenden Räume treten im allgemeinen Druckstöße auf, die um so größer sind, je schneller die Entlastung durchgeführt werden soll. Durch die immerhin vorhandene Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit und die Federung von Maschinenteilen, z. B. des Pressenrahmens, muß der mit der Druckleitung verbundene Zylinderraum zusätzlich zu seinem durch das Produkt Kolbenfläche mal Kolbenhub gegebenen Hubvolumen mit dem aus der Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit resultierenden Kompressionsvolumen und dem aus der Federung z. B. Jes Pressenrahmens resultierenden Flüssigkeitsvolumen gefüllt werden. Wenn die hydraulisch arbeitende Maschine durch Abschaltung mittels des Wegeventils auf Rückzug umgeschaltet werden soll, muß zunächst das über das geometrisch bedingte Habvu'uinen hinausgehende Volumen aus dem mit der Druckleitung verbundenen Zylinderraum abgelassen werden, bevor die Rückzugbewegung beginnt. Wenn diese Entspannung des Oruckmittels zu schnell erfolgt, kommt es zu den erwähnten Druckstößen in der zu dem Druckmitteltank führenden Rückzugsleitung, die erheblich sein können und je nach der Geschwindigkeit der Entspannung des D.oickmittels und nach der Dimensionierung der Druckmitteltankleitung wesentlich über dem Arbeitsdruck liegen können.
Der kritische Bereich für das Entstehen der Druckstöße ist diejenige Phase der Steuerschieberbewcgung, während der vom Steuerschieber die zur Abdichtung erforderliche Überdeckung der Kanten der Steuerbunde freigegeben wird. Damit diese Freigäbe nicht zu plötzlich erfolgt, ist es bereits bekannt, an den Steuerbunden Feinsteuernuten vorzusehen, um den Steuerschieber feinfühliger und ruhiger schaltend zu machen. Hierdurch wird der kritische Bereich gestreckt und der Anteil des kritischen Weges am Gesamtweg, d. h. am Gesamthub des Steuer-Schiebers vergrößert. Da die Streckung des kritischen Bereiches durch Feinsteuernuten in vielen Fällen nicht ausreicht, ist man ferner dazu übergegangen, die Verweilzeit im kritischen Bereich zusätzlich zu vergrößern. Die in diesem Zusammenhang übliche Schaltzeitverzögerung wird erreicht, indem die KoI-bengeschwindigkeit gleichmäßig über den ganzen Kolbenhub reduziert wird. Hierdurch vergrößert sich jedoch die Schaltzeit des Steuerschiebers nicht unerheblich. Eine Verlängerung der Schaltzeiten ist aber mit Rücksicht auf den Arbeitsablauf meistens nur in engen Grenzen möglich, so daß die Gefahr des Ent-Stehens von Druckstößen beim Umschalten der hydraulisch arbeitenden Maschine bestehen bleibt.
Es ist eine Steuervorrichtung für Hydrozylinder der anfangs genannten Art bekannt (britische Patentschrift 843 526). Bei dieser Steuervorrichtung handelt es sich um ein hydraulisch beaufschlagtes Steuerventil mit drei Stellungen und drei Anschlüssen. Die Neutralstellung des Steuerschiebers, die die miltlere Stellung darstellt, wird durch zwei unter koinstantem Steueröldruck auf Anschlag gedruckte Zetitrierkolben erreicht, die als F.ntlastungskolben wirlksam sind. Die Arbeitsstellungcn werden dann durch Beaufschlagen eines Betätigungskolbcns auf d<cr einen oder anderen Stirnseite mit Steueröldruck eingefahren. Je nach der Beaufschlagung des Betäligungskolbcns wird der Steuerschieber und einer der
,. ^entricrkolhen in eine der beiden Arbeitsslelen links bzw. rechts von der Neutralstellung ver-.Mben Bei dieser Steuervorrichtung v/erden Druckrolle Wi der Entlastung der Hydrozylinder durch ein 'lrosseltes Ausschieben der die Stirnseiten der Zen- ^erkolben beaufschlagenden Druckpolster aus Steu-'"dnicköl verhindert. Dies führt aber zu einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverminderung für den Steuerschieber über dessen gesamten Hub.
Fs liea· die Aufgabe vor, eine Steuervorrichtung
... H, jrozylinder der anfangs genannten Art so zu
verbessern, daß bei verhältnismäßig geringer Schalt-
eit des Steuerschiebers der Entspannungsdruckstoß
hi zulässigen Grenzen gehalten werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß voreeschlacen, daß die für die Beaufschlagung mit Steuerdruck zur Rückführung des Hydrozyünders in d:e arbeitsunwirksame Stellung vorgesehene Stirnflache des Steuerschiebers, die an dem dem Entlaituneskolben entgegengesetzten Ende dos Steuerschiebers lie«t, kleiner ist als die Stirnfläche des Entlasiun«skolbens auf der dem Steuerschieber abgelehrten Seite, daß diese Seite des Entb'stungskolbens mit der den Arbeitsdruck führenden Leitung des Hydrozvlinders in Verbindung steht und daß der Raum zwischen der dem Steuerschieber zugekehrten Stirnfläche des Entlastungskolbens und dem benachbarten Ende des Steuerschiebers zur Herbeiführung der Arbeitsstellung vom Steuerdruck beaufschlagbar ist.
Durch eine derartige Ausbildung der Steueivorrichtuim wird erreicht, daß die übliche Kupplung der Verwiifzeit des Steuerschiebers im kritischen B.reich mit Geschwindigkeit des Schiebers vor und nach dem kritischen Bereich beseitigt ist, so daß man unter Berücksichtigung der zulässigen Schaltzeit und des maximalen Druckstoßes, während der Entspannungsphase bezüglich der Kompromißlösung innerhalb der vorgegebenen Grenzen freier ist. Mit Rücksicht auf die steuerschiebersc-baUzeit können die Bewegungsphasen des Steuerschiebe.·: bei der Freigabe der zur Abdichtung erforderlichen Überdeckung der Kanten der Steuerburtde und die Bewegungsphase nach dem kritischen Bereich zur völligen Freigabe der Verbindungsleitungen möglichst schnell durchfahren werden Mittels des Entlastungskolbens wird ein Verharren'des Steuerschiebers bei Entlastung der Druckleitung in Abhängigkeit vom Druck in dieser Leitung erzielt. Danach erfolgt wieder eine schnelle Bewegung des Steuerschiebers zur Verkürzung der Schaltzeit.
In Ausgestaltung der Erfindung können die Steuerbunde des Steuerschiebers mit Feinsteuernuten versehen sein. .
Ein Ausführungsbcispicl der Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachstehend erläutert.
Fig. I zeigt schematisch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bei einer hydraulischen Presse;
Fig 2 veranschaulicht das Wegeventil der Steuervorrichtung der F i;;. I im Schnitt, schematisch in größerer Darstellung;
F i g. 3 zeigt ein Diagramm für das Weg-Zeit-Verhalten des Wegeventils der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung im Vergleich zum Wcg-Zeit-Verhalten bekannter V/cgeventilc. c..nI,
Gemäß F i g. 1 weist die Presse 1 einen Stoße! auf der mit eir-em Arbcitskolben 3 verbunden ist, der sich in dem Zylinder 4 befindet. Die Hydraulikpurnpe 5 wird von einem Motor 6 angetrieben, wobei eine Leitung7 über ein Rückschlagventile zum Wegeventil 9 führt. Weiterhin sind die Leitungen 10, Il und 12 vorgesehen. Mit 13 ist ein Druckbegrenzungsventil, mit 14 ein Elektromagnetventil zur Entlastung des Ventils 13 für den drucklosen Umlauf der Pumpe und mit 15 der Druckmitteltank bezeichnet. Zum Wegeventil 9 führt eine Leitung 16 für das Steuerdruckmittel, vorzugsweise Steueröl.
Das Wegeventil 9 weist den Steuerschieber 17 mit ίο den Steuerbunden 18, 19 und 20 auf. Dem Steuerschieber 17 ist an dessen einem Ende ein Entlastungskolben 21 zugeordnet, der in dem Zylinder 22 gleitet. Der Zylinder 22 ist an der dem Steuerschieber 17 abgekehrten Seite des Entlastungskolbens 21 is durch die Leitung 23 mit der Leitung Il verbunden. Der Steuerbund 20, der im folgenden als Hauptkolben bezeichnet wird, und der mittlere Steuerbund 19 sind mit Feinsteuernuten 24 versehen. Für den Entlastungskolben 21 ist ein gehäusefester Anschlag 25 2n \orgesehen. Eine Leitung 16 π für das Steueröl führt durch den Ringraum 26 ur.d die Nuten 27 unter den Hauptkolben des Steuerschie! . rs 17.
Für den Arbeitshub der Ma? -hine, d. h. für den Preßhub der hydraulischen Presse, wird der Steuer- *5 schieber 17 durch Zuführen von Steueiöl durch die leitung 16 ίί in die zu dem Entlastungskolben 21 entgegengesetzte Endlage geschoben. Bei Entlastung der Presse wird dann der Steuerschieber 17 durch Umsteuerung des Steueröls über die Leitung 16 in Richtung zu dem Entlastungskolben 21 bewegt. Da der Entlastungskolben 21 unter dem höheren Öldruck der Presse steht, kann das Steueröl aus der Leitung 16 den Steuerschieber nur gegen den auf Anschlag 25 stehenden Entlastungskolben 21 drükken. Die so eingefahrene Stellung liegt genau im kritischen Bereich. Der Steuerschieber 17 verharrt nunmehr so lange in dieser Entlastungsstellung, bis die auf den Entlastungskolben 21 wirkende Kraft aus Preßöldruck mal Stirnfläche 21 α kleiner geworden ist als die Kraft aus Steueröldruck mal Stirnfläche 18 a des Steuerbunds 18. Der Steuerschieber 17 läuft rpch Erreichen dieser Entlastungsphase schnellstens in die Endstellung weiter. Durch entsprechende Wahl der Größe der Feinsteuernuten 2<\ und durch Wahl der Verhältnisse der Stirnflächen 21 η zu 18 α kann die den Entspannungsverlauf bestimmende Charakteristik des Wegeventils 9 bestimmt werden.
Im Diagramm gemäß Fig. 3 ist der Hub/i des Steuerschiebers in Abhängigkeit von der Schaltzeit I 50 als Weg-Zeit-Kurve aufgetragen, /i, bezeichnet den Gesamthub. Die Gerade I zeigt das Weg-Zeit-Verhalten beim Umschalten von Wegeventilen ohne Verzögerung. Von der Gesamtschaltzeit t2 des Steuerschiebers ist nur die Verweilzeit .', im kritischen Bereich 55 für ein ruhiges Arbeiten ohne Druckspitzen maßgebend. Die Gerade II stellt die Um .'.-haltung von Wegeventilen mit einer Verzögerung im gesamten Bereich dar Die Verweilzeit /. im kritischen Bereich ist wesentlich größer als die Verweilzeit i, entsprechend 60 der Geraden I. Hierbei ist aber auch die gesamte Schaltzeit te wesentlich größer als die Schaltzeit entsprechend der Geraden I. Dies bedeutet, daß, wenn die Geschwindigkeit des Steuerschiebers gleichmäßig übjr den ganzen Kolbenhub reduziert wird, i Sli d Stuerschiebers von I auf /
mäßig übjr den ganzen Kolbenhub r 65 sich die Schaltzeit des Steuerschiebers von I2 auf /„ vergrößert.
Für die beschriebene SteuervorricFitung"ii.:, 'cm Entlastungskolbcn 21 gilt die abgesetzte Gerade mit
;ilcn HI a, III h und III c. Die Verweilzeit /., im hen Bereich ist wesentlich größer als die Verbei den Vcrwcilzeitcn I1 und In. lis zeigt sich aus dem Diagramm der 1·' i g. 3, daß die gegenüber den Vcr-
iten /, bzw. r, entsprechend den Cieraden I weil/eiten Z1 bzw. tr> um ein Vielfaches größere Ver-
I, wobei die (icsamtsclialtzeit Ix nur wenig grö-L als die Gesnmtschaltzeit /.,. Durch die lange ilzcit Ix des Steuerschiebers im kritischen Beverhält sich die Anlage wesentlich ruhiger als wcil/eit ιΛ nur eine verhältnismäßig geringe Zcitvcrlängerung der Ciesamtschaltzcit von I2 auf /, bedeutet, wobei die Schaltzeit /, wesentlich geringer ist als die Schallzeit I6, letztere entsprechend derderadcn II.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Steuervorrichtung für Hydrozylinder zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, insbesondere von hydraulischen Pressen, mil: einem Wegeventil, das einen Steuerschieber aufweist, der zur Herste!- lung der jeweiligen Druckmittelverbindungen entsprechend zwischen Fumpe, Druckräumen des Hydrozylinders und Druckmitteltank stirnseitig von hydraulischem Steuerdruck beaufschlagbar ist und der zur Freigabe b;zw. Sperrung der jeweiligen Druckmittelverbindungen Steuerbunde aufweist, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Gehäuse des Wegeventils zusammenwirken, wobei dem Steuerschieber ein von diesem baulich getrennter Entlastungskolben zur gesteuerten Freigabe der Strömungsquerschnitte für das Druckmittel mittels des Steuerschiebers im Verlauf der Rückführung des Hydrozylir.iders in die arbeitsumvirk:.ame Stellung zugeordnet ist, weleher Entlastungskolben mit einem gehäusefesten Anschlag auf der dem Steuerschieber zugekehrten Stirnfläche des Entlastungskolbens zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Beaufschlagung mit Steuerdruck zur Rückführung des Hydrozylinders in die arbeitsunwirksame Stellung vorgesehene Stirnfläche (18 a) des Steuerschiebers (17), die an dem dem Entlastungskolben (21) entgegengesetzten Ende des Steuerschiebers (17) Hegt, kleiner ist als die Stirnfläche (21 a) des Enllastungskolbens auf der dem Steuerschieber (17) abgekehrten Seite, daß diese Seite des Entlastungükol ens (21) mit der den Arbeitsdruck führenden Leitung (11) des Hydrozylindeirs in Verbindung steht und daß der Raum zwischen der dem Steuerschieber (17) zugekehrten Stirnfläche des Entlastungskolbens (21) und dem benachbarten Ende des Steuerschiebers (17) zur Herbeiführung der Arbeitsstellung vom Steuerdruck beaufschlagbar ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbunde (19, 20) des Steuerschiebers (17) mit Feinsteuernuten (24) versehen sind.
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