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Hydraulische Schalteinrichtung zur Steuerung
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der Arbeits- und Stillstandsphasen von Arbeits- oder Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schalteinrichtung zur Steuerung der Arbeits-
und Stillstandsphasen von Arbeits- oder Werkzeugmaschinen, insbesondere zur Steuerung
des Arbeitstaktes von Pressen, mit zwei je mittels eines Vorsteuerventils in Ein-
und Aus-Schaltstellungen steuerbaren Hauptsteuerventilen, die bei gleichzeitiger
Ein-Schaltposition ihrer Ventilkolben den Druckmittelstrom von der Arbeitsdruck-Quelle
zum Verbraucher und, wenn sich der Ventilkolben mindestens eines der Hauptsteuerventile
in der Aus-Schaltposition befindet, eine kommunizierende Verbindung des Verbrauchers
mit dem Tank und dadurch die Stillsetzung der den Verbraucher bildenden Maschine
vermitteln.
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Hydraulische Schalteinrichtungen dieser Art werden z.B.
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in Verbindung mit Exzenterpressen eingesetzt, die mit einer hydraulischen
Kupplung-Bremsen-Kombination ausgerüstet sind, die die Aufgabe hat, den Kraftfluß
zwischen einem als Energiespeicher dienenden Schwungrad und dem Pressen den Arbeitstakt
gerecht herzustellen und zu unterbrechen.
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Nach den berufsgenossenschaftlichen Unfallverhütungsvorschriften müssen
die Steuerschaltungen solcher hydraulischer Kupplungen so ausgeführt werden, daß
bei einem Defekt eines Bauteiles oder bei einer z.B. infolge eines hydraulischen
Druckstoßes oder eines elektrischen Störimpulses auftretenden Fehlschaltung die
Kupplung nicht betätigbar ist, wobei nach Beseitigung der Betriebsstörung oder des
Defektes die hydraulischen Hauptsteuerventile von Hand in ihre Ausgangsstellung
gebracht werden müssen, wonach erst wieder eine Betätigung der jeweiligen Maschine
durch Aktivierung der Vorsteuerventile möglich sein darf.
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Bei einer bekannten Schalteinrichtung der eingangs genannten Art sind
als Hauptsteuerventile zwei 3/2-Wegeventile vorgesehen, die parallel miteinander
geschaltet sind. Als Vorsteuerventile sind zwei elektromagnetisch betätigbare 3/2-Wegeventile
vorgesehen, die je eines der Hauptsteuerventile hydraulisch ansteuern, deren Schaltstellung
durch Endlagenschalter überwacht wird. Für sich allein gesehen arbeitet der hydraulische
Kreis der bekannten Schalteinrichtung wie folgt: In der Grundstellung, in der sich
die Vorsteuerventile in ihrer Vorwärtsstellung und die Hauptsteuerventile in der
Aus-Schaltstellung befinden, ist der Verbraucher über die parallelen Wege der Hauptsteuerventile
mit dem Tank verbunden und dieser direkt an die beiden -blind endenden Pfade der
Vorsteuerventile angeschlossen. Die insgesamt vier Steuerräume der Hauptsteuerventile
sind an die Arbeitsdruck-Quelle angeschlossen, so daß in diesen der hohe Arbeitsdruck
P herrscht, wobei die Steuerkolben der Hauptsteuerventile durch Rückstellfedern
in der Aus-Schaltstellung gehalten sind. Je einer der beiden Steuerräume der Hauptsteuerventile
ist durch Umschalten des zugeordneten Vorsteuerventils mit dem Tank verbindbar,
worauf
der Steuerkolben des solchermaßen asymmetrisch druckbeaufschlagten Hauptsteuerventils
in die Ein-Schaltstellung übergeht. Solange nicht beide Vorsteuerventile ihre als
Einschalt-Steuerstellung benutzte Rückwärtsstellung und die beiden Hauptsteuerventile
ihre Ein-Schaltstellung angenommen haben, bleibt der Verbraucher mit dem Tank verbunden,
und die Maschine stillgesetzt.
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Dies hat zur Folge, daß bei Fehlfunktion eines der Ventile, z.B.,
wenn eines der Vorsteuerventile beim Einschalten hängen bleibt und nur das andere
schaltet, die Maschine nicht anläuft. Sobald jedoch der beide Vorsteuerventile beaufschlagende
elektrische Steuer impuls abklingt, fällt das an sich ordnungsgemäß arbeitende Vorsteuerventil
wieder in seine Aus-Steuerstellung zurück, und die Schalteinrichtung befindet sich
wieder in der Grundstellung, d.h., in einem einschaltbereiten Zustand. Bei einer
z.B. automatisch gesteuerten Presse mit zeitperiodisch gesteuerten Werkstück-Verschiebetakten
und Pressenhüben würde dann, vorausgesetzt, daß die genannte mechanische Störung
aufgrund irgendwelcher Erschütterungen der Maschine plötzlich entfällt, ein nachfolgender
Steuer impuls den Arbeitshub der Maschine auslösen können. Eine mögliche Folge davon
wäre, daß ein die Maschine überwachender Werker, der, nachdem er die Fehlfunktion
der Maschine festgestellt hat, das Werkstück, bevor es unbearbeitet weitertransportiert
wird, aus der Presse nehmen will, erheblich verletzt werden könnte.
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Um derartige Gefahrensituationen auszuschließen, ist bei der bekannten
Schalteinrichtung die erwähnte elektrische Uberwachung der Schaltstellungen der
Hauptsteuerventile vorgesehen, die unterschiedliche Schaltzustände der Hauptsteuerventile
mit einem elektrischen Abschalten der Maschine quittiert.
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Die bekannte elektrohydraulische Schalteinrichtung hat aufgrund der
geschilderten baulischen und funktionellen Eigenschaften zumindest die folgenden
Nachteile: Ein situationsgerechtes Abschalten einer mittels der bekannten Schalteinrichtung
gesteuerten Maschine ist nur gewährleistet, solange nicht in dem elektrischen Oberwachungssystem
selbst, z.B. durch Verschleiß an zur Überwachung der Ventil-Schaltstellungen eingesetzter
Endlagenschalter, die wegen der großen Zahl von Schaltvorgängen besonders stark
beansprucht sind, ein Fehler auftritt, der eine Erkennung einer Fehlfunktion des
hydraulischen Teils der Schalteinrichtung verhindert.
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Ist dies aber der Fall, so tritt zwangsläufig die vorstehend erwähnte
Gefahrensituation ein. Aus diesem Grunde dürfte die bekannte Schalteinrichtung den
z.B.
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den für Spindel- oder Exzenterpressen geltenden Sicherheitsvorschriften
oder -empfehlungen nicht genügen. Ein diesbezüglich hinreichend sicheres elektrisches
über wachungssystem müßte vielmehr so aufgebaut sein, daß auch dann, wenn in diesem
System ein Fehler auftritt, eine Steuerung der Maschine in ihre Aktivphase ausgeschlossen
ist. Dies könnte bei der bekannten Schalteinrichtung allenfalls dadurch erreicht
werden, daß auch das elektrische Überwachungssystem mit einer Fehlererkennungseinrichtung
ausgestattet wäre. Der dafür erforderliche technische Aufwand wird dann allerdings
beträchtlich und die Schalteinrichtung insgesamt verteuert.
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Aufgabe der Erfindung lst es daher, eine Schalteinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die bei gleichwohl einfachem Aufbau zuverlässig verhindert,
daß bei einer Fehlfunktion einer der Komponenten des hydraulischen Schaltkreises
ein Einschalten der durch
diesen gesteuerten Maschine erfolgen
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch die hiernach vorgesehene Hintereinanderschaltung der zur Zuführung
des Versorgungsdruckes zum Verbraucher ausgenutzten Wege beider Hauptsteuerventile
wird auf einfache Weise erreicht, daß bei verschiedener Schaltstellung der Hauptsteuerventile
die Zuführung des Versorgungsdruckes zum Verbraucher unterbrochen ist, so daß dieser
nicht in die Aktivphase gesteuert werden kann; weiter ist durch eine in diesem Fall
wirksame hydraulische Verriegelungseinrichtung, die die Kolben der Hauptsteuerventile
in deren verschiedenen Schaltstellungen hält, dafür gesorgt, daß der Verbraucher
in kommunizierender Verbindung mit dem Tank bleibt und daher eine durch den Verbraucher
repräsentierte Maschine nicht zur Ausführung ihres Arbeitstaktes angesteuert werden
kann.
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Da bei Ublichem Aufbau der Hauptsteuerventile die Führungsbolzen der
Ventilkolben mindestens an einer Stirnseite des Gehäuses herausgeführt bzw. von
außen her zugänglich sind, um die Ventilkolben gegebenenfalls von Hand in ihre Grundstellung
schieben zu können, ist es bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, wenn ein
Fehler aufgetreten ist, auch möglich, aus der Stellung der Ventilkolben zu erkennen,
welches der Hauptsteuerventile nicht geschaltet hat und hieraus einen ersten Hinweis
für die Lokalisierung der Fehlerquelle zu erhalten.
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Durch die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind konstruktive und schaltungstechnische
Einzelheiten einer bevorzugten Gestaltung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung
angegeben, die sowohl für die ordnungsgemäße Steuerfunktion wie auch bei Auftreten
eines Fehlers ein günstig rasches Ansprechverhalten aufweist. Durch die gemäß Anspruch
3 vorgesehene zusätzliche Tankverbindung der über die Vorsteuerventile mit dem Tank
bereits kommunizierenden Steuerdruckräume wird auch erreicht, daß im Falle einer
Fehlschaltung nicht durch Lecköl ein Druckanstieg in den auf dem niedrigen Steuerdruckniveau
befindlichen Steuerdruckräumen eintreten kann.
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Durch eine Verzögerungseinrichtung gemäß Anspruch 4 wird vermieden,
daß ein geringfügig unterschiedliches Ansprechverhalten der Vorsteuerventile und/oder
der Hauptsteuerventile beim Einschaltvorgang eine Fehlfunktion vorgetäuscht wird.
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Als Verzögerungseinrichtung-eignet sich insbesondere ein gemäß Anspruch
5 vorgesehenes hydraulisches Zeitglied, wobei durch die Merkmale der Ansprüche 6
und 7, vorzugsweise alternativ, gegebenenfalls auch in Kombination einsetzbare Gestaltungen
solcher Zeitglieder bzw.
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Verzögerungseinrichtungen angegeben sind.
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Der besondere Vorteil des gemäß Anspruch 7 mit einem Druckspeicher
arbeitenden Verzögerungsglieder ist dessen einfacher Aufbau, der auch hohe Zuverlässigkeit
gewährleistet. Durch einen gemäß Anspruch 8 vorgesehenen Druckwächter, der vorzugsweise
den in dem Speicher herrschenden Druck überwacht und bei einem Druckabfall ein elektrisches
Signal auslöst, das als Warnsignal und/oder zur Unterbrechung des
elektrischen
Versorgungskreises der jeweils gesteuerten Maschine ausgenutzt werden kann, wird
die durch die erfindungsgemäße Schalteinrichtung vermittelte Sicherheit zusätzlich
erhöht Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung eignet sich insbesondere für Pressen
aller Art, bei denen im Falle einer Fehlfunktion der Schalteinrichtung eine besondere
Gefahrensituation gegeben ist, sowie zur Steuerung solcher Maschinen, bei denen,
sei es mit Bezug auf die Bedienungsperson und/oder auf das zu bearbeitende Werkstück,
ähnliche Gefahrensituationen auftreten können.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen hydraulischen Schalteinrichtung
mit zwei über je ein Vorsteuerventil ansteuerbaren Hauptsteuerventilen, in der Grundstellung,
Fig. 2 die Schalteinrichtung gemäß Fig. 1 in ihrer "Ein"-Schaltstellung, Fig. 3
einen Schaltzustand der Schalteinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 nach dem Einschalten,
wenn nur eines der beiden Vorsteuerventile schaltet, Fig. 4 einen Schaltzustand
der Schalteinrichtung gemäß Fig. 2, wenn beim Abschalten nur eines der beiden Hauptsteuerventile
in die "Aus"-Schaltstellung übergeht, jeweils in einer der Fig. 1 entsprechenden
Schaltbild-Darstellung, und Fig. 5a im Rahmen der Schalteinrichtung gemäß den Fig.
1 und 5b bis 5 einsetzbare Hauptsteuerventile, im Längsschnitt, etwa im Maßstab
1,5 : 1.
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Die in der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei,
in ihrer Grundstellung dargestellte erfindungsgemäße Schalteinrichtung 10 dient
zur Ein-Aus-Steuerung einer durch einen Verraucher 11 repräsentierten Maschine oder
eines Funktionsteils derselben, derart, daß bei einer Fehlfunktion der Schalteinrichtung
diese Maschine 11 abgeschaltet bleibt bzw. abschaltet, sobald eine solche Fehlfunktion
eintritt und weiterhin aDgeschaltet bleibt, bis der Fehler beseitigt ist.
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Zum Zweck der Erläuterung sei, ohne Beschränkung der Allgemeinheit,
davon ausgegangen, daß mittels der Schalteinrichtung 10 eine Exzenterpresse gesteuert
sei, wobei die Schalteinrichtung 10 auf das Rupplungs-Bremsen-System in der Weise
einwirkt, daß die Presse in Betrieb ist, wenn das Kupplungs-Bremsen-System 11 über
die Haupt-Zulaufleitung 12 mit dem Versorgungsdruck P beaufschlagt ist und die Presse
außer Betrieb bzw. stillgesetzt ist, wenn der hydraulische Kreis des Kupplungs-Bremsen-Systems
über die Haupt-Rücklaufleitung 13 mit dem z.B. auf Atmosphärendruck befindlichen
Tank kommunizierend verbunden ist.
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Die Schalteinrichtung 10 umfaßt zwei als hydraulisch gesteuerte 6/2-Wegeventile
ausgebildete Hauptsteuerventile 14 und 16, die über je ein als 4/2-Wegeventil ausgebildetes
Vorsteuerventil 17 bzw. 18 ansteuerbar sind. Diese sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als elektromagnetisch betätigbare Ventile angenommen, es versteht sich aber, daß
die Vorsteuerventile 17 und 18 auch pneumatisch oder hydraulisch, gegebenenfalls
auch manuell betätigbar sein können.
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Die dargestellte Grundstellung der Vorsteuerventile 17 und 18 ist
- bei abgeregten Steuermagneten 19 bzw. 21 -die sogenannte Vorwärtsstellung, in
der die die beiden
Strömungswege markierenden Durchflußpfeile 22
und 23 bzw. 24 und 26 paarweise parallel zueinander verlaufen.
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In die dargestellte Grundstellung sind die Kolben der Vorsteuerventile
17 und 18 durch Druckfedern 20 gedrängt, gegen deren Rückstellkraft die Betätigung
mittels der Steuermagnete 19 und 21 erfolgt.
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Die beiden Hauptsteuerventile 14 und 16 haben gehäuseseitig je einen,
in üblicher Bezeichnungsweise mit P bezeichneten Zulaufanschluß, einen Rücklaufanschluß
T und vier weitere Druckanschlüsse A, B, C und D, an die die fest verlegten Druckmittelleitungen
angeschlossen sind, sowie die Steuerdruckanschlüsse X und Y, über die, je nach der
Schaltstellung der Vorsteuerventile 17 und 18 der hohe Versorgungsdruck P oder der
im Tank herrschende niedere Druck den Steuerräumen 27 bzw. 28 und 29 bzw. 31 des
einen Hauptsteuerventils 14 und des anderen Hauptsteuerventils 16 zuführbar ist.
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Diese verschiedenen Anschlüsse sind über fest verlegte Druckmittelleitungen
wie folgt miteinander verbunden: Die Rücklaufanschlüsse T beider Hauptsteuerventile
14 und 16 sind über eine erste Brücke 32 untereinander und mit der Haupt-Rücklaufleitung
13 verbunden. An den Zulaufanschluß P des ersten, gemäß Fig. 1 unteren Hauptsteuerventils
14 ist die Hauptzulaufleitung 12. angeschlossen. Der A-Druckanschluß dieses ersten
Hauptsteuerventils 14 ist mit dem Zulauf-Anschluß P des zweiten Hauptsteuerventils
16 direkt verbunden. Der B-Anschluß des ersten und der A-Anschluß des zweiten Hauptsteuerventils
14 bzw. 16 sind mit dem Verbraucher 11 verbunden.
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Der C-Anschluß des ersten ist mit dem D-Anschluß des zweiten Hauptsteuerventils
16 und dessen C-Anschluß ist mit dem D-Anschluß des ersten -Hauptsteuerventils 14
verbunden. Der B-Anschluß des zweiten Hauptsteuerventils 16
ist
mit den Zulauf-Anschlüssen (P) beider Vorsteuerventile verbunden, deren Rücklauf-Anschlüsse
(T) jeweils an die Haupt-Rücklaufleitung 13 angeschlossen sind. Der A-Anschluß des
ersten, gemäß Fig. 1 unteren Vorsteuerventils 17 ist über den zugeordneten Steueranschluß
Y des ersten Vorsteuerventils 17 mit dessen erstem, gemäß Fig. 1 linken Steuerdruckraum
27 und der B-Anschluß dieses Vorsteuerventils 17 über den X-Steueranschluß des ersten
Hauptsteuerventils 14 mit dessen zweitem Steuerdruckraum 28 verbunden. Der A-Druckanschluß
des zweiten Vorsteuerventils 18 ist über den X-Steueranschluß des zweiten Hauptsteuerventils
16 mit dessen erstem, gemäß Fig. 1 linken Steuerdruckraum 29 und der B-Druckanschluß
des zweiten Vorsteuerventils 18 über den Y-Steueranschluß des zweiten Hauptsteuerventils
16 mit dessen zweitem Steuerdruckraum 31 verbunden. In der.
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durch die Fig. 1 repräsentierten Stellung der Kolben der Hauptsteuerventile
14 und 16 ist beim ersten Hauptsteuerventil 14 der Zulaufanschluß P über einen internen
Durchflußkanal 33 mit dem C-Druckanschluß und beim zweiten Hauptsteuerventil 16
dessen D-Druckanschluß 'Iiber einen internen Umlaufkanal 34 mit dem B-Druckanschluß
des zweiten Hauptsteuerventils 16 verbunden. Dadurch ist der über die Hauptzulaufleitung
12 in die Schalteinrichtung 10 eingekoppelte Versorgungsdruck P über den Durchflußkanal
33 des ersten Hauptsteuerventils 14 und den Umlaufkanal 34 des zweiten Hauptsteuerventils
16 beiden P-Zulaufanschlüssen der beiden Vorsteuerventile 17 und 18 und über deren
Durchflußkanäle 22 bzw. 24 den jeweils ersten Steuerdruck-Räumen 27 bzw. 29 der
beiden Hauptsteuerventile 14 und 16 zugeführt.
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Weiter ist beim ersten Hauptsteuerventil 14 dessen mit dem Tank verbundener
Rücklauf-Anschluß T einerseits mit dem B-Druckanschluß und hierüber mit dem Verbraucher
11 und andererseits über einen internen Umlaufkanal 36 und
einen
gehäuseseitigen Umlaufkanal 37 kommunizierend mit dem zweiten Steuerdruckraum 28
verbunden. Ebenso ist beim zweiten Hauptsteuerventil 16 dessen Rücklauf-Anschluß
T einerseits mit dem A-Anschluß und hierüber mit dem Verbraucher 11 und andererseits
über einen internen Umlaufkanal 38 und einen gehäuseseitigen Umlaufkanal 39 kommunizierend
mit dem zweiten Steuerdruckraum 31 verbunden.
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Dadurch sind die die jweils ersten Steuerdruckräume 27 und 29 der
beiden Hauptsteuerventile 14 und 16 einseitig begrenzenden Stirnflächen ihrer Kolben
jeweils mit dem über die Hauptzuflußleitung 12 in die Schalteinrichtung 10 eingekoppelten
hohen Versorgungsdruck P und die die zweiten Steuerdruckräume 28 und 31 einseitig
begrenzenden Stirnflächen der Kolben der beiden Hauptsteuerventile 14 und 16 jeweils
mit dem niedrigen, im Tank vorliegenden Druck beaufschlagt und die beiden Hauptsteuerventile
14 und 16 in der dargestellten "Aus"-Schaltstellung verriegelt. Zum Einschalten
der mittels der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 10 gesteuerten Maschine werden
die Vorsteuerventile 17 und 18 durch Anlegen eines die Steuermagnete 19 und 21 erregenden
elektrischen Steuerimpulses betätigt, wodurch die Vorsteuerventile 17 und 18 in
die durch die gestrichelt eingezeichneten Durchflußpfeile 42 und 43 bzw. 44 und
46der Fig. 1 repräsentierte Rückwärtsstellung übergehen, wobei zum Zweck der Erläuterung
zunächst angenommen ist, daß dies gleichzeitig der Fall sei. Dadurch werden die
zuvor mit der Haupt-Zuflußleitung 12, in der der hohe Versorgungsdruck P herrscht,
kommunizierenden Steuerdruckräume 27 und 29 der Hauptsteuerventile 14 und 16 über
die vom Tank zum A-Druckanschluß führenden Durchflußpfade 43 und 44 der Vorsteuerventile
17 und 18 mit der Haupt-Rücklaufleitung 13 verbunden, in der der niedrigere
Tankdruck
herrscht, und weiter werden die zuvor mit dem Tank verbundenen Steuerdruckräume
28 und 31 der Hauptsteuerventile 14 und 16 über die vom Zulauf-Anschluß führenden
Durchflußkanäle 42 und 46 der Vorsteuerventile 17 bzw. 18 nunmehr mit der Hauptzuflußleitung
12 kommunizierend verbunden. Infolge des hieraus resultierenden Druckwechsels in
sämtlichen Steuerdruckräumen 27, 28, 29 und 31 der Hauptsteuerventile 14 und 16
gehen diese in die in der Fig. 2 dargestellte "Ein"-Schaltstellung über. Die der
Rückwärtsstellung der Vorsteuerventile 17 entsprechenden Durchflußpfeile 42, 43
und 44, 46 sind in der Fig. 2, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei,
in ausgezogenen Linien dargestellt.
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Zur Darstellungsweise der Ventile 14, 16, 17 und 18 in der Fig. 2
und der weiteren Fig. 3 und 4 sei angemerkt, daß, soweit diese Ventile in ihrer
"Ein"-Schaltstellung gezeigt sind, die beiden rechteckigen Felder, innerhalb derer
in üblicher Darstellung die im Ein-Schaltzustand bzw. dem Aus-Schaltzustand zugeordneten
Verknüpfungen der Anschlüsse A, B, C, D, P und T sinnbildlich dargestellt sind,
gegenüber der dem Aus-Schaltzustand entsprechenden Grundstellung (Fig. 1) vertauscht
sind.
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In der "Ein"-Stellung der Schalteinrichtung 10 sind sowohl beim ersten
Hauptsteuerventil 14 wie auch beim zweiten Hauptsteuerventil 16 deren Rücklaufanschlüsse
T über Umlaufkanäle 47 bzw. 48 der Ventilkolben und gehäuseseitige Umlaufkanäle
49 bzw. 51 kommunizierend mit den ersten Steuerdruckräumen 27 bzw. 29 des ersten
und des zweiten Hauptsteuerventils 14 bzw. 16 verbunden, so daß diese nunmehr auch
über die Brücke 32 mit der Haupt-Rücklaufleitung 13 kommunizieren.
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Der P-Versorgungsdruck-Anschluß des ersten Hauptsteuerventils 14 ist
in der "Ein"-Schaltstellung sowohl mit dessen A-Druckanschluß wie auch mit dessen
D-Druckanschluß verbunden, so daß der Versorgungsdruck P auch sowohl am P-Anschluß
des zweiten Hauptsteuerventils 16 wie an dessen C-Druckanschluß ansteht. Der P-Anschluß
des zweiten Hauptsteuerventils ist nunmehr über den Durchflußkanal 52 mit dessen
A-Druckanschluß verbunden, über den jetzt der Verbraucher 11 mit dem Versorgungsdruck
beaufschlagt ist. Der C-Druckanschluß des zweiten Hauptsteuerventils 16 ist über
einen Umlaufkanal 53 mit dem B-Druckanschluß verbunden, von dem aus eine Druckmittelleitung
54 zu einem die beiden P-Anschlüsse der Vorsteuerventile 17 und 18 miteinander verbindenden
Leitungsabschnitt 56 führt.
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Zur Erläuterung der Funktion der insoweit beschriebenen Schalteinrichtung
10 werden im folgenden anhand der Fig. 3 und 4 einige typische Störfälle diskutiert,
bei deren Auftreten die Maschine 11 aus Sicherheitsgründen abgeschaltet bleiben
bzw. abgeschaltet werden muß: Zunächst sei angenommen, daß bei einem Einschaltvorgang
nur das erste Vorsteuerventil 17 schaltet, das zweite Vorsteuerventil 18 aber in
seiner Vorwärts-Grundstellung verharrt. Die Folge davon ist, daß über die nunmehr
in Rückwärtsrichtung geschlossenen Durchflußkanäle des ersten Vorsteuerventils 17
der hohe Versorgungsdruck P in den zweiten Steuerdruckraum 28-des ersten Hauptsteuerventils
14 eingekoppelt wird und der erste Steuerdruckraum 27 mit dem Tank kommuniziert.
Infolge des Druckwechsels in den beiden Steuerdruckräumen 27 und 28 geht das erste
Hauptsteuerventil 14 in seine Einschaltstellung über. Da jedoch das zweite Vorsteuerventil
18 nicht geschaltet hat, schaltet auch das zweite Hauptsteuerventil 16 nicht, und
es ergibt sich die in
der Fig. 3 dargestellte Schaltsituation,
in der wegen der verschiedenen Schaltstellungen der Steuerkolben der beiden Hauptsteuerventile
14 und 16 die Versorgungsdruck-Zufuhr zum Verbraucher 11 gesperrt und dieser dafür
über den A-Druckanschluß und den Rücklaufanschluß des zweiten Hauptsteuerventils
16 mit dem Tank verbunden bleibt.
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Die Maschine läuft nicht an und die Steuerkolben der beiden Hauptsteuerventile
14 und 16 sind in der dargestellten Schaltstellung verriegelt. Diese Schaltstellung
bleibt auch erhalten, wenn nach einiger Zeit das zweite Vorsteuerventil 18 doch
noch schalten sollte, da der über die Vorsteuerventile 17 und 18 führende Steuerkreis
von der Hauptversorgungsleitung 12 abgekoppelt ist. Zwar werden durch das nachträgliche
Umschalten des zweiten Vorsteuerventils 18 in dessen Rückwärtsstellung der erste
Steuerdruckraum 19 des zweiten Hauptsteuerventils 16 mit der Hauptrücklaufleitung
13 und damit mit dem Tank und der zweite Steuerdruckraum 31 dieses Hauptsteuerventils
16 mit dem immer noch auf Versorgungsdruck P liegenden Leitungsabschnitt 56 verbunden,
der die beiden P-Anschlüsse der Vorsteuerventile 17 und 18 miteinander verbindet,
so daß insoweit ein Druckunterschied in den beiden Steuerdruckräumen 29 und 31 vorliegt,
aus dem eine den Kolben des zweiten Hauptsteuerventils 16 in Umschaltrichtung drängende
Kraft resultiert. Dieser Druckunterschied wird jedoch, da die Verbindung des Steuerkreises
mit der Haupt-Zulaufleitung 12 unterbrochen ist, schon nach einem kleinen Bruchteil
der Umschaltbewegung des Kolbens des zweiten Hauptsteuerventils völlig ausgeglichen,
so daß dieses in der dargestellten Grundstellung verharrt.
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Eine analoge Schaltsituation ergibt sich, wenn bei einer Einschaltbetätigung
nur das zweite Vorsteuerventil 18 schaltet und das erste Vorsteuerventil 17 hängen
bleibt, wobei in diesem Falle das zweite Hauptsteuerventil 16 wegen des Druckwechsels
in seinen Steuerdruckräumen
29 und 31 in seine Einschaltstellung
gelangt, dafür aber das erste Hauptsteuerventil.14 in seiner Grundstellung verharrt.
Auch in diesem Falle kann wegen der durch die verschiedenen Schaltstellungen der
Hauptsteuerventile 14 und 16 bedingten Abkopplung des Vorsteuerkreises von der Haupt-Zulaufleitung
12 die Umschaltung des ersten Hauptsteuerventils 14 nicht erfolgen, auch wenn das
erste Vorsteuersteuerventil 17 nach einiger Zeit doch noch schalten sollte.
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Wie vorstehend erläutert, ist der Vorsteuerkreis 17, 18 verriegelt,
sobald infolge einer verschiedenen Schaltstellung der beiden Hauptsteuerventile,
die aus einem nicht gleichzeitigen Übergang der Vorsteuerventile 17 und 18 in deren
Rückwärtsstellung resultiert, die Verbindung der P-Druckanschlüsse der Vorsteuerventile
17 und 18 mit der Haupt-Zulaufleitung 12 unterbrochen ist.
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Die Maschine 11 bleibt dann abgeschaltet. Diese Eigenschaft der Schalteinrichtung
10, soweit diese bisher erläutert ist, kann dazu führen, daß aufgrund geringfügig
unterschiedlicher Ansprechzeiten der Vorsteuerventile 17 und 18, die z.B. durch
Fertigungltoleranzen bedingt sein können, Fehlschaltungen zustande kommen können,
die dazu führen, daß die Maschine 11 nicht anlaufen kann, obwohl sämtliche Komponenten
der hydraulischen Schalteinrichtung betriebsbereit sind.
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Um derartige, nur scheinbare Fehlschaltungen zu vermeiden, ist ein
mit den P-Druckanschlüssen der Vorsteuerventile 17 und 18 angeschlossener Druckspeicher
57 vorgesehen, der in der Grundstellung der Schalteinrichtung 10 über die in dieser
Stellung hintereinandergeschalteten Durchflußkanäle 33 und 34 der beiden Hauptsteuerventile
14 und 16 mit der Haupt-Zulaufleitung 12 kommuniziert und dadurch aufgeladen wird.
Dieser Druckspeicher hält, wenn sich die Hauptsteuerventile 14 und 16 in verschiedenen
Schaltstellungen befinden, für eine
Überbrückungszeit, die ca.
3 - 5 mal größer ist als die Schaltzeit der Vorsteuerventile 17 und 18 bzw. der
Hauptsteuerventile 14 und 16, einen für deren Umschalten hinreichenden Versorgungsdruck
aufrecht, so daß, wenn innerhalb dieser Überbrückungszeit beide Vorsteuerventile
17 und 18 in ihre Einschaltstellung gelangen, auch beide Hauptsteuerventile 14 und
16 in ihre Ein-Schaltstellung gelangen können. Die Überbrückungszeit, für die der
Druckspeicher 57 einen hinreichenden Versorgungsdruck aufrecht erhält, ist durch
seine Dimensionierung und den Strömungswiderstand von Brückenleitungen 58 und 59
bestimmt, die die A-Druckanschlüsse der Vorsteuerventile bzw. deren B-Druckanschlüsse
miteinander verbinden.
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Ein zweckmäßiger Wert dieser Überbrückungszeit beträgt ca. 100 ms.
Typische Werte der Schaltzeiten der Vorsteuerventile 17 und 18 und der Hauptsteuerventile
14 und 16 sind 15 bzw. 20 ms.
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Für die Sicherheit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 10 ist
auch von Vorteil, daß bei verschiedener Schaltstellung der Vorsteuerventile 17 und
18 und der Hauptsteuerventile 14 und 16 der Speicher 57 über die Bypaß leitungen
58 und 59 und die Durchflußpfade der Vorsteuerventile mit dem Tank kommuniziert.
Dies hat zur Folge, daß nach Ablauf der Ubergangszeit im Speicher 57 und damit an
sämtlichen Druckanschlüssen A und B der Vorsteuerventile 17 und 18 wie auch in sämtlichen
Steuerdruckräumen 27, 28, 29 und 31 der Hauptsteuerventile 14 und 16 derselbe -
niedrige - Tankdruck herrscht, und somit bei einem nachträglichen Schalten des zuvor
in der Grundstellung verbliebenen Vorsteuerventils 17 oder 18 ein Durchschalten
des diesem zugeordneten Hauptsteuerventils 14 bzw. 16 nicht mehr erfolgen kann.
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Als zusätzliche Sicherung ist ein Druckwächter 60 vorgesehen, der
den im Speicher 57 herrschenden Druck überwacht. Sinkt der Druck im Speicher 57
- nach der vorgegebenen Verzögerungszeit - unter den für die Umschaltbarkeit der
Hauptsteuerventile 14 und 16 ausreichenden Schwellenwert ab, so wird durch diesen
Druckwächter 60 auch der elektrische Versorgungskreis der Maschine 11 unterbrochen
und auch dadurch eine nicht zweckgerechte Inbetriebsetzung derselben verhindert.
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Als weiterer möglicher Störfall sei nunmehr angenommen, daß bei einem
Ausschaltvorgang nur eines der beiden Vorsteuerventile, z.B. das erste Vorsteuerventil
17 in die Aus-Stellung - seine Vorwärtsstellung - gelangt, das andere Vorsteuerventil
18 aber aufgrund eines Fehlers in der Einschaltstellung - der Rückwärtsstellung
-verharrt. Dadurch wird, da der Speicher 57 auf den Versorgungsdruck
aufgeladen
ist, der erste Steuerdruckraum 27 des ersten Hauptsteuerventils 14 mit dem hohen
Versorgungsdruck beaufschlagt und der zweite Steuerdruckraum 28 über den Durchflußpfad
23 des ersten Vorsteuerventils 17 direkt mit der Haupt-Rücklaufleitung 13 verbunden.
Dadurch gelangt das erste Hauptsteuerventil 14 in seine Grundstellung, während das
zweite Hauptsteuerventil 16 mindestens für die Übergangszeit, in der der Speicher
57 einen hinreichenden Versorgungsdruck aufrechterhält, in seiner Einschaltstellung
bleibt. Dieser Schaltzustand ist in der Fig. 4 dargestellt. In dieser Schaltstellung
ist der Verbraucher 11, sobald das erste Hauptsteuerventil 14in seine Grundstellung
übergegangen ist, über seinen vom B-Druckanschluß zum Rücklauf-Anschluß T führenden
Durchflußpfad direkt mit dem Tank verbunden, und die durch den Verbraucher 11 repräsentierte
Maschine wird abgeschaltet.
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Im analogen Fall, daß beim Abschalten der Maschine 11 lediglich das
zweite Vorsteuerventil 18 in seine Ausschaltstellung übergeht und das erste Vorsteuerventil
17 "hängen" bleibt, schaltet zunächst nur das zweite hauptsteuerventil 16 in seine
Grundstellung zurück, während das erste Hauptsteuerventil in der Ein-Schaltstellung
bleibt. In diesem Fall ist dann die Maschine 11 über den vom A-Druckanschluß zum
Rücklaufanschluß T des zweiten Hauptsteuerventils 16 führenden Durchflußpfad direkt
mit dem Tank verbunden und dadurch abgeschaltet.
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Inden Fig. 5a und 5b sind die beiden Hauptsteuerventile 14 und 16
der Schalteinrichtung 10 gemäß Fig 1 in ihren konstruktiven Einzelheiten maßstäblich
dargestellt, wobei in ausgezogenen Linien jeweils die Grundstellung wiedergegeben
und gestrichelt die Ein-Sisltstellung
der Ventilkolben 61 bzw.
62 der beiden Hauptsteuerventile 14 und 16 angedeutet ist. Die beiden Hauptsteuerventile
14 und 16 sind als 6/2-Wege-Schieberventile ausgebildet, deren Kolben lediglich
durch die in den Steuerdruckräumen 27 und 28 bzw. 29 und 31 herrschenden SteuerdrUcke
in ihren alternativen Funktionsstellungen gehalten werden. Die Gehäuse 64 und 66
der beiden Hauptsteuerventile 14 bzw. 16 sind identisch ausgebildet und umfassen
einen von der zentralen Ventilbohrung 67 durchsetzten, im wesentlichen quaderförmigen
mittleren Gehäuseblock 68 und beidseits an diesen angesetzte, im wesentlichen topf
förmige, insgesamt mit 69 bzw. 71 bezeichnete Führungshülsen, in denen der Ventilkolben
61 bzw. 62 mit von seinen ringförmigen End-Stirnflächen 72 und 73 bzw. 74 und 76
in axialer Richtung abstehenden Zentrierbolzen 77 und 78 hin- und herverschiebbar
gleitend gelagert ist.
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Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Hauptsteuerventile 14 und
16 sei zunächst nur auf die Fig. 5a Bezug genommen: Der mittlere Gehäuseblock 68
ist symmetrisch bezüglich seiner rechtwinklig zur Längsachse 79 verlaufenden Quermittelebene
81 ausgebildet. Der Gehäuseblock 68 hat einen zentralen Ringkanal 82, der mit dem
P-Versorgungsdruck-Anschluß kommuniziert. Beidseits des zentralen Ringkanals 82
angeordnete Ringkanäle 83 bzw. 84 kommunizieren mit der Anschlußbohrung 86 bzw.
87 des A-bzw. des B-Druckanschlusses. Außenseitig von diesen Ringkanälen 83 und
84 angeordnete Ringkanäle 88 und 89 kommunizieren mit einem im Längsschnitt etwa
U-förmigen Gehäuse-Hohlraum 91, der mit dem Rücklauf-Anschluß T kommuniziert und
insoweit die Funktion der ersten Brücke 32 gemäß Fig. 1 hat. Wiederum außenseitig
von diesen T-Anschlußkanälen 88 und 89 angeordnete Ringkanäle 92
und
93 kommunizieren mit der Anschlußbohrung 94 bzw. 96 für den C-Druckanschluß bzw.
den D-Druckanschluß. Weiter sind durch die Wände der an ihren Endabschnitten erweiterten
Ventilbohrung und der in diese eingesetzten Führungshülsen 69 und 71 äußere, mit
den Steuerdruckräumen 27 bzw. 28 kommunizierende Ringkanäle 97 und 98 begrenzt,
die über schräg geführte Anschlußkanäle 99 bzw.
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101 mit den Anschlußbohrungen 102 und 103 für die Steueranschlüsse
X und Y kommunizieren.
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Der Ventilkolben 61 ist als Hohlzylinder ausgebildet, der an seinen
Stirnseiten durch hart angelötete Stopfen oder Blindflansche 104 und 106 verschlossen
ist, von denen die Zentrierbolzen 77 und 78 ausgehen. Der Durchmesser dieser Blindflansche
104 und 106 ist geringfügig kleiner als der größte Außendurchmesser des Ventilkolbens,
so daß auch dann, wenn der Kolben mit einer der Stirnseiten 72 oder 73 an der jeweils
äußeren, ringförmigen Begrenzungswand 107 bzw. 108 des jeweiligen Steuerdruckraumes
27 bzw. 28 anliegt, noch eine schmale Ringfläche 109 bzw. 111 verbleibt, an der
der Steuerdruck wirksam werden kann.
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Der Ventilkolben 61 ist in der aus der Fig. 5a ersichtlichen Anordnung
mit Steuernuten 112, 113, 114, 115, 116 und 117 versehen. Die zentral angeordnete
Steuernut 112 und die beiden äußersten Steuernuten 115 und 116 stehen über Radialbohrungen
118, 119 und 120, sowie den Innenhohlraum 121 des Steuerkolbens 67 in kommunizierender
Verbindung. Die zentrale Steuernut 112 kommuniziert in jeder Stellung des Ventilkolbens
mit dem an die Zulaufleitung 12 angeschlossenen zentralen Ringkanal 82 des Ventilgehäuses
64. Zwei jeweils zwischen dieser und den äußersten Steuernuten 115 und 116 angeordnete
weitere Steuernuten 113 und 114 kommunizieren in jeder Stellung des Ventilkolbens
67 mit dem Gehäusehohlraum 91, der an den Tank
angeschlossen ist.
Diese Steuernuten 113 und 114 haben je eine von ihrem Grund ausgehende Querbohrung
122 bzw.
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123, die je in eine von der Stirnseite des Kolbens her in dessen Wand
eingebrctc Längs-Sackbohrung 124 bzw.
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126 münden. Von diesen Längsbohrungen 124 und 126 au;-gehende, nach
außen offene, äußere Querbohrungen 127 und 128 sind so angeordnet, daß in der gemäß
Fig. 5a in ausgezogenen Linien wiedergegebenen Stellung des Ventilkolbens G1 die
eine, gemäß Fig. 5a linke Querbohrung 127 verschlossen ist und die andere, rechte
Querbohrung 128 mit dem in dieser Stellung mit dem Tank kommunizierenden zweiten
Stcuerdruckraum 28 über einen schmalen, ca. 0,3 mm weiten Spalt 129 kommuniziert.
In der anderen, gestrichelt wiedergegebenen Position des Ventilkolbens 61 ist diese
letztgenannte Querbohrung 128 verschlossen und dafür die linke Querbohrung 127 über
einen schmalen Spalt mit dem ersten Steuerdruckraum 27 verbunden. Zwischen der zentralen
Steuernut 112 und der, gemäß Fig. 5a rechten, Steuernut 114, die in jeder Stellung
des Kolbens 61 mit dem Gehäusehohlraum 91 kotnnniziert, ist die weitere Steuernut
117 angeordnet, die dem B-Druckanschluß zugeordnet ist. In der in ausgezogenen Linien
dargestellten Grundstellung des Ventilkolbens 61 kommuniziert dieser B-Druckanschluß
mit dem Gehäuselaohlraum 91 und dadurch mit ciem Tank, wogegen in der andere ren,
gestrichelt eingezeichneten Stellung des Kolbens 67, diese Steuernut 117 gegenüber
dem Gehäusehohlraum 91 abgesperrt ist.
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In der dargestellten Lage des Ventilkolbens 61 entspricht der mit
dem rechten, äußeren Ringkanal 98 kommunizierende Restraum der zweiten Steuerdruckkammer
28 dem gehäuseseitigen Umlaufkanal 37 der Fig. 1 und der die äußere Querbohrung
128 der Sackbohrung 126 und deren innere Querbohrung 123 umfassende, vom
Steuerdruckraum
28 zum B-Anschluß 87 führende Durchflußkanal dem Umlaufkanal 36 gemäß Fig. 1. In
der anderen Schaltstellung, der Ein-Schaltstellung des Ventilkolbens 67 entsprechen
der Resthohlraum der ersten Steuerdruckkammer 27 und der durch die Querbohrungen
122 und 127 und die Längsbohrung 124 gebildete Strömungskanal den Umlaufkanälen
49 und 47 gemäß Fig. 2.
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Durch diese zusätzlichen Tankverbindungen der über das Vorsteuerventil
A jeweils mit dem Tank B kommunizierenden Steuerdruckkammern 27 oder 28 wird zuverlässig
vermieden, daß sich durch einen von der Hochdruckseite ausgehender Leckölstrom in
den Steuerdruckkammern 27 und 28 ein höherer Druck aufbaut, und dadurch eine unerwünschte
Umsteuerung des Hauptsteuerventils 14 ausgelöst werden könnte. Entsprechendes gilt
sinngemäß auch für das zweite Hauptsteuerventil 16.
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Das in Einzelheiten in der Fig. 5b dargestellte zweite Hauptsteuerventil
16 unterscheidet sich vom ersten Hauptsteuerventil 14 lediglich durch eine andere
relative Anordnung seiner beiden mittleren Steuernuten 112' und 117', die zwischen
den mit dem Gehäusehohlraum 91 kommunizierenden Steuernuten 113 und 114 angeordnet
sind.
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Die mittlere Steuernut 112' der über den Innenraum 121 des Kolbens
62 und dessen Querbohrungen 118, 119 und 120 miteinander kommunizierenden Steuernuten
112', 115 und 116 kommuniziert hier in jeder Stellung des Kolbens mit der Anschlußbohrung
86 des B-Ausganges. Die zwischen dieser zentralen Steuernut 112' und der gemäß Fig.
5b rechten, mit dem Gehäusehohlraum 91 kommunizierenden Steuernut 114 angeordnete
Steuernut 117' ist dem A-Ausgang zugeordnet und kommuniziert in jeder Schaltstellung
des Ventilkolbens 62 mit der Anschlußbohrung 87 des A-Ausgangs.
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Verglichen mit der Darstellung der Fig. 5a sind beim Hauptsteuerventil
16 gemaß Fig. 5b die Druckanschlüsse A, B, C und D in bezüglich der Quermittelebene
81 des Ventilgehäuses 66 bzw. 64 gespiegelter Anordnung vorgesehen, so daß bei Block-N»ntage
die C- und D-Druckanschlüsse der beiden flauptsteuerventile durch gerad Leitungsstücke
direkt in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Schaltungsverbindung miteinander
gekoppelt werden können.
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Wie einleitend erwähnt, bleiben die Kolben 61 und 62 der beiden flauptsteuerventile
14 und 16 bei einer Fehlfunktion der Schalteinrichtung 10 in ihrer vor dem Abschalten
der Maschine 11 eingenommenen Schaltstellung stehen, wobei sich in der Regel einer
der beiden Kolben 61 und 62 in der Ein- und der andere in der Aus-Schaltstellung
befindet. Um nach einer Behebung der Störung die Steuereinrichtung 10 wieder in
ihren betriebsbereiten Zustand zu bringen, muß dann der eine, in der Ein-Schaltstellung
befindliche Kolben 61 oder 62 von Hand, - gemäß den Fig. 5a und 5b nach rechts -
in seine Grundstellung gedrückt werden. Hierzu muß der Werker eine die Führungshulse
69 abdeckende Verschlußkappe 136 abziehen, wonach er mit dem an der Verschlußkappe
136 vorgesehenen Zapfen 137 den Kolben 61 bzw. 62 des jeweiligen Hauptsteuerventils
14 oder 16 in die Grundstellung schieben kann.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung 10 eignet sich insbesondere
als Sicherheits-Schalteinrichtung für Pressen, die, für den Fall, daß eine Fehlfunktion
eines der Vorsteuerventile 17 und 18 vorliegt, mit rein hydraulischen
Mitteln
zuverlässig eine Stillsetzung der Presse bewirkt, wobei durch eine im wesentlichen
ai Druckspeicher 57 ausgebildete Verzögerungseinrichtung vermieden wird, daß ger
inq£üg ig unterschiedliche Schaltzeiten der Vorsteuerventile 17 und 18 solche Fehlfunktionen
vortäuschen können.
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Eine zu diesem Zweck geeignete Verzögerungseinrichtung kann auch durch
den B-Druckanschlüssen der Vorsteuerventile nachgeschaltete, in den zu den jeweils
zweiten Steuerdruckräumen 28 und 31 der Hauptsteuerventile 14 untl 1G führenden
Strömungspf aden eingeschaltete Drosseln 131 und 132 und diesen parallel geschaltete
Rückschlagventile 133 und 134 realisiert sein, wobei durch die Drosseln 131 und
132 beirn Einschalten die erwünschte Verzögerung des Druckanstieqes in den genannten
Steuerdruckräumen 28 und 31 erzielt wird, beim Ausschalten jedoch über die nunmehr
in Durchlaßrichtung beaufschlagten Rückschlagventile 133 und 134 ein rascher Druckabfall
in den Steuerdruckräumen 28 und 31 gewährleistet ist (Fig. 2).
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