DE3221758A1 - Hydraulische antriebsvorrichtung - Google Patents

Description

Hartmann & Lämmle P 82 41

GmbH & Co. KG 7.5.1982

Schuckertstraße 15
7255 Rutesheim

Hydraulische Antriebsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Maschinenelement, das im Rahmen eines bei der Bearbeitung eines Werkstückes ablaufenden Arbeitszyklus eine zum Werkstück hin gerichtete Eil-Vorschubbewegung, hierauf einen in derselben Richtung erfolgenden, die Bearbeitung des Werkstückes vermittelnden Arbeitshub und nachfolgend eine in der entgegengesetzten Richtung ablaufende Eil-Rückzugsbewegung ausführt, mit einem Hydrozylinder als Antriebselement, der mindestens drei Arbeitsflächen A1, A2 und A3 aufweist, die je einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckraum einseitig begrenzen, wobei die Eil-Vorschub- und -Rückzugsbewegungen des Kolbens des Hydrozylinders bzw. des Maschinenelements durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung des ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders und eine zur Durchführung des Arbeitshubes gegebenenfalls erforderliche Steigerung der Vorschubkraft durch Druckbeaufschlagung des dritten, durch die dritte Arbeitsfläche A3 begrenzten Druckraumes des Hydrozylinders steuerbar sind.

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Hydraulische Antriebsvorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt, z.B. in Verbindung mit Stanzmaschinen, bei denen das am Kolben des Antriebs-Hydrozylinders befestigte Stanzwerkzeug mit■Eilgeschwindigkeit und relativ geringer Vorschubkraft möglichst nahe an das Werkstück herangeführt wird, so daß dann mit erhöhter Vorschubkraft in das Werkstück eindringt und dieses anschneidet, im weiteren Verlauf seiner Arbeits-Vorschubbewegung das auszustanzende Materialstück aus der Stanzöffnung ausstößt und hierauf wieder mit Eilgeschwindigkeit in seine Ausgangslage zurückgeführt wird.

Problematisch ist dabei

1. die bedarfsgerechte Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb, d.h. die Umschaltung von niedriger auf hohe Vorschubkraft, die durch alternative oder zusätzliche Druckbeaufschlagung des dritten, durch die große Kolbenfläche A3 begrenzten Druckraumes des Hydrozylinders erzielt wird, sowie

2. die Umkehrung der Bewegungsrichtung des Werkzeuges, die durch Alternierung der Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders erreicht wird.

Erfolgt hierbei die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb wegabhängig, z.B. mittels geeigneter, auf bestimmte Momentanstellungen des Kolbens des Hydrozylinders ansprechenäer Annäherungsschalter, mit deren Ausgangssignalen als Magnetventile ausgebildete Steuerventile angesteuert werden, so wird die Umsteuerung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb, unabhängig vom tat-

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sächlichen Bedarf in jedem Arbeitszyklus vollzogen, und es müssen verhältnismäßig lange Arbeitszyklus-Zeitintervalle in Kauf genommen werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit einer Stanzmaschine, die pro Minute möglichst viele Arbeitszyklen auszuführen in der Lage sein soll, erheblichen und oftmals unnötigen Begrenzungen unterworfen ist.

Es kommt hinzu, daß elektrisch ansteuerbare Magnetventile Schaltzeiten in der Größenordnung von ca. 20 bis 25 ms benötigen, die erheblich zu den Zykluszeiten beitragen. Dieser Nachteil muß auch bei einer druckabhängigen und insoweit eher bedarfsgerechten Umschaltung von Eil- auf Lastvorschubbetrieb in Kauf genommen werden, wenn zu deren Realisierung elektromagnetische Druckschalter vorgesehen sind, die auf den im Eil-Vorschubbetrieb druckbeaufschlagten Druckraum des Antriebs-Hydrozylinders ansprechen und mit ihren elektrischen Ausgangssignalen Magnetventile ansteuern, die die zweckentsprechende Druckbeaufschlagung der Druckräume des Antriebs-Hydrozylinders vermitteln.

Im Hinblick auf eine in dieser Weise gesteuerte Bewegungsumkehr des Antriebs-Zylinderkolbens ist weiter von erheblichem Nachteil, daß die Richtungsumkehr der an dem Kolben angreifenden Kräfte zwangsläufig ruckartig erfolgt, woraus Erschütterungen resultieren, die nicht nur verschleißfördernd sind, sondern auch sehr starke Betriebsgeräusche verursachen.

Zwar ist es möglich, durch eine hinreichend stabile Konstruktion des Antriebs-Hydrozylinders und der mit

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diesem ausgerüsteten Maschine als notwendig erachtete Mindest-Standzeiten zu erreichen und durch zusätzliche hydromechanische und/oder federelastische Dämpfungselemente am Antriebs-Hydrozylinder die ansonsten in den Totpunkten seiner Vorschub- und Rückzugsbewegungen auftretenden Erschütterungen soweit zu dämpfen, daß eine übermäßige Geräuschentwicklung vermieden wird; der dafür erforderliche technische Aufwand ist aber erheblich und führt im Ergebnis ebenfalls zu einer Vergrößerung der Zykluszeiten und auch zu einem erhöhten Bedarf an installierter Antriebsleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydraulische Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Bedarfsfalle deutlich kürzere Arbeitszykluszeiten einer mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Maschine ermöglicht und insbesondere einen ruhigen und weitgehend erschütterungsfreien Einlauf des angetriebenen Maschinenelements in seine im Verlauf eines Arbeitszyklus eingenommenen bzw. durchlaufenen Endstellungen bzw. Bewegungstotpunkte gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale auf einfache Weise gelöst:

Hiernach erfolgt die Bewegungssteuerung über einen Regelkreis, der sowohl in den Vorschub- wie auch in den Rückzugsbewegungsphasen des Hydrozylinders die bedarfsgerechte Beaufschlagung der jeweils zur Kraftentfaltung ausgenutzten Kolbenfläche bzw. Druckräume vermittelt, wobei, wenn sich der Kolben seinen durch

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die Sollwert-Vorgabe bestimmten Endstellungen nähert, der Druck in den genannten Druckräumen heruntergeregelt wird, wodurch im Ergebnis ein sanftes und weitgehend erschütterungsfreies Einlaufen des Kolbens in seine Endstellungen erreicht wird. Der mit mechanischer Istwert-Rückmeldung arbeitende Regelkreis hat dadurch eine günstig hohe Regelfrequenz, so daß auch bei relativ kurzen Zykluszeiten noch eine wirksame Regelung der Drücke im Sinne einer stetigen Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit des Hydrazylinderkolbens bis hin zu seinen Endstellungen gewährleistet ist. Um die günstig hohe Regelfrequenz dieses mechanisch-hydraulischen Regelkreises möglichst weitgehend ausnutzen zu können, wird die Druckbeaufschlagung und -entlastung des weiteren Druckarmes, durch die im Bedarfsfalle eine erforderliche Erhöhung der Vorschubkraft bzw. Zurücknahme derselben erzielt wird, mittels eines mit niedrigen Schaltzeiten behafteten hydraulisch vorgesteuerten Umschaltventils selbsttätig gesteuert, in dessen dem Eil-Vorschubbetrieb zugeordneter erster Durchflußstellung der weitere Druckraum mit dem Tank und in dessen zweiter, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneter zweiter Durchflußstellung der weitere Druckraum des Antriebs-Hydrozylinders mit dem Druckausgang des Regelkreises verbunden ist, so daß auch im Lastfalle die Drücke in sämtlichen im Sinne der Vorschubkraftentwicklung beaufschlagten Druckräumen der Druckregelung unterworfen sind und somit auch dann, wenn der Kolben des Antriebs-Hydrozylinders in Lastbetrieb in eine Endstellung einläuft, dieser Einlauf so erschütterungsfrei wie möglich bleibt. Damit dieses Umschaltventil seinerseits hinreichend schnell aus seiner

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ersten Durchflußstellung in seine zweite gelangen und gegebenenfalls aus dieser wieder in seine erste Durchflußstellung zurückgesteuert werden kann, ist eine hydraulisch betätigte und damit ihrerseits mit günstig kurzer Schaltzeit behaftete Vorsteuerventilanordnung vorgesehen, die, wenn der Ausgangsdruck des Regelkreises einen vorgegebenen Schwellenwert ρ ₁ überschreitet, das Umschaltventil selbsttätig in dessen zweite Durchflußstellung steuert und, sobald der Ausgangsdruck des Regelkreises wieder auf einen Wert ρ ~ abgefallen ist, der höchstens noch dem Wert ρ - . A₁ZAj. entspricht, worin A₁ die Größe der im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders mit dem Ausgangsdruck ρ_Δ des Regelkreises beaufschlagten Fläche und A_L die Größe der im Last-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders mit dem Ausgangsdruck des Regelkreises insgesamt beaufschlagten Fläche des Kolbens bezeichnen, das Umschaltventil wieder in seine erste Durchflußstellung zurücksteuert. Dadurch wird erreicht, daß die Druckbeaufschlagung des weiteren Druckraumes nur dann und nur so lange erfolgt, wie eine erhöhte Vorschubkraft erforderlich ist, ansonsten aber so weit wie möglich die Eil-Betriebszustände des Kolbens für dessen Bewegungsablauf ausgenutzt und dadurch optimal kurze Zykluszeiten erzielt werden. Hieraus resultiert auch eine Minimierung der insgesamt erforderlichen Antriebsenergie, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung, jedenfalls unter der Voraussetzung, daß zur Druckversorgung eine Speicherpumpanlage vorgesehen ist, auch mit einer günstig niedrigen installierten Antriebsleistung auskommt.

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Vorteilhaft ist, wenn der - niedrigere - Druckschwellenwert ρ 2» kei dem die erfindungsgeraäße Antriebsvorrichtung von Last- auf Eil-Betrieb zurückschaltet, wie im Anspruch 2 angegeben, um einen definierten Betrag niedriger ist als der Wert ρ .. A₁ /A-. , damit eine beim Umschalten von Eil- auf Last-Betrieb einleitend auftretende Absenkung des Ausgangsdruckes p_A des Regelkreises nicht sofort wieder zu einem Zurückschalten in den Eil-Betriebszustand führt, wenn z.B. die im Last-Vorschubbetrieb erforderliche Vorschubkraft nur wenig größer ist als die im Eil-Vorschubbetrieb durch alleinige Druckbeaufschlagung der einen Arbeitsfläche A. entfaltete Vorschubkraft. Durch eine solche Auslegung wird auch in Fällen, in denen die zur Durchführung des Arbeitshubes erforderliche Steigerung der Vorschubkraft relativ gering ist, ein weitgehend gleichmäßiger Bewegungsablauf gewährleistet.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist eine vorteilhaft einfache Gestaltung einer zur funktionsgerechtschnellen Umsteuerung des Umschaltventils geeignete Vorsteuerventilanordnung angegeben, die ein 3/3-Wege-Schieberventil als Ausgangsstufe und ein in der Art eines Druckverhältnisventils ausgebildetes, seinerseits als Vorsteuerventil für das 3/2-Wegeventrl ausgenutztes Sprungwerk umfaßt, dessen konstruktiver Aufbau als Sitzventil und dessen Schaltungsverbindung mit dem Vorsteuerventil mehr im einzelnen durch die Merkmale des Anspruchs 4 angegeben sind.

Durch die gemäß Anspruch 5 vorgesehene Einstellbarkeit der Vorspannung einer den Ventilkörper des Sitzventils

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des Sprungwerks in seine Sperrstellung drängenden Druckfeder ist auf einfache Weise der Druckschwellenwert p. vorgebbar, bei dem die selbsttätige Umschaltung der Antriebsvorrichtung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb erfolgt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 ist eine bevorzugte Gestaltung des Sprungwerks angegeben, die günstig kurze Ansprechzeiten des Sprungwerks bzw. der Vorsteuerventilanordnung gewährleistet.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 ist der grundsätzliche Aufbau eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung geeigneten Umschaltventils angegeben, das in den durch die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 näher spezifizierten, bevorzugten Gestaltungen seiner verschiedenen Durchflußstellungen mit günstig niedrigen Strömungswiderständen behaftet ist und in der durch die Merkmale des Anspruchs 10 angegebenen Ausführungsform als kompakte Baueinheit mit dem Antriebs-Hydrozylinder auch konstruktiv einfach realisierbar ist.

Durch die Merkmale des Anspruchs 11 ist ein als Ausgangsstufe des die Bewegungssteuerung des Hydrozylinders vermittelnden Regelkreises besonders geeignetes, seinem grundsätzlichen Aufbau nach an sich bekanntes Nachlauf-Regelventil spezifiziert, das sowohl für eine digitale wie auch für eine analoge Sollwert-Vorgabe der Bewegungsabläufe und -hübe geeignet ist.

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Durch die Merkmale des Anspruchs 12 ist eine für eine fest oder variabel programmierbare Steuerung der Arbeitszyklen geeignete Ausbildung der Sollwert-Vorgabeeinrichtung des Regelkreises angegeben, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eröffnet. Dabei ist die Bewegungssteuerung sowohl in der Weise möglich, daß die Sollwert-Vorgabe jeweils nur um einen oder einige wenige Vorgabeschritte dem mittels der Rückmeldeeinrichtung erfaßten Istwert der Momentanstellung des Kolbens betragsmäßig vorauseilt, als auch in der Weise, daß am Beginn einer in Vorschub- bzw. in Rückzugsrichtung erfolgenden Bewegungsphase des Kolbens innerhalb e iner Zeitspanne, die klein gegen die Dauer dieser Bewegungsphasen ist, lediglich eine dem Gesamthub in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung entsprechende Sollwert-Vorgabe erfolgt, wobei sich mit dieser zweitgenannten Art der Bewegungssteuerung besonders kurze Arbeitszykluszeiten erzielen lassen.

Eine speziell auf diese Art der Endstellungs-Sollwert-Vorgabe ausgelegte, insoweit zur Einrichtung gemäß Anspruch 12 alternative, jedoch wesentlich einfacher aufgebaute Vorgabeeinriehtung ist ihrem grundsätzlichen Aufbau nach durch die Merkmale des Anspruchs umrissen und durch diejenigen der Ansprüche 14, 15 und 16 in Einzelheiten näher spezifiziert. Sie ist insbesondere für Stanzmaschinen geeignet, bei denen in rascher Folge eine Vielzahl von Arbeitszyklen aufeinanderfolgen.

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Da bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Entfaltung der in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung des Kolbens des Hydrozylinders wirksamen Kräfte durch eine geregelte Druckbeaufschlagung der jeweils wirksamen Arbeitsflächen A.. und/oder A₃ bzw. A₂ erfolgt, ist z.B. mit dem Erreichen von Endstellungen des Kolbens jeweils ein Druckabfall in den über den Druckausgang des Regelkreises druckbeaufschlagten Druckräumen des Kydrozylinders bzw. eine Angleichung der in den verschiedenen Druckräumen wirksamen Drücke aneinander verknüpft. Es ist daher mittels einer ihrem grundsätzlichen Aufbau nach durch die Merkmale des Anspruchs 17 umrissenen Überwachungseinrichtung, die in charakteristischer Weise auf die in den einzelnen Druckräumen des Hydrozylinders herrschenden Drücke anspricht, auf einfache Weise möglich, festzustellen, ob der Kolben des Hydrozylinders die den Sollwertvorgaben entsprechenden Endstellungen im Verlauf eines Arbeitszyklus erreicht oder nicht und hieraus eine Aussage über ordnungsgemäße oder gegebehenfalls fehlerhafte oder unzureichende Funktion der Antriebsvorrichtung zu gewinnen. Bleibt z.B. der Ausgangsdruck der Regeleinrichtung, nachdem die Antriebsvorrichtung von Eil-Vorschub- auf Last-Vorschubbetrieb umgeschaltet hat, auf hohem Niveau, so ist dies ein sicheres Indiz dafür, daß der Kolben des Antriebs-Hydrozylinders nicht in der Lage ist, seinen Arbeitshub zu vollenden, sei es, weil - im Falle eines Stanzvorganges das Werkzeug stumpf geworden ist, oder weil - im Falle eines Preß- oder Prägevorganges das Werkstück, z.B. wegen unsachgemäßer Abstützung, nicht im vorgesehenen Maß verformbar ist. Insoweit kann die Überwachungseinrichtung zu einer Fehlfunktionsanzeige ausgenutzt werden; andererseits ist es möglich,

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anhand des durch die Druckregelung vermittelten Druckabfalls bzw. -ausgleiche zu erkennen, daß der Hydrozylinder seinen Arbeitshub ausgeführt hat und sich seiner Endstellung nähert, und es kann daher ein entsprechendes Ausgangssignal der überwachungseinrichtung dazu benutzt werden, die Sollwertvorgabe für den Rückzugshub auszulösen, schon bevor der Kolben seine mit dem Arbeitshub verknüpfte Endstellung erreicht hat; auf diese Weise kann eine weitere Verkürzung der Arbeitszykluszeiten, z.B. wiederholt ablaufender Stanzvorgänge erzielt werden.

Die gemäß·Anspruch 18 vorgesehene Gestaltung der überwachungseinrichtung mit einem doppeltwirkenden Stufenkolben, bei dem das Verhältnis seiner wirksamen Arbeits flächen dem Verhältnis der zur Kraftentfaltung in entgegengesetzter Richtung ausgenutzten Arbeitsflächen des Antriebs-Hydrozylinderkolbens entspricht, wobei für den Stufenkolben vorzugsweise die durch die Merkmale der Ansprüche 19 bzw. 20 angegebene, miniaturisierte Auslegung getroffen ist, hat den Vorzug, daß die Auslenkungen des Stufenkolbens der überwachungseinrichtung den jeweils am Kolben des Antriebs-Hydrozylinders in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung wirkenden Kräften proportional sind, so daß, wenn der Stufenkolben mit einem Analog-Weggeber gekoppelt ist, eine fortlaufende Erfassung der im Rahmen der Antriebsvorrichtung erzeugten Kräfte möglich ist.

Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ist es jedoch hinreichend, wenn die Überwachungseinrichtung in einer

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durch die Merkmale der Ansprüche 21 und/oder 22 angegebenen Gestaltung lediglich auf eine Erfassung der Endstellungen des Stufenkolbens bzw. eine überwachung der in Vorschub- und Rückzugsrichtung des Hydrozylinders maximal wirksamen Kräfte ausgelegt ist.

Schließlich sind durch die Merkmale der Ansprüche 23 und 24 für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung besonders vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten angegeben.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem mittels eines hydraulischen Regelkreises bewegungsgesteuerten Antriebs-Hydrozylinder mit drei Arbeitsflächen und mit einem hydraulisch vorgesteuerten Umschaltventil zur Steuerung der EiI- und Last-Betriebszuständen der Antriebs-Hydrozylinders,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit in das Gehäuse des Antriebs-Hydrozylinders integriertem Umschaltventil und Einzelheiten der zur Umsteuerung des Umschaltventils vorgesehenen Vorsteuer-Ventilanordnung, in einer dem EiI-Vorschubbetrieb der Antriebsvorrichtung entsprechenden Funktionsstellung,

Fig. 3 die Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 2 in deren dem Last-Vorschubbetrieb entsprechenden Funktionsstellung,

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Fig. 4 Einzelheiten eines im Rahmen des Regelkreises zur Steuerung der Bewegungen des Kolbens des Antriebs-Hydrozylinders vorgesehenen Nachlaufregelventils mit schrittmotorgesteuerter Sollwert-Vorgabe und mechanischer Istwert-Rückmeldung,

Fig. 5 Einzelheiten eines einfachen, in Verbindung mit dem Nachlauf-Regelventil gemäß Fig. 4 alternativ zu einem elektrisch ansteuerbaren Schrittmotor benutzbaren Sollwert-Vorgabewerks,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer zur Steuerung einer mit dem Vorgabewerk gemäß Fig. 5 ausgerüsteten Antriebsvorrichtung geeigneten Steuerschaltung,

Fig. 7 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Steuerschaltung gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 Einzelheiten einer zur Funktionsüberwachung des Hydrozylinders der Antriebsvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 geeigneten hydraulisch-elektrischen überwachungseinrichtung.

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Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße hydraulische Antriebsvorrichtung 10 sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Antriebskopf für eine Präge- oder eine Stanzmaschine vorausgesetzt, die auf eine besonders hohe Anzahl in der Zeiteinheit wiederholt durchführbarer Arbeitszyklen ausgelegt ist. Als Richtwert hierfür sei angenommen, daß die Maschine bzw. deren Antriebsvorrichtung 10 in der Lage ist, pro Minute 600 gleichartige Arbeitszyklen durchzuführen, z.B. 600 kreisrunde Löcher aus einem Werkstück 11, das im Takt der Arbeitszyklen auf einem Maschinentisch 12 definiert verschiebbar ist, auszustanzen; dabei umfaßt jeder Arbeitszyklus mindestens eine Eil-Vorschubbewegung, in der sich das, je nach dem Zweck der Maschine als Stanz-, Präge- oder Pressenstempel ausgebildete Werkzeug mit hoher Vorschubgeschwindigkeit auf das Werkstück 11 zubewegt und auf dieses auftrifft, wie eine Arbeitsbewegung in derselben Richtung, in deren Verlauf das Werkzeug 13 in das Werkstück 11 eindringt und dieses gegebenenfalls durchstößt, u:.ä eine Eil-Rückzugsbewegung, durch die das Werkzeug 13, nachdem die zweckentsprechende Verformung des Werkstückes 11 erreicht ist, rasch wieder in die für den nächsten Arbeitszyklus geeignete Ausgangsstellung zurückgelangt.

Um zu gewährleisten_r daß das Werkzeug 13 die dem jeweiligen Einsatzzweck entsprechende Vorformung vermitteln kann, ist vorgesehen, daß im Bedarfsfall die für die Durchführung der Arbeitsbewegung erforderliche Vorschubkraft - mit einer entsprechenden Verminderung der

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Vorschubgeschwindigkeit einhergehend - lastabhängig bedarfsgerecht erhöht werden kann.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 ist als Antriebselement ein insgesamt mit 14 bezeichneter Hydrozylinder vorgesehen, der in der Fig. 1 in derjenigen, seine zentrale Längsachse 16 enthaltenden, ausgezeichneten Schnittebene dargestellt ist, in der auch die zu seiner Bewegungssteuerung ausgenutzten Anschlußleitungen und -kanäle sichtbar sind.

Das Gehäuse 17 des Hydrozylinders 14, mit dem dieser an einem nicht dargestellten Maschinenkörper montiert ist, hat im wesentlichen die Form eines in der dargestellten Anordnung nach unten offenen Topfes mit einem massiven zylindrischen Kern 18, der zusammen mit' der zylindrischen Außenwand 19 einen langgestreckten Ringraum 21 begrenzt, der nach oben durch die massive Boden- bzw. Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 abgeschlossen ist und an seiner Unterseite durch einen von seinem Außenmantel 19 radial nach innen weisenden Flansch 23 im Durchmesser etwas verengt ist, so daß die lichte Weite W eines zwischen dem Kern 18 des Zylindergehäuses und dessen Flansch 23 verbleibenden Ringspaltes 24, durch den der seinerseits im wesentlichen topfförmig ausgebildete, insgesamt mit 26 bezeichnete Kolben des Hydrozylinders nach unten austritt, etwas geringer ist als die zwischen dem Kern 18 und der Innenwand des Außenmantels 19 des Zylindergehäuses 17 gemessene lichte Weite w des Ringraumes 21 des Zylindergehäuses 17.

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Der Kolben 26 des Hydrozylinders 17 ist, wie aus der Fig. 1 im einzelnen ersichtlich,

mit seiner inneren Mantelfläche 27 an dem zylindrischen Kern 18 des Zylindergehäuses einerseits und mit seiner äußeren Mantelfläche 28 an der zylindrischen Gegenfläche des Flansches 23 des Zylindergehäuses 17 andererseits druckdicht verschiebbar geführt. Der Boden 31 des Kolbens 26 und die diesem gegenüberliegende Stirnfläche 32 des Zylindergehäusekerns 18 begrenzen in axialer Richtung einen ersten Druckraum 33, der über einen den Kern 18 in dessen Längsrichtung durchsetzenden Steuerkanal 34 an den A-Arbeitsanschluß 36 einer zur Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens 26 vorgesehenen Steuerventilanordnung £0 anschließbar ist. Des weiteren ist der Kolben 26 am oberen Rand seines Mantels 38 mit einem radial nach außen weisenden Kolbenflansch 39 versehen und mit dessen mit der Längsachse 16 koaxialen zylindrischen Außenfläche 41 druckdicht-verschiebbar an der inneren Mantelfläche 42 des Zylindergehäuses 17 geführt. Durch die gemäß Fig. 1 untere, schmale Ringfläche 43 dieses Flansches 39 und die innere, radiale Ringfläche 44 des Gehäuseflansches 23 ist ein von dem Gehäuse 17 und dem Kolben 26 eingeschlossener zweiter Druckraum 46 in axialer Richtung begrenzt, der über einen Steuerkanal 47 an den weiteren B-Arbeitsanschluß 48 der Steuerventilanordnung 40 anschließbar ist. Zum Anschluß der Steuerkanäle 34 und 47 an die Steuerventilanordnung 40 vorgesehene Steuerdruckleitungen sind mit 49 bzw. 51 bezeichnet. Die in radialer Richtung

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gemessene lichte Weite des zweiten Druckraumes 46 entspricht der Differenz W - w der lichten Weiten des Ringraumes 29 bzw. des zwischen dem Gehäuseflansch 23 und dessen Kern 18 verbleibenden Ringspaltes 24. Weiter ist durch die obere Stirnfläche 52 des Kolbens 26 bzw. seines radialen Flansches 39 und die dieser gegenüberliegende breite Ringfläche 53 der Gehäuse-Deckenplatte 22 in axialer Richtung ein von dem Zylindergehäuse 17 und dem Kolben 26 eingeschlossener, dritter Druckraum 54 begrenzt, dessen in radialer Richtung gemessene Weite W beträgt. Dieser dritte Druckraum 54 ist über einen Steuerkanal 56 an den A-Arbeitsanschluß 57 eines druckgesteuerten Umschaltventils 58 angeschlossen, in dessen alternativen Schaltstellungen dieser Druckraum 53 entweder mit dem Tank oder mit dem A-Anschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 verbunden ist. Wenn sich, wie dargestellt, das Umschaltventil 58 in derjenigen Schaltstellung befindet, in der der dritte Druckraum 54 mit dem Tank verbunden ist und die durch ein 4/3-Wegeventil repräsentierte Steuerventilanordnung 40 in die mit I bezeichnete erste Durchflußstellung gesteuert ist, in der der erste Druckraum 33 des Hydrozylinders über den durch den Pfeil 59 repräsentierten Strömungspfad mit dem Hochdruckausgang 61 der im übrigen nicht dargestellten Druckquelle verbunden ist und gleichzeitig der zweite Druckraum 46 über den durch den Pfeil 6 2 repräsentierten Strömungspfad des 4/3-Wegeventils mit dem Tank verbunden ist, führt der Kolben 28 des Hydrozylinders 14 die Eil-Vorschubbewegung aus.

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Wird, während sich das 4/3-Wegeventil 37 in seiner Durchflußstellung I befindet, das Umschaltventil 58 in seine andere Schaltstellung umgesteuert, in der sein mit dem A-Arbeitsanschluß 36 des 4/3-Wegeventils 37 verbundener Druckversorgungsanschluß (P-Anschluß) über den durch den Pfeil 64 repräsentierten Strömungspfad mit dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 verbunden und dieser Druckraum dadurch mit dem hohen Ausgangsdruck der Druckquelle beaufschlagt ist, so führt der Kolben 26 mit erhöhter Vorschubkraft seinen Last-Arbeitshub aus.

Ist andererseits das zur Bewegungssteuerung 4/3-Wegeventil 37 in seine mit II bezeichnete Durchflußstellung und gleichzeitig das Umschaltventil 58 in die dargestellte Schaltstellung gesteuert, so sind der erste Druckraum 33 und der dritte Druckraun 54 an den Tank und nur der zweite Druckraum 46 an den Hochdruckausgang 61 der Druckquelle angeschlossen, und der Kolben 26 führt seine Eil-Rückzugsbewegung aus.

Der Hydrozylinder 14 ist, wenn es darauf ankommt, eine möglichst rasche Folge der Arbeitszyklen zu erzielen, zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die im Ξϋ-Vorschubbetrieb wirksame Vorschubkraft F , die gleich dem Produkt A- . ρ ist, worin A. die Größe der Stirnfläche 32 des Gehäusekerns 18 bzw. der inneren Bodenfläche 66 des Kolbens 26 und P den Ausgangsdruck am A-Arbeitsanschluß der Steuerventilanordnung 40 bedeuten, auch für die Arbeitsbewegung des Kolbens 26 bzw. des Werkzeugs 13 ausreicht. Die

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eine Erhöhung der Vorschubkraft vermittelnde/ durch Umsteuerung des Umschaltventils 58 erzielbare zusätzliche Druckbeaufschlagung des dritten Druckraumes 54 ist dann nur in Grenzfällen erforderlich oder z.B. dann, wenn das Werkzeug aufgrund einer Abnutzung zunehmend schwerer in das Werkstück 11 eindringen kann, in welchem Falle die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb als Anzeige dafür gewertet werden kann, daß das Werkzeug 13 alsbald ausgewechselt werden muß. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 10, wenn Werkstücke 11 mit relativ großer Materialdicke zu bearbeiten sind, auch so betrieben werden, daß in jedem Arbeitszyklus die Umschaltung von Eil- auf Lastbetrieb ausgenutzt wird.

Die jeweils zweckgerechte Ansteuerung des Umschaltventils 58 vermittelt eine insgesamt mit 70 bezeichnete Vorsteuerventilanordnung, durch deren alternative Hoch- und Niedrig-Pegel-Druck-Ausgangssignale das Umschaltventil 58 in seine alternativen, dem Eil-Vorschubbetrieb bzw. dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneten Schaltstellungen steuerbar ist. Mehr im einzelnen erfüllt diese Vorsteuerventilanordnung 70 folgende Funktion: Solange - im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders 14-der Ausgangsdruck am A-Arbeitsanschluß der Steuerventilanordnung 37 bzw. im ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 niedriger ist als ein vorgegebener Schwellenwert ρ - hat der am Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung anstehende Ausgangsdruck derselben, mit dem der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 beaufschlagt ist, denjenigen - hohen oder

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niedrigen - Pegel, mit dem das Umschaltventil 58 in die mit dem Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders 14 verknüpfte Schaltstellung gesteuert und in dieser gehalten ist. Überschreitet der im ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders herrschende Druck den genannten Schwellenwert ρ^,/was der Fall ist, wenn die für den Eil-Vorschubbetrieb durch alleinige Druckbeaufschlagung dieses ersten Druckraumes 33 bereitgestellte Vorschubkraft nicht mehr ausreicht, um z.B. das Werkzeug 13 durch das Werkstück 11 zu treiben, so reagiert die Vorsteuerventilanordnung 70 hierauf mit dem Umschalten eines seinerseits druckgesteuerten Vorsteuerventils und dadurch mit einem Wechsel des am Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung abgegebenen Steuerdruckes auf denjenigen - niedrigen bzw. hohen - Pegel, der die Umsteuerung des Umschaltventils 58 in dessen mit dem Last-Vorschub verknüpfte Schaltstellung vermittelt, in der nunmehr zusätzlich zu dem ersten Druckraum 33 auch der dritte Druckraum 54 mit dem - hohen - Ausgangsdruck der Steuerventilanordnung 37 beaufschlagt ist. Der Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordung 70 bleibt hiernach auf dem mit der Lastbetriebschaltstellung des Umschaltventils 58 verknüpften Pegel solange der Druck p, mit dem die beiden Druckräume 33 und 54 beaufschlagt sind, der Beziehung

Ό ^ P Cf A. / (A ~t" A 1 ⁼⁼ ώ (~t A / A

genügt, worin A-. die Größe der im Last-Vorschubbetrieb zusätzlich als Arbeitsfläche druckbeaufschlagten Stirnfläche 52 des Kolbens 26 bzw. A₁. - A. + A. oie im Last-

J-I I ώ

Vorschubbetrieb druckbeaufschlagte Gesamtfläche und ρ einen Faktor bezeichnet,

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der zweckmäßigerweise gemäß der Beziehung

0,8 < q < 0,95
gewählt ist.

Sinkt der in den beiden Druckräumen 33 und 54 herrschende Druck ρ unter den Wert ρ - . q . A./(A. + A₃), so reagiert hierauf die Vorsteuerventilanordnung 70 mit einem Zurückschalten des Vorsteuerventils 73, mit der Folge, daß auch das Umschaltventil 58 wieder in seine mit dem Eil-Vorschubbetrieb verknüpte Schaltstellung gesteuert wird.

Um diese Funktion der Vorsteuerventilanordnung 70 zu erzielen und ein schnelles Ansprechverhalten derselben zu gewährleisten, hat diese mehr im einzelnen den aus dem Schaltbild der Fig. 1 und in konstruktiven Einzelheiten den aus den Fig. 2 und 3, auf die im folgenden ebenfalls Bezug genommen sei, ersichtlichen Aufbau, wobei in den Fig. 1 und 2 die im Eil-Vorschubbetrieb und in der Fig. 3 die dem Last-Vorschubbetrieb zugeordneten Schaltstellungen des Umschaltventils 58 und
der Vorsteuerventilanordnung 70 wiedergegeben sind.
Dabei ist vorausgesetzt, daß das Umschaltventil 58
durch den Hoch-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in die dem Eil-Vorschubbetrieb sowie dem Eil-Rückzugsbetrieb zugeordneten Schaltstellung und durch den Niedrig-Pegel-Ausgangsdruck der Vorsteuerventilanordnung 70 in seine dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Schaltstellung gesteuert ist.

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Das im Rahmen der Vorsteuerventilanordnung 70 als Ausgangsstufe eingesetzte Vorsteuerventil 73 ist als 3/2-Wege-Schieberventil ausgebildet, dessen Kolben 74, in axialer Richtung gesehen, zwischen zwei Steuerdruckräumen 76 und 77 angeordnet ist, durch deren Druckbeaufschlagung in entgegengesetzter Richtung wirksame Steuerkräfte auf den Kolben 74 ausübbar sind. Herrscht in beiden Druckräumen 76 und 77 derselbe Druck, so ist der Kolben 74 durch eine vorgespannte Rückstellfeder 78 in die in der Fig. 2 dargestellte Grundstellung gedrängt, in der der A-Arbeitsanschluß 79 des Vorsteuerventils 73 mit dem Hochdruckausgang 61 der Druckquelle kommunizierend verbunden ist. Mit diesem Druck ist dann auch der Steuerdruckraum 7 2 des Umschaltventils 58 beaufschlagt und dieses durch die Rückstellkraft einer vorgespannten Druckfeder 79 in der dem Eil-Vorschubbetrieb zugeordneten Durchflußstellung gehalten. Die Grundstellung des Kolbens 74 des Vorsteuerventils 73 ist durch Anlage seines den gemäß Fig. 2 linken Steuerdruckraum 76 gegen die Ventilbohrung 81 abgrenzenden Kolbenflansches 82 an einem Anschlagfalz 83 der Ventilbohrung 81 markiert. Der Kolben 74 gelangt in seine zweite, zur Grundstellung alternative, in der Fig. 3 dargestellte Funktionsstellung, wenn der Druck in dem gemäß den Fig. 2 und 3 linken Steuerdruckraum 76 um so viel größer ist als in dem gegenüberliegenden, rechten Steuerdruckraum 77, daß der Kolben 74 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 78 nach rechts verschoben werden kann, wobei diese zweite Funktionsstellung durch Anlage eines Distanzstiftes 84 an der Endstirnwand 86 des rechten Steuerdruckraumes 77 markiert ist.

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- 3g-

In dieser zweiten Funktionsstellung des Kolbens 74 bzw. des Vorsteuerventils 73 ist dessen A-Arbeitsanschluß 71 über denTank (T)-Anschluß 86 mit dem Tank T der Druckquelle kommunizierend verbunden. Dadurch liegt auch der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 auf dem niedrigen Tankpegel, so daß es durch die Rückstellkraft seiner Steuerdruckfeder 73 in seine zweite, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Durchflußstellung gelangt, in der über den Strömungspfad 64 (Fig. 1) der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 an den A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 3 7 angeschlossen ist.

Der x-Steueranschluß des gemäß den Fig. 2 und 3 linken Steuerdruckraums 76 des Vorsteuerventils 73 ist, wie durch die Druckleitung 88'veranschaulicht, direkt mit dem A-Arbeitsanschluß 35 der Steuerventilanordnung 37 verbunden. Der y-Steueranschluß 89 des gemäß den Fig. 1 bis 3 rechten Steuerdruckraumes 7 7 des Vorsteuerventils 73 ist über einen als Blende oder Drosselglied ausgebildeten Strömungswiderstand 91 mit dem x-Steueranschluß 87 des Vorsteuerventils 73 bzw. dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 37 verbunden.

Im Rahmen der Vorsteuerventilanordnung 70 ist weiter ein in der Art eines Druckverhältnisventils ausgebildetes, insgesamt mit 92 bezeichnetes Sprungwerk vorgesehen, das im Eil-Vorschubbetrieb die Umschaltdruckschwelle, auf die das Vorsteuerventil 73 anspricht, auf dem Wert P₅₁ hält und nach einem Umschalten des Vorsteuerventils 73 bzw. des Umschaltventils 58 von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb die Druck-

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schwelle, bei deren Unterschreiten das Vorsteuerventil 73 wieder in seine der Eil-Vorschubbewegung zugeordnete Schaltstellung übergeht, auf den Wert . q . A₁Z(A. + A_) absenkt.

Das Sprungwerk 92 umfaßt ein insgesamt mit 93 bezeichnetes Kugelsitzventil, dessen Ventilkörper 94 mittels einer Druckfeder 96, deren Vorspannung definiert einstellbar ist, gegen einen konischen Ventilsitz 97 gedrängt wird. In der Grundstellung dieses Kugeisitzventils 93, in der dessen Ventilkugel 94 dichtend an ihrem Sitz 97 anliegt, ist ein unmittelbar an den Tank T der Druckquelle angeschlossener Ringraum 98 gegen einen insgesamt mit 106 bezeichneten Ausgangsdruckraum abgesperrt, der mit dem Steueranschluß 89 des zweiten gemäß Fig. 2 rechten Steuerdruckraumes 77 des Vorsteuerventils 73 kommunizierend verbunden ist. Dieser Ausgangsdruckraum ist in axialer Richtung durch einen Freikolben 107, der in Richtung der Längsachse 102 des Gehäuses 103 des Sprungwerks 92 hin- und herverschiebbar ist, druckdicht gegen einen Steuerdruckraum 111 abgegrenzt, der über eine Steuerdruckleitung 112 mit dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 verbunden ist. Der Freikolben 107 ist in der erweiterten Bohrungsstufe 104 einer Stufenbohrung 101, 104 angeordnet, deren engere Bohrungsstufe 101 sich an den Ventilsitz 97 anschließt. Der Freikolben 107 ist mit einem zur Ventilkugel hin weisenden Distanzstift 113 versehen, der, wie in der Fig. 3 dargestellt, die Ventilkugel 94 in ihrer von dem Ventilsitz 97 abgehobenen Stellung hält, wenn der Freikolben 107 mit hinreichendem Druck

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von dem Steuerdruckraum 111 her einseitig druckbeaufschlagt ist und dadurch in seine gemäß Fig. 3 obere
Endstellung gedrängt ist, die durch Anlage des
Freikolbens 1O7 an der die engere Bohrungsstufe 101
gegen die weitere Bohrungsstufe 104 des Sprungwerkgehäuses 103 absetzenden Stufenfläche 114 markiert ist.

Die insoweit erläuterte erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 arbeitet im Verlauf eines von mehreren,
z.B. mit fester Taktfolge periodisch wiederholten
Arbeitszyklen wie folgt:

In der einleitenden Eil-Vorschubphase ist die Steuerventilanordnung 40 in ihre Funktionsstellung I gesteuert und dadurch der erste Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 mit dem Druckausgang 61 der Druckquelle
und der zweite Druckraum 46 an den Tank derselben angeschlossen.

Das Vorsteuerventil 73, dessen einer Druckraum 76 über die Druckleitung 88 direkt und dessen anderer Druckraum über den Strömungswiderstand 91 an den A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 angeschlossen sind, ist zunächst durch die Wirkung seiner Rückstellfeder 78 und im stationären Zustand der Eil-Vorschubbewegung auch durch die gleichmäßige Druckbeaufschlagung der beiden Steuerdruckräume 76 und 77 in seiner
Grundstellung gehalten. Dadurch ist das Umschaltventil 58 wegen der damit verknüpften Hoch-Pegel-Druckbeaufschlagung seines Steuerdruckraumes 72 in diejenige Durchflußstellung gesteuert, in der der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 mit dem Tank kommunizierend verbunden ist. Die in der Eil-Vorschubphase sich

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einstellende Vorschubgeschwindigkeit ν des Kolbens des Hydrozylinders 14 ist dann durch die Beziehung

ν =

gegeben, wobei Q das auf die Zeiteinheit bezogene Fördervolumen der Druckpumpe bedeutet. Der Druck P im ersten Arbeitsdruckraum 33 des Hydrozylinders ist in dieser Bewegungsphase relativ niedrig, da die Druckpumpe nur gegen den Strömungswiderstand der Ventilkanäle und der Druckleitungen arbeiten muß, über die das Druckmedium in den Druckraum 33 eingeleitet wird bzw. aus dem zweiten und dem dritten Druckraum 4 6 und 54 abströmt.

In dieser Eil-Vorschubbewegungsphase sind die beiden Flächen 108 und 109 des Freikolbens 107, die die Größe a- haben, in entgegengesetzter Richtung mit dem Ausgangsdruck der Steuerventilanordnung 40 beaufschlagt. Der Kolben 107 befindet sich im Kräftegleichgewicht. Durch den in dem - abgesperrten - Ausgangsdruckraum herrschenden Druck ρ wirkt auf die Kugel 94 in Richtung des Pfeils 116 die Kraft F_k = ρ . a₁, wobei a₁ die Größe der von dem Ventilsitz 97 umschlossenen Kreisfläche bezeichnet. Andererseits ist die Ventilkugel 94 durch die in der Gegenrichtung wirkende, durch den Pfeil 119 veranschaulichte Rückstellkraft F„ der mittels einer Stellschraube 212 definiert vorspannbaren Druckfeder 96 in dichtender Anlage mit ihrem Ventilsitz 97 gehalten, solange diese Rückstellkraft F_g größer als die aus der Druckbeaufschlagung der Ventilkugel 94 resultierende Gegenkraft F^ ist. Durch die

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einstellbare Vorspannung der Druckfeder 96 ist somit der Druckschwellenwert P₁ einstellbar, bei dem die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb des Hydro zylinders 14 erfolgen soll.

Trifft nun das Werkzeug 13 im Verlauf der Eil-Vorschubphase auf das Werkstück 11 auf, so erhöht sich der Widerstand, gegen den die Druckpumpe Druckmedium in den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 fördert, und es tritt eine entsprechende Erhöhung des Druckes P in diesem Druckraum 33 bzw. am Ausgang 36 der Steuerventilanordnung 37 ein. Wird dabei der Druckschwellenw.ert P₁ - ein typischer Wert desselben ist ca. 70 bis 80 % des maximalen Förderdruckes der Druckpumpe von ca. 200 bar - überschritten und dadurch die auf die Ventilkugel 94 wirkende Kraft F_k größer als die Rückstellkraft F_c der Druckfeder 96 des Sprungwerks 92, so wird die Ventilkugel 94 von ihrem Sitz abgehoben und der an diesen sich anschließende Ausgangsdruckraum 106 mit dem Tank T verbunden. Die hieraus resultierende drastische Druckabsenkung in dem Ausgangsdruckraum 106 teilt sich wegen der Drosselwirkung des Strömungswiderstandes 91 nur dem gemäß Fig. 1 bis 3 rechten, zweiten Druckraums 77 des Vorsteuerventils 73 mit, das hierauf in seine zweite, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete, in der Fig. 3 dargestellte Durchflußstellung umschaltet, in der nunmehr der A-Ausgang 71 des Vorsteuerventils 79 und damit der Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 mit dem Tank T verbunden sind, worauf dieses durch die Wirkung seiner Druckfeder 79 in seine zweite Durchflußstellung gelangt, in der nunmehr auch der dritte Druckraum 54 mit dem hohen Ausgangsdruck der Steuer-

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ventilanordnung 40 beaufschlagt und damit der Last-Vorschubbetriebs zustand des Hydrozylinders 14 eingeleitet ist.

Solange der Ausgangsdruckraum 106 des Sprungwerks 92 mit dem Tank T verbunden und der Freikolben 107 nur noch einseitig über den Steuerdruckraum T11 mit dem hohen Ausgangsdruck P der Steuerventilanordnung 40 beaufschlagt ist, ist der Freikolben 107 in Anlage mit der Stufenfläche 114 gehalten und die Ventilkugel 94 durch den Distanzstift 113 des Freikolbens in ihrer vom Ventilsitz 97 abgehobenen Stellung gehalten, jedenfalls so lange, wie die durch die Beziehung F_x., = P . a_o gegebene, in Richtung des Pfeils 116 nunmehr auf die Ventilkugel 94 ausgeübte Kraft größer ist als die Rückstellkraft F der Druckfeder 96.

Das Verhältnis der von dem Ventilsitz 97 umschlossenen Fläche a₁ zu der Größe a~ der Flächen 108 und 109 des Freikolbens 107 ist ungefähr gleich dem Flächenverhältnis A₁Z(A₁ + A-,-) der Hydrozylinder-Kolbenflache gewählt, gemäß der Beziehung

Sinkt nun nachfolgend der Druck ρ in den beiden Druckräumen 33 und 54 des Hydrozylinders 14 wieder ab, z.B. im Falle eines Stanzvorganges, wenn das Werkzeug 13 das Werkstück 11 durchstoßen hat, so geht das Kugelsitzventil 93 des Sprungwerkes 92 wieder in seine in der Fig. 2 dargestellte Sperrstellung über, sobald der Druckschwellenwert P^₁ = F_c/a~ unterschritten wird,

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d.h. bei einem Druck, der um etwa das genannte Flächenverhältnis niedriger ist als der Druckschwellenwert ρ ₁, bei dem die Umsteuerung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb erfolgt. Eine restliche Vorschubbewegung erfolgt dann wieder im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders

Das für die erläuterten Umschaltvorgänge maßgebliche Flächenverhältnis a../a₂, das durch geeignete Dimensionierung des Sprungwerks konstruktiv vorgebbar ist, wird ¹W zweckmäßigerweise so gewählt, daß ein unmittelbar mit

dem Umschalten von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb verknüpfter Druckabfall am Ausgang der Steuerventilanord^ nung 40 nicht sofort wieder zu einem Zurückschalten in den Eil-Vorschubbetrieb führen kann.

In dem sich an den Vorschubbetrieb anschließenden, durch Umsteuerung der Steuerventilanordnung 37 in deren Funktionsstellung II eingeleiteten Rückzugsbetrieb des Hydrozylinders 14 ist dessen zweiter Druckraum 46 mit dem hohen Ausgangsdruck P der Druckquelle beaufschlagt, während der erste Druckraura 33 über den Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 mit dem

Tank verbunden ist. Demgemäß sind auch die Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 mit diesem hohen Ausgangsdruck beaufschlagt und damit das Umschaltventil 58 in seine erste Durchflußstellung gesteuert, in der der dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 ebenfalls mit dem Tank verbunden ist, so daß die Rückzugsbewegung des Kolbens 26 des Hydrozylinders als Eilbewegung erfolgt.

Für das folgende sei zum Zweck der Erläuterung eine Auslegung der Vorrichtung 10 angenommen, bei der aas

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Flächenverhältnis Α.,/A₂ der wirksamen Arbeitsfläche 32 (bzw. A₁) des ersten Druckraumes 33 zur wirksamen Arbeitsfläche 43 (bzw. A₂) des zweiten Druckraumes 46 des Hydrozylinders 14 den Wert 4/1 habe und das Flächenverhältnis A-VA₁ der wirksamen Arbeitsfläche 52 (bzw. A-.) des dritten Druckraumes 54 des Hydrozylinders 14 zu derjenigen seines ersten Druckraumes ebenfalls 4/1 betrage. Dies bedeutet, daß im Falle des Eil-VorSchubbetriebes der Vorrichtung 10 die Menge des aus dem Tank T in den dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 nachströmenden Arbeitsmediums - Drucköl - vier mal größer ist als die über die Steuerventilanordnung 37, unter dem Arbeitsdruck P stehende, in den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 eingeleitete Druckölmenge und sechzehn mal größer als die über die Steuerventilanordnung 40 in den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 aus dem Tank nachströmende Druckölmenge, und daß im Falle des Eil-Rückzugsbetriebes der Vorrichtung 10 die über das Umschaltventil 58 aus dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 zum Tank T zurückströmende Druckölmenge ebenfalls vier mal größer ist als die aus dem ersten Arbeitsdruckraum 33 des Hydrozylinders 14 über die Steuerventilanordnung 37 ebenfalls zum Tank zurückströmende Druckölmenge.

Um die für die größeren, über das Umschaltventil 58 geleiteten Druckölmengen maßgeblichen Strömungswiderstände möglichst niedrig zu halten und die nach den Arbeitsflächenverhältnissen des Hydrozylinders 14 möglichen Kolbengeschwindigkeiten möglichst weitgehend ausnutzen zu können, hat das Umschaltventil 58 den in

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Einzelheiten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Aufbau mit in den Hydrozylinder 14 integrierter Anordnung

Das Umschaltventil 58 ist seiner Bauart nach ein Sitzventil mit einem konischen Ventilsitz 122 und einem Ventilkörper 123 mit kreisringförmiger Dichtkante 124.

Eine stehende Anordnung des Hydrozylinders 14 vorausgesetzt, ist das Ventilgehäuse 126 unmittelbar oberhalb der Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 angeordnet und gleichsam als axiale Verlängerung desselben ausgeführt.

Abgesehen von der Anordnung eines den P-Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 bildenden.Kanals, der mit dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 37 verbunden ist, der Anordnung eines in den Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils mündenden Steuerkanals 127, der mit dem Ausgang 71 der Vorsteuerventilanordnung 70 verbunden ist, sowie weiterer Anschlußkanäle 128, 129 und 131, über die ein, von der zentralen Längsachse 16 aus gesehen äußerer, großvolumiger Ringraum 132 mit dem Ringraum 98 des Sprungwerks 92, dem Tank (T)-Versorgungsanschluß 133 der Steuerventilanordnung 40 und dem Tank T selbst verbunden ist, ist das Ventilgehäuse 126 symmetrisch bezüglich der Längsachse 16 ausgebildet. Ein nach oben durch eine Deckenplatte 134 des Umschaltventilgehäuses 126 und nach unten gleichsam durch die Deckenplatte 22 des Zylindergehäuses 17 abgeschlossener zentraler

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Gehäuseraum 136, in dem der Ventilkörper 123 in axialer Richtung auf- und abverschiebbar geführt ist, ist in der Art einer Stufenbohrung mit oben angeordneter weiterer Bohrungsstufe 137 und gegenüber dieser durch eine schmale radiale Ringfläche 138 abgesetzter, nach unten anschließender engerer Bohrungsstufe 139 ausgebildet, an welche die sich nach unten verjüngende konische Ventilsitzfläche anschließt.

Der Ventilkörper 123 ist mit der aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Gestaltung als nach oben und unten offenes zylindrisches Rohrstück ausgebildet, das mit seiner äußeren Mantelfläche in der engeren Bohrungsstufe 139 und mit der zylindrischen Mantelfläche eines an seinem oberen Endabschnitt angeordneten, radial nach außen weisenden Flansches 141 in der weiteren Bohrungsstufe 137 druckdicht verschiebbar geführt ist. Durch diesen radialen Flansch 141 und die radiale Ringfläche 138 der Stufenbohrung 137, 139 ist in axialer Richtung der von dem Ventilgehäuse 136 und dem Ventilkörper angeschlossene Steuerdruckraum 72 des Umschaltventils 58 begrenzt.

Zwischen einem vom unteren Rand des Ventilkörpers 123 ausgehenden, radial nach innen weisenden, schmalen Ringflansch 142 und der Deckenplatte 134 des Ventilgehäuses 126 ist die vorgespannte Druckfeder 79 angeordnet, die den Ventilkörper 123 gegen seinen Ventilsitz 122 drängt, bzw. gegen deren Rückstellkraft der Ventilkörper 123 von diesem Ventilsitz 122 abhebt, wenn der Steuerdruckraum 7 2 mit hinreichend hohem Druck beaufschlagt ist. Mehrere, axial-symmetrisch

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gruppierte, kurze Überströmkanäle, die insgesamt die Funktion des Steuerkanals 56 des Umschaltventils 58 erfüllen, ist der zentrale Gehäuseraum 156 des Umschaltventils 58 in jeder Stellung seines Ventilkörpers 123 kommunizierend mit dem dritten Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 verbunden. Von dem äußeren Ringraum 132 zu dem zentralen Gehäuseraum 136 führende, unmittelbar oberhalb des Ventilsitzes 122 in den zentralen Gehäuseraum 136 mündende Überströmkanäle 143 sind in der in der Fig. 2 dargestellten, den EiI-Betriebszuständen der Vorrichtung 10 zugeordneten ersten Durchflußstellung des Umschaltventils 58 offen,sodaß Drucköl auf kürzestem Wege und mit günstig geringem Strömungswiderstand aus dem dritten Druckraum 3 3 des Hydrozylinders 14 direkt in den Tank-Ringraum 132 überströmen kann. In der in der Fig. 3 dargestellten, zweiten Durchflußstellung des Umschaltventils 58 sind diese Überströmkanäle 143 abgesperrt und dafür der zentrale Gehäuseraum 136 und der mit diesem kommunizierende dritte Druckraum 54 des Hydrozylinders 14 mit dem A-Arbeitsanschluß 36 der Steuerventilanordnung 40 verbunden. Durch diese Anordnung und Ausbildung des Umschaltventils 58 sind trotz geringer baulicher Abmessungen desselben für beide Durchflußstellungen günstig kurze Überströmwege mit großen Strömungsquerschnitten und damit vorteilhaft geringe Strömungswiderstände der durch das Umschaltventil 58 schaltbaren Strömungspfade gewährleistet, so daß praktisch den theoretischen Werten entsprechende Kolbengeschwindigkeiten erzielbar und sehr hohe Arbeitszyklus-Folgefrequenzen erreichbar sind.

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Die zur zweckentsprechenden Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 vorgesehene Steuerventilanordnung 40, die die Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 nach Richtung und Betrag steuert und ihrerseits auf hohe Arbeitszyklus-Folgefrequenzen ausgelegt sein muß, hat in bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 den im einzelnen aus der Fig. 4 ersichtlichen Aufbau:

Hiernach umfaßt die Steuerventilanordnung. 40 ein 4/3-Wege-Nachlaufregelventil 37, bei dem Richtung und Sollwert der Vorschub- und der Rückzugsstrecken im speziellen Fall mittels eines mit einem 5 KHz-Rechtecksignal im Start-Stop-Betrieb ansteuerbaren Schrittmotors 144 vorgebbar sind und zu der die Momentanstellung des Kolbens 26 betreffenden Istwert-Rückmeldung ein insgesamt mit 146 bezeichnetes itechanisches Rückmeldewerk vorgesehen ist. Das 4/3-Nachlaufregelventil 37, das in seiner Funktionsstellung I den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 und den Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 mit dem Hochdruckausgang 61 der Druckquelle und den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 mit dem Tank und in seiner dem Rückzugsbetrieb zugeordneten Funktionsstellung II den ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 sowie den Versorgungsanschluß 63 des Umschaltventils 58 mit dem Tank und den zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 mit dem Druckausgang 61 der Druckquelle verbindet und in seiner Sperrstellung 0 diese Druckräume 63 sowie den genannten Versorgungsanschluß 63 gegen den Druckausgang 61 der Druckquelle und den Tank derselben absperrt, umfaßt in spezieller Gestaltung insge-

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samt vier Sitzventile 147 und 148 bzw. 149 und 151, die in der aus der Fig. 4 ersichtlichen Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse 152 untergebracht sind.

Diese Sitzventile haben je einen kegelstumpfförmigen Ventilkörper 153 und einen kreisringförmigen, gehäusefesten Ventilsitz 154. Diese Sitzventile sind paarweise symmetrisch bezüglich der rechtwinklig zur zentralen Längsachse 156 verlaufenden Quermittelebene 157 des Gehäuses 152 des Nachlaufregelventils 37 angeordnet, wobei die Ventilkörper 153 der bezüglich dieser Quermittelebene 157 einander gegenüberliegend angeordneten Ventile 14-7 und 151 bzw. 148 und 149 jeweils entlang einer parallel zur Längsachse 156 des Ventilgehäuses 157 parallel verlaufenden Achse 158 bzw. 159 geführt verschiebbar sind.

In der dargestellten Sperr(Null)-Stellung des Nachlaufregelventils 37 sind sämtliche Sitzventile 147, 148, 149 und 151 geschlossen und ihre Ventilkörper sind über je einen Stift 61 an einem radial-flanschförmigen Betätigungsglied 162 abgestützt, das in dem Gehäuse 152 in Richtung dessen Längsachse 156 geführt hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Das Betätigungsglied 162 sitzt fest auf einer rohrförmigen Hülse 163, die in einer zentralen Bohrung 164 des Gehäuseblocks 152 des Nachlaufregelventils 37 in Richtung seiner zentralen Achse 156 hin- und herverschiebbar geführt ist. In dieser Hülse 163 ist eine langgestrecktrohrförmige Spindelmutter 166 drehbar gelagert, deren Gewinderillen 167 über Kugeln 168 mit dem Gewinde 169 einer Spindel 171 in Eingriff stehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel drehfest mit

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der am Gehäuse 52 gelagerten Welle eines im Rahmen des Rückmeldewerks 146 vorgesehenen, mit einer Zahnstange 172 kämmenden Zahnrades 173 verbunden ist. Die das Betätigungsglied 162 tragende Hülse 163 erstreckt sich zwischen den inneren Lagerringen 174 und 176 von Axialkugellagern 177 und 178, deren äußere Lagerringe 179 und 181 in der aus der Fig. 4 ersichtlichen Anordnung verschiebe- und drehfest auf der Spindelmutter 166 sitzen. Dadurch kann die Hülse 163 und damit das Betätigungsglied 162 axialen Verschiebebewegungen der Spindelmutter 166, die aus einem Verdrehen derselben oder der Spindel 171 resultieren, folgen, ohne selbst Drehungen der Spindelmutter 166 mit auszuführen. Die Spindelmutter 166 ist entweder direkt, oder wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, über einen Zahnriehmen oder ein Stirnradgetriebe formschlüssig mit der Abtriebswelle 182 des Schrittmotors 144 gekoppelt, durch dessen zweckgerechte elektrische Ansteuerung die Spindelmutter 166 um definierte, vorgebbare Winkelbeträge drehbar ist.

Wird, ausgehend von der dargestellten Null-Sperrstellung des 4/3-Nachlaufregelventils 37 durch elektrische Ansteuerung des Schrittmotors 144 die Spindelmutter 166 in Richtung des Pfeils 183 um einen definierten Winkel ψ „ - im Gegenuhrzeigersinn - gedreht, so hat dies zu nächst zur Folge, daß das Betätigungsglied 162 in Richtung des Pfeils 184 in axialer Richtung verschoben wird, wodurch die beiden, gemäß Fig. 4 im rechten Teil des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile 147 und 148 öffnen, während die im linken Teil des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile 149 und 151 ge-

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schlossen bleiben. Das Nachlaufregelventil 37 gelangt dadurch in seine dem Eil- wie auch dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Funktionsstellung I.

Wird andererseits die Spindelmutter 166 durch drehsinngerechte Beaufschlagung des Schrittmotors 144 in einer vorgegebenen Anzahl von Schrittimpulsen in Richtung des Pfeils 186 um einen definierten, durch die vorgegebene Anzahl der Schrittimpulse bestimmten Winkel ψ^ gedreht, wobei das Betätigungsglied 162, ausgehend von der dargestellten Sperrstellung Null in Richtung des Pfeils 187 gemäß Fig. 4 nach links verschoben wird, so gelangt das Nachlaufregelventil 37 in seine Funktionsstellung II; in dieser sind die Ventilkörper 153 der gemäß Fig. 4 links von der Quermittelebene 157 des Ventilgehäuses 152 angeordneten Sitzventile 149 und 151 von ihren Sitzen 154 abgehoben, wodurch der A-Arbeitsanschluß 36 des Nachlaufregelventils 37 mit dem Tank verbunden ist und am B-Arbeitsanschluß 48 des Nachlaufregelventils 37 der hohe Ausgangsdruck der Druckquelle ansteht; mit dieser Funktionsstellung II ist der Rückzugsbetrieb des Hydrozylinders 14 verknüpft.

Das Rückmeldewerk 146, dessen Zahnstange 172, wie am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, über eine die Gehäuse 126 und 17 des Umschaltventils 58 und des Hydrozylinders 14 in axialer Richtung zentral durchsetzende und in diesen Gehäusen druckdicht verschiebbar geführte Kolbenstange mit dem Kolben 26 bewegungsgekoppelt ist, bewirkt eine Drehung der Spindel 171, deren Winkelbetrag ein sehr genaues Maß für den vom

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Kolben 26 in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung zurückgelegten Weg ist. Aus dieser durch das Rückmeldewerk 146 vermittelten Drehung der Spindel 171 resultiert eine Verschiebebewegung des Betätigungsgliedes 162, die derjenigen entgegengerichtet ist, die das Betätigungsglied 162 als Folge der jeweiligen Sollwertvorgabe ausführt, wodurch das Betätigungsglied 162 jeweils genau dann in seine mit der Sperrstellung des Steuerventils 37 verknüpfte Neutralstellung einläuft, wenn der Kolben 26 die jeweils dem vorgegebenen Sollwert entsprechende Endstellung seiner Vorschub- bzw. Rückzugsbewegung erreicht.

Bei der vorstehend erläuterten Art der Betriebssteuerung des Hydrozylinders 14 läuft dessen Kolben in den jeweils letzten Phasen seiner Vorschub-.und Rückzugsbewegungen mit rasch abnehmender Geschwindigkeit in seine jeweiligen Endstellungen ein, in denen die in entgegengesetzter Richtung an ihn angreifenden Kräfte gerade ausgeglichen sind. Dadurch wird ein ruhiger und im Ergebnis verschleißmindernder Lauf einer mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 ausgerüsteten Maschine erzielt, was insbesondere im Hinblick auf hohe Arbeitszyklusfrequenzen von besonderem Vorteil ist.

Wenn, wie anhand der Fig. 4 erläutert, die Sollwertvorgabe der Vorschub- und Rückzugshübe des Kolbens mittels eines impulsgesteuerten elektrischen Schrittmotors erfolgt, so ist mit gängigen Mitteln der numerischen Steuerungstechnik eine variable Programmierung verschiedener im Zuge der Bearbeitung eines Werkstückes erforderlicher Vorschub- und Rückzugsstrecken auf ein-

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fache Weise realisierbar und insoweit eine Anpassung der Antriebsvorrichtung 10 bzw. einer mit dieser ausgerüsteten Maschine an vielfältige Einsatzbedingungen rasch möglich.

In Fällen, in denen im Zuge der Bearbeitung eines Werkstückes jeweils derselbe Arbeitszyklus mehrfach wiederholt, d.h. das Werkzeug 13 stets zwischen denselben oberen und unteren Endstellungen hin- und herbewegt wird, z.B. bei sogenannten Nippelmaschinen, mit denen durch Ausstanzen sich überlappender Löcher ein Werkstück vorgegebener Kontur aus einem Stahlblech ausschneidbar ist, kann zur Bewegungssteuerung des Hydrozylinders 14 auch die in der Fig. 5 in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellte Steuerventilanordnung 40 eingesetzt werden, die sich von derjenigen gemäß Fig. 4 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß zur Sollwertvorgabe der Bewegungshübe des Hydrozylinders 14 ein insgesamt mit 190 bezeichnetes, einfaches, elektrohydraulisches Vorgabewerk vorgesehen ist, wobei das als Ausgangsstufe eingesetzte Nachlaufregelventil nach Aufbau und Funktion demjenigen -gemäß Fig. 4 entspricht. Zur sollwertgerechten Vorgabe des Drehwinkels der Spindelmutter 166 ist ihr ein seinem Aufbau nach dem Rückmeldewerk 146 analoger, insgesamt mit 191 bezeichneter Zahnstangentrieb vorgesehen, dessen Zahnstange 192 mit dem Kolben 193 eines doppeltwirkenden Steuerzylinders 194 verbunden ist und durch diesen im Sinne der alternativen Vorgabedrehbewegungen der Spindelmutter 166 in den durch den Doppelpfeil 196 repräsentierten Bewegungsrichtungen alternativ antreibbar ist.

Die zweckgerechte - alternative - Druckbeaufschlagung

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7.5.1982

- se-

der beiden Arbeitsräume 197 und 198 des Steuerzylinders 194 erfolgt über ein als 4/3-Magnet-Schieberventil ausgebildetes Umschaltventil 199, das bei gleichzeitigem Anstehen eines elektrischen Hoch-Pegel-Steuersignals an seinem einen Steuereingang 201 und eines elektrischen wiedrig-Pegel-Steuersignals an seinem zweiten Steuereingang 202 in seine Funktionsstellung I und durch ein Niedrig-Pegel-Steuersignal an seinem Eingang 201 und ein Hoch-Pegel-Steuersignal an seinem Steuereingang 202 in seine Funktionsstellung II gesteuert und ansonsten durch vorgespannte Druckfedern 203 und 204 in seiner neutralen Sperrstellung 0 gehalten ist. In der Funktionsstellung I dieses 4/3-Schieberventils 199 ist der eine Druckraum 197 des Steuerzylinders 194 mit dem hohen Ausgangsdruck der Druckquelle beaufschlagt und der andere Druckraum 198 mit dem Tank verbunden, während in der Funktionsstellung II dieses 4/3-Magnet-Schieberventils 199 der Druckraum 197 mit dem Tank und der Druckraum 198 des Steuerzylinders 194 mit der Hochdruckseite der Druckquelle verbunden sind.

Die zur zweckentsprechenden Ansteuerung des 4/3-Magnet-Schieberventils 199 erforderlichen Steuersignalkombinationen werden von einer als Logikschaltung ausgebildeten elektronischen Steuerstufe erzeugt, die an einem ersten und einem zweiten Eingang 207 und 208 die Ausgangssignale eines ersten und eines zweiten, z.B. als Näherungsschalter ausgebildeten Stellungsgebers 209 und 211 empfängt, die für die Endstellung der Vorschubbewegung und die Endstellung der Rückzugsbewegung chrakteristische Ausgangssignalkombinationen erzeugen,

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7.5.1982 -Jn-

-56 ~

und der an einem dritten Eingang 212 das Ausgangssignal eines Taktgebers 213 zugeleitet ist, das eine der zeitlichen Folge der zu wiederholenden Arbeitszyklen entsprechende Periodizität aufweist und z.3. für die Dauer der Vorschub-Betriebsphase ein Hoch-Pegel-Spannungssignal und sonst ein Niedrig-Pegel-Spannungssignal ist. Die Entstellungsgeber 209 und 211 sind an einem parallel zur Längsachse 214 des Steuerzylinders 194 verlaufenden Führungsteil 216 verschiebbar und feststellbar angeordnet. An einem parallel zu diesem Führungsteil 216 verlaufenden Abschnitt einer aus dem Gehäuse des Steuerzylinders 194 austretenden Kolbenstange 127 ist ein Schaltfinger 218 vorgesehen, der in Gegenüberstellung mit dem einen oder dem anderen Endstellungsgeber 209 oder 211 jeweils ein dafür charakteristisches elektrisches Ausgangssignal, z.B. ein Hoch-Pegel-Spannungssignal auslöst.

Zum Zweck der Erläuterung sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, daß mit der Ausgangsstellung des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 diejenige Stellung des Kolbens 193 des Steuerzylinders 194 verknüpft sei, in der der erste Stellungsgeber 209 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal abgibt, und daß entsprechend mit dem Endpunkt der Vorschubbewegung des Kolbens 26 diejenige Stellung des Steuerkolbens 193 verknüpft sei, bei der der zweite Endstellungsgeber 211 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal abgibt. Die Sollwerte der Endstellungen des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 sind durch die Anordnung und den Abstand der beiden Endstellungsgeber 209 und 211 einstellbar.

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7.5. 1982 - 4*2 "

Eine im Rahmen des Sollwert-Vorgabewerks 190 geeignete Steuerstufe 206, die aus einer logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Endstellungsgeber 209 und 211 sowie des Taktgebers 213 die zur Ansteuerung des 4/3-Magnet-Schieberventils 199 geeigneten Ausgangssignale erzeugt, ist in der Fig. 6, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellt und wird im folgenden in Verbindung mit dem in der Fig. 7 wiedergegebenen Impulsplan näher erläutert:

Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Endstellungsgebers 209 bzw. 211 sind einem ersten bzw. einem zweiten Differenzierglied 221 bzw. 222 zugeleitet, die jeweils mit den Anstiegsflanken 223 und der Geber-Ausgangssignale 226 und 227 verknüpfte positive Nadelimpulse 228 bzw, 229 abgeben (Fig. 7). Die Ausgangsimpulse 231 des Taktgebers 213, deren Hoch-Pegel-Impulsdauer die Zeitdauer der Vorschubphase des Hydrozylinders 14 bestimmt, sind einem dritten Differenzierglied 232 zugeleitet, das mit den abfallenden Flanken 233 der Taktgeber-Ausgangsimpulse 231 verknüpfte negative Nadelimpulse 234 abgibt (Fig. 7). Mit den positiven Nadelimpulsen 228 des ersten Differenziergliedes 221 ist ein erstes Flipflöp 236 auf hohen Ausgangssignalpegel setzbar, das durch die Nadelimpuls-Ausgangssignale 229 des zweiten Differenziergliedes 222 zurücksetzbar ist. Mit diesen Nadelimpulsen 229 des zweiten Differenziergliedes 222 ist weiter ein zweites Flipflop 237 auf hohen Ausgangssignalpegel setzbar, das durch die positiven Ausgangs-Nadelimpulse 228 des ersten Differenziergliedes 221 zurücksetzbar ist. Ein drittes Flipflop 238 ist durch die negativen

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7.5.1982

Nadel-Ausgangsimpulse 234 des dritten Differenziergliedes 232 auf hohen Ausgangssignalpegel· setzbar und ebenfalls durch die Ausgangs-Nadelimpulse 228 des ersten Differenziergliedes 221 zurücksetzbar. Die Ausgangsimpulse 239 (Fig. 7) des ersten Flipflops und die Ausgangssignale 231 des Taktgebers 213 sind einem ersten Zwei-Eingangs-UND-Glied 241 zugeleitet, dessen Ausgangssignale 24 2 (Fig. 7) dem ersten Steuereingang 201 des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils 199 zugel·eitet sind. Die Ausgangsimpuise 243 des zweiten Flipflops und die Ausgangsimpulse 244 des dritten Flipflops 238 sind einem zweiten Zwei-Eingangs-UND-Glied als Eingangssignale zugeführt, dessen Ausgangssignale 247 dem zweiten Steuereingang 204 des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils 199 zugeleitet sind.

Die insoweit erläuterte logische Steuerstufe 206 arbeitet im Rahmen des Sollwert-Vorgabewerks 190 wie folgt:

Mit dem Einsetzen eines z.B. mittels eines Handtasters 248 ausgelösten Einschaltimpulses 249 erzeugt das zweite Differenzierglied 222 im Zeitpunkt t_Q einen ersten Nadelimpuis 229, mit dem das zweite Flipflop 237 gesetzt wird. Die Ausgänge der beiden UND-Glieder 241 und 246 liegen auf niedrigem Signalpegel. Sobald im Zeitpunkt t₁ das Ausgangssignal des mit dem Einschalten ebenfalls aktivierten Taktgebers 213 abfällt, wird das dritte Flipflop 238 gesetzt und am Ausgang des zweiten UND-Gliedes 246 wird ein erstes Steuersignal 247 abgegeben, durch das das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 in seine Funktionsstellung I gesteuert wird. Der KoI-

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7.5.1982 - Φ4- -

ben 193 des Steuerzylinders 194 setzt sich in Richtung auf seine gemäß Fig. 5 obere Endstellung in Bewegung, mit der auch die Ausgangsstellung des Hydrozylinders für einen Arbeitszyklus verknüpft ist. Mit dem Erreichen dieser Endstellung setzt im Zeitpunkt t£ auch das Hoch-Pegel-Ausgangssignal 226 des ersten Endstellungsgebers 209 und es wird das erste Flipflop 236 gesetzt und das zweite Flipflop 237 zurückgesetzt, worauf das Steuer-Ausgangssignal des zweiten UND-Gliedes abfällt und das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 wieder in seine Sperrstellung übergeht. Der Kolben 193 bleibt in seiner oberen Endstellung stehen, bis mit dem nächsten Takt-Ausgangsimpuls 231 im Zeitpunkt tn das erste UND-Glied 241 sein Hoch-Pegel-Ausgangssignal abgibt und das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 in seine Funktionsstellung I steuert. Dadurch setzt nunmehr die Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 193 ein, durch die die Sollwertvorgabe für den Vorschub des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 erfolgt, wobei unmittelbar nach dem Einsetzen dieser Abwärtsbewegung im Zeitpunkt t. das Ausgangssignal 226 des ersten Endstellungsgebers 209 abfällt. Sobald im Zeitpunkt t,-der Schaltfinger 218 dem zweiten Endstellungsgeber 211 gegenübersteht, wird dessen Endstellungssignal ausgelöst, wobei gleichzeitig das erste Flipflop zurückgesetzt und das zweite Flipflop 237 gesetzt werden. Das Ausgangssignal des ersten UND-Gliedes 241 fällt ab, wodurch das 4/3-Magnet-Schieberventil 199 wieder in seine Sperrstellung 0 gelangt und der Kolben 193 des Steuerzylinders 194 in seiner unteren Endstellung stehenbleibt. Im Zeitpunkt tg wird mit dem Abfall des Taktgeber-Ausgangssignals das dritte

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7.5.1982

Flipflop 238 wieder gesetzt und das zweite UND-Glied 246 gibt wieder ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal 247 ab, mit dem eine erneute Aufwärtsbewegung des Kolbens 193 des Steuerzylinders 194 verknüpft ist. Unmittelbar hiernach fällt im Zeitpunkt t₇ das Ausgangssignal 227 des zweiten Endstellungsgebers 211 ab. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 193 dauert an, bis dieser im Zeitpunkt t₂, der erste Endstellungssignalgeber anspricht und sich im folgenden die geschilderten Arbeitszyklen mit der Periode des Taktgebersignals wiederholen.

Abschließend sei nunmehr anhand der Fig. 8 eine im Rahmen der Antriebsvorrichtung 10 zur Funktionsüberwachung des Hydrozylinders 14 geeignete Einrichtung 250 erläutert, die beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel auf die im ersten Druckraum 33 und im zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 herrschenden Drücke bzw. die auf den Kolben 26 des Hydrozylinders 14 im Verlauf der Vorschub- und der Rückzugsphasen über die erste Arbeitsfläche 55 .und die zweite Arbeitsfläche 46 ausgeübten Kräfte anspricht. Die Einrichtung 250 umfaßt einen in einem Zylindergehäuse 251 in axialer Richtung verschiebbaren, insgesamt mit 252 bezeichneten Stufenkolben, dessen größere Kolbenstufe 253 einen mit dem ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 kommunizierenden ersten Nebendruckraum und dessen kleinere Kolbenstufe 256 einen mit dem zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 kommunizierenden zweiten Nebendruckraum 256 begrenzen. Wenn in den beiden Druckräumen 33 und 46 des

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7.5.1982 - iß -

Hydrozylinders 14 und damit auch in den beiden Nebendruckräumen 254 und 256 der Einrichtung 250 jeweils derselbe Druck herrscht, ist der Stufenkolben 252 durch die Rückstellkräfte einer ersten und einer zweiten Druckfeder 258 und 259, deren Federkonstanten ohne Beschränkung der Allgemeinheit als gleich vorausgesetzt seien, in seiner in ausgezogenen Linien dargestellten Gleichgewichtslage gehalten. Weiter sei die Einrichtung 250 so ausgelegt, daß das Flächenverhältnis a1/a2 der wirksamen Kolbenflächen 261 und 26 2 der größeren und der kleineren Kolbenstufe 253 bzw. 256 des Stufenkolbens 252 dem Flächenverhältnis A1/A2 der den ersten Druckraum 33 und den zweiten Druckraum 46 des Antriebshydrozylinders 14 begrenzenden Kolben- bzw. Gehäuseflächen 66 und 43 bzw. 32 und 44 entspricht.

Bei dieser Gestaltung der überwachungseinrichtung ist die auf die Gleichgewichtslage des Stufenkolbens 252 bezogene Auslenkung desselben in Richtung des Pfeils 263 bzw. des Pfeils 264 ein Maß für die in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung auf den Kolben 26 des Hydrozylinders 14 wirkenden Kräfte, und die überwachungseinrichtung 250 kann insoweit zu einer kraftabhängigen Steuerung der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Antriebs-Hydrozylinders 14 ausgenutzt werden,

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die überwachungseinrichtung 250 so ausgelegt, daß sie ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn die in Vorschubrichtung des Hydrozylinders 14 wirkende Kraft, erfaßt durch den Druck im ersten Druckraum 33, einen bestimmten Mindestwert erreicht bzw. überschreitet und ein

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7.5.1982 - 4?

-CL

zweites Ausgangssignal, wenn bei der Rückzugsbewegung des Kolbens 26 die auf diesen wirkende Kraft einen bestimmten Schwellenwert erreicht bzw. überschreitet. Diese spezielle Funktion der Überwachungseinrichtung 250 wird wiederum mit Hilfe eines ersten Endstellungsgebers 266 und eines zweiten Endstellungsgebers 267 realisiert, die, in Richtung der Längsachse 268 des Gehäuses 251 gesehen, in seitlichem Abstand von dieser und parallel zu derselben an einer Führung 269 verschiebbar geführt und in definiertem axialem Abstand zueinander an dieser festlegbar sind. An einer aus dem Gehäuse 251 einseitig druckdicht herausgeführten Kolbenstange '271 ist, ebenfalls entlang dieser verschiebbar und an dieser festlegbar ein Schaltfinger 272 angeordnet, der in der Gleichgewichtslage des Stufenkolbens 252 eine Mittelposition zwischen den beiden Endstellungsgebern 26 6 und 26 7 einnimmt. In der gemäß Fig. 8 unteren Endstellung des Stufenkolbens 252, die dieser einnimmt, wenn der dem Druck im ersten Druckraum 33 des Hydrozylinders 14 entsprechende Druck im ersten Nebendruckraum 254 der überwachungseinrichtung 250 den genannten definierten Schwellenwert erreicht bzw. überschreitet, befindet sich der Schaltfinger 272 in Gegenüberstellung mit dem ersten Endstellungsgeber 266, in der dieser z.B. ein Hoch-Pegel-Spannungssignal abgibt. In der zweiten, gemäß Fig. 8 oberen Endstellung des Stufenkolbens 252, in die dieser gelangt, sobald der Druck im zweiten Druckraum 46 des Hydrozylinders 14 einen definierten Schwellenwert überschreitet, befindet sich der Schaltfinger 272 in Gegenüberstellung mit dem zweiten Endstellungsgeber 26 7, der dann ebenfalls ein Hoch-Pegel-

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7.5.1982 -AS-

Spannungsausgangssignal abgebe und sonst ein Niedrig-Pegel-Spannungssignal.

Da das Nachlaufregelventil 37, über das die in verschiedenen Bewegungsrichtung 264 bzw. 263 alternative Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Druckraumes 33 und 46 des Hydrozylinders 14 erfolgt, stets eine bedarfsgerechte Druckregelung vermittelt, d.h. z.B. im Falle einer Stanzprozesses, den erforderlichen Arbeitsdruck erhöht, wenn der Widerstand, gegen den der Kolben 26 bewegt wird, zunimmt bzw. groß ist, sind die Hoch-Pegel-Ausgangssignale der Endstellungsgeber 266 und 267 ein zuverlässiges Indiz für solche Betriebszustände. Bleibt z.B. im genannten Beispielfall eines StanzVorganges das Hoch-Pegel-Ausgangssignal für eine längere als für einen normalen Stanzvorgang charakteristische Zeitspanne anstehen, so ist dies z.B. ein Anzeichen dafür, daß das Werkzeug 13 stumpf wird und auswechslungsbedürftig ist. Andererseits wird durch ein Abfallen des Ausgangssignals des ersten Endstellungsgebers 266 zuverlässig signalisiert, daß das Werkzeug 13 seinen Arbeitshub ausgeführt hat, und es kann mit dem Abfall des Ausgangssignals des ersten Endstellungsgebers 266 die Sollwertvorgabe für die Rückzugsbewegung des Kolbens 26 eingeleitet werden, was im Sinne kurzer Zykluszeiten von Vorteil sein kann. Entsprechend wird durch ein Anstehen des Ausgangssignals des zweiten Endstellungsgebers 267 angezeigt, daß beim gewählten Fallbeispiel die Rückzugsbewegung des Kolbens 26 des Hydrozylinders 14 noch nicht beendet sein kann, und es kann dieses Signal, wenn es länger als eine einem Erfahrungswert

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7.5.1982 -'Α9 ~

Vf-

entsprechende Zeitspanne ansteht, z.B. zur Auslösunq eines Alarms oder zu einer Sicherheitsabschaltung der Antriebsvorrichtung 10 ausgenutzt werden.

Es versteht sich, daß anstelle einer auf Maximalwerte der auf den Kolben 26 wirkenden Kräfte beschränkten überwachung derselben auch eine kontinuierliche Erfassung dieser Kräfte mit Hilfe der Einrichtung 250 möglich ist, z.B. dadurch, daß über die Kolbenstange 271 des Stufenkolbens 252 ein linearer Geber gekoppelt ist, der ein zur Auslenkung des Stufenkolbens 252 in der einen Richtung 264 oder der anderen Richtung 263 proportionales Ausgangssignal erzeugt.

Claims (1)

1. 322175a

   Hartmann & Lämmle P 82 41

   GmbH _& CO. KG 7.5.1982

   Schuckertstr. 15
   Rutesheim

   Patentansprüche

   1. Hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Maschinenelement, das im Rahmen eines bei der Bearbeitung eines Werkstückes ablaufenden Arbeitszyklus eine zum Werkstück hin gerichtete Eil-Vorschubbewegung, hierauf einen in derselben Richtung erfolgenden, die Bearbeitung des Werkstückes vermittelnden Arbeitshub und nachfolgend eine in der entgegengesetzten Richtung erfolgende Eil-Rückzugsbewegung ausführt, mit einem Hydrozylinder als Antriebseleinent, der mindestens drei Arbeitsflächen aufweist, die je einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckraum einseitig begrenzen, wobei die Eil-Vorschub- und -Rückzugsbewegung des Kolbens des Hydrozylinders bzw. des Maschinenelements durch alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung des ersten und des zweiten Druckraumes des Hydrozylinders und eine zur Durchführung des Arbeitshubes gegebenenfalls erforderliche Steigerung der Vorschubkraft durch Druckbeaufschlagung des dritten, durch die dritte Arbeitsfläche begrenzten Druckraumes des Hydrozylinders steuerbar ist,

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   7.5.1982 - 2

   dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungssteuerung des Maschinenelements (13, 26) nach Richtung und Hubhöhe ein hydraulischer Regelkreis (40, 70) mit hydromechanischer Istwert-Rückmeldung vorgesehen ist, dem zur Sollwertvorgabe für mindestens die Endstellungen des Maschinenelements (13, 26) charakteristische Sollwertvorgabesignale zuführbar sind, wobei dieser Regelkreis (40, 70) sowohl die alternative Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Druckraumes (33, 46) wie auch erforderlichenfalls diejenige des dritten Druckraumes (26) vermittelt, daß zur Umschaltung des Hydrozylinders (14) von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb ein hydraulisch vorgesteuertes Umschaltventil (58) vorgesehen ist, das in einer ersten, den Eil-Betriebszuständen zugeordneten Durchflußstellung den dritten Druckraum (56) des Hydrozylinders (14) mit dem Tank und in einer zweiten Durchflußstellung diesen Druckraum (56) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreis-Stellgliedes (37) verbindet, und daß zur Ansteuerung des Umschaltventils (58) eine auf den Ausgangsdruck ρ des Regelkreises (40, 70) ansprechende Vorsteuerventilanordnung (70) vorgesehen ist, die, wenn dieser Ausgangsdruck ρ einen vorgegebenen Schwellenwert p_s. überschreitet, das Umschaltventil (58) in dessen zweite Durchflußstellung steuert und dieses in dessen erste Durchflußstellung zurücksteuert, wenn der Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40, 70) auf einen Wert ρ ₂ abgefallen ist, der höchstens noch dem Wert ρ . . A1/A entspricht, worin A₁ die Größe der im Eil-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders (14) mit dem Ausgangsdruck ρ, des Regel-

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   7.5.1982 - 3 -

   kreises beaufschlagten Fläche (66) des Kolbens _V26) und Aj. die Größe der im Last-Vorschubbetrieb des Hydrozylinders (14) mit dem Regler-Ausgangsdruck p, insgesamt beaufschlagten Fläche (66, 52) des Kolbens (26) bezeichnen.

   2. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigere Druckschwellenwert ρ ₁ , bei dem die Vorsteuerventilanordnung (70) in ihre der ersten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) zugeordnete erste Funktionsstellung übergeht, durch die Beziehung

   gegeben ist, mit
   0,95 > q > 0,8.

   Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstufe der Vorsteuerventilanordnung (70) ein als druckgesteuertes Schieberventil ausgebildetes 3/2-Wegeventil (73) mit einem ersten und einem zweiten Steuerdruckraum (76, 77) vorgesehen ist, dessen Kolben (74) bei etwa gleichem Druckniveau in seinen beiden Steuerdruckräumen (76, 77) durch die Vorspannung einer Rückstellfeder (78) in seiner ersten, der Grundstellung entsprechenden Funktionsstellung gehalten ist, in der an seinem Ausgang ein Hoch-Pegel-Drucksignal ansteht, welches das Umschaltventil (5S) in dessen erster, den Eil-Betriebszuständen des

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   7.5.1982 -A-

   Hydrozylinders (14) zugeordneten Durchflußstellung hält, und durch einen im Vergleich zum zweiten Druckraum (77) höheren Druck im ersten Steuerdruckraum (76) in seine zweite Funktionsstellung gesteuert ist, in der der Steuerdruckraum (72) des Umschaltventils (58) druckentlastet bzw. mit dem Tank verbunden ist und dieses dadurch in seine zweite, dem Last-Vorschubbetrieb zugeordnete Durchflußstellung gesteuert ist, daß der erste Steuerdruckraum (76) dieses 3/2-Wegeventils (73) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) direkt und der zweite Steuerdruckraum (77) des 3/2-Wegeventils (73) über einen Strömungswiderstand (91) mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) verbunden ist, und daß ein auf den Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40) ansprechendes, in der Art eines Druckverhältnisventils ausgebildetes Sprungwerk (92) vorgesehen ist, das, wenn der Ausgangsdruck ρ, den ersten Schwellenwert ρ ₁ überschreitet, den zweiten Steuerdruckraum (77) des Ventils (73) mit dem Tank T verbinden und, wenn der Ausgangsdruck ρ, des Regelkreises (40) den niedrigeren Druckschwellenwert ρ 2 wieder unterschreitet, diese Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum (77) und dem Tank der Versorgungsdruckquelle wieder sperrt.

   4. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprungwerk (92) einen direkt an den Druckausgang (36) des Regelkreises (40) angeschlossenen Steuerdruckraum (111) aufweist, der durch einen in Richtung der Längsachse (102) des Gehäuses (103) des Sprungwerks (92) hin- und herverschiebbaren Freikolben (107) gegen

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   7.5.1982 - 5 -

   einen mit dem zweiten Steuerdruckraum (77) des 3/2-Wegeventils (73) kommunizierend verbundenen Ausgangsdruckraum (106) abgegrenzt ist, der seinerseits in der Sperr-Grundstellung eines Sitzventils

   (93) mit federbelastetem Ventilkörper (94) gegen den Tank T abgesperrt und in der Offenstellung dieses Sitzventils (93) mit dem Tank T kommunizierend verbunden ist, und daß das Flächenverhältnis der von dem Ventilsitz (97) umschlossenen Querschnittsfläche des Ausgangsdruckraumes (106) zur wirksamen Fläche des Freikolbens (107), der über ein Distanzstück

   (113) mit dem Ventilkörper (94) bewegungsgekoppelt ist, dem Verhältnis ρ -/P_si der für die Umschaltung von Eil- auf Last-Vorschubbetrieb bzw. von Last- auf Eil-Vorschubbetrieb maßgeblichen Druckschwellenwerte ρ ₁ und ρ 2 entspricht.

   5. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung einer den Ventilkörper (94) des Sitzventils (93) in seine Sperrstellung drängenden Druckfeder (96) einstellbar ist.

   6. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzventil (93) als Kugelsitzventil (94, 97) ausgebildet, dessen Ventilkugel (94) einen kleineren Durchmesser aufweist als die Gehäusebohrung, in der in axialer Richtung die Ventilkugel (94) beweglich angeordnet ist, an der sich mit einer konischen Zentrierfläche ein Druckstempel abstützt, der in dem Gehäuse (103) axialverschieblich geführt und durch die Druck-

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   7.5.1982 - 6 -

   feder (96) gegen die Ventilkugel (94) gedrängt ist.

   7. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (58) als ein 3/2-Wege-Schieber-Sitzventil ausgebildet ist, das durch den Hoch-Pegel-Ausgangsdruck des Vorsteuerventils (73) gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder (79) in seine erste Durchflußstellung und bei niedrigem Ausgangsdruck des Vorsteuerventils (73) durch die Rückstellkraft dieser Druckfeder (79) in seine zweite Durchflußstellung gesteuert ist, wobei der Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils (58), der in jeder Funktionsstellung desselben über einen mit geringem Strömungswiderstand behafteten Strömungspfad (56) mit dem dritten Druckraum (54) des Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden ist, in der ersten Durchflußstellung dieses Ventils (58) über einen seinerseits mit einem niedrigen Strömungswiderstand behafteten Strömungspfad (143) mit dem Tank T und in der zweiten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) in der der erstgenannte Strömungspfad (56) durch Anlage einer Dichtkante (124) des Ventilkörpers (123) an einem konischen Ventilsitz (122) des Ventilgehäuses (120) gesperrt ist, über einen in dieser Stellung vom Ventilkörper (123) freigegebene, mit dem A-Druckausgang (36) des Regelkreises (40) verbundene Steuerrille (140) des Ventilgehäuses (123) kommunizierend verbunden ist.

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   8. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (126) des Umschaltventils (58) eine als Stufenbohrung (137, 139) ausgebildete Ventilbohrung aufweist, deren engere Bohrungsstufe (139) innerhalb des Ventilsitzes (122) mit dem dritten Druckraum (54) des Hydrozylinders (14) kommuniziert, und deren die größere Weite aufweisende Bohrungsstufe (137) die mit dem Druckausgang (36) des Regelkreises (40) kommunizierende Steuerrille (140) aufweist, daß der Ventilkörper (123) des Umschaltventils (58) als im wesentlichen rohrförmiger Körper ausgebildet ist, der mit seiner äußeren Mantelfläche in der engeren Bohrungsstufe (139) und mit einem radialen, nach außen weisenden Flansch (141) in der erweiterten Bohrungsstufe (137) druckdicht verschiebbar geführt ist, wobei dieser Flansch (141) und die die beiden Bohrungsstufen (137, 139) gegeneinander absetzende Ringfläche (138) in axialer Richtung den Steuerdruckraum (72) des Umschaltventils (58) begrenzen und der Flansch (141) in der ersten Durchflußstellung des Umschaltventils (58) die Steuerrille (140) gegen den Ausgangsdruckraum (136) absperrt und in der zweiten Durchflußstellung die kommunizierende Verbindung der Steuerrille (140) mit dem Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils

   (58) freigibt.

   9. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in koaxialer Anordnung mit der Ventilbohrung (137, 139) des Umschaltventils

   (58) in dessen Gehäuse (123) ein großvolumiger,

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   7.5.1982 - 8 -

   einen Teil des Tanks bildender Ringraum (132) vorgesehen ist, der über weite, radiale, in die engere Bohrungsstufe (139) mündende Überströmkanäle (143), die in der ersten Durchflußstellung des Ventils (58) offen und in dessen zweiter Durchflußstellung durch den Ventilkörper (123) abgesperrt sind, mit dem Ausgangsdruckraum (136) des Umschaltventils (58) kommunizierend verbindbar ist.

   10. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (58) in axialer Verlängerung des Hydrozylinders (14) angeordnet ist, wobei dessen Gehäuse (17) und das Ventilgehäuse (26) des Umschaltventils (58) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

   11. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstufe des hydraulischen Regelkreises (40, 70) ein für sich bekanntes, als 4/3-Wegeventil ausgebildetes, mechanisch-hydraulisches Nachlauf-Regelventil (37) mit durch einen Spindeltrieb (166, 171) vermittelter Sollwertvorgabe und Istwert-Rückmeldung vorgesehen ist, bei dem die Sollwertvorgabe durch Verdrehen der Spindelmutter (166) um mit den Vorschub- und Rückzugsstrecken des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) nach Betrag und Richtung korrelierte Drehwinkel ψ_ν und ψ' und die Istwert-Rückmeldung der verschiedenen Kolbenpositionen über ein mechanisches Rückmeldewerk (46) erfolgt, das mit den Vorschub- und Rückzugsbewegungen

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   des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) nach Betrag und Richtung korelierte Drehungen der Spindel

   (171) des Spindeltriebes (166, 171) vermittelt (Fig. 4).

   12. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sollwertvorgabe der Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens (26) des Hydrozylinders (14) ein im Start-Stop-Betrieb ansteuerbarer Schrittmotor (144) vorgesehen ist, der mit einer Steuerimpulsfrequenz betreibbar ist, die 20 bis 100 mal höher ist als die Zahl der innerhalb eines Arbeitszyklus-Zeitintervalls zu einer hinreichend exakten Bewegungssteuerung erforderlichen Schrittsteuerimpulse.

   13. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des zur Bewegungssteuerung des Hydrozylinderkolbens (26) vorgesehenen Regelkreises (40) ein elektro-hydraulisches Vorgabewerk (190) vorgesehen ist, das durch zyklusgerechte Umsteuerung des doppeltwirkenden Steuerzylinders (194) in alternative Endstellungen seines Kolbens (193) die mit definierten Drehstellungen der Spindelmutter (166) des Nachlauf-Regelventils (37) verknüpft sind, die Vorgabe der für die Vorschub- und Rückzugsbewegungen des Kolbens (26) des Hydrozylinders '(14) ,maßgeblichen Endstellungs-Sollwerte vermittelt (Fig. 5).

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   14. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Steuerzylinders (194) des Vorgabewerks (190) ein 4/3-Wege-Magnet-Schieberventil (199) mit zwei Steuerwicklungen (201, 202) vorgesehen ist, in deren nichterregtem Zustand das Ventil (199) seine neutrale Sperr (Null)-Stellung einnimmt, mit der die Ruhelage des Kolbens (193) des Steuerzylinders (194) verknüpft ist, und bei deren alternativer Erregung mit einem Steuerstrom das Ventil (199) gegen die Rückstellkraft von Druckfedern (203, 204) in seine alternativen Durchflußstellungen I bzw. II steuerbar ist, in denen sich der Kolben (193) des Steuerzylinders (194) in seine alternativen Endstellungen bewegt, und daß eine auf die Ausgangssignale von Endstellungsgebern (209, 211), die für das Vorliegen der einen oder der anderen Endstellung des Steuerkolbens (193) charakteristische Ausgangssignale erzeugt, sowie auf die Ausgangsimpulse eines zur Zyklussteuerung vorgesehenen Taktgebers (213) ansprechende Steuerstufe (206) vorgesehen ist, die aus einer logischen Verarbeitung dieser Eingabesignale die für die zweckgerechte Ansteuerung des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils (199) erforderlichen Steuerstromimpulse erzeugt.

   15. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Endstellungsgeber (209, 211) mindestens zwei Annäherungsschalter vorgesehen sind, die in Gegenüberstellung mit einem die Bewegungen des Kolbens (193) des Steuerzylinders (194) mit ausführenden Schaltfinger (218) ihr

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   positionscharakteristisches Ausgangssignal erzeugen, z.B. als Hoch-Pegel-Spannungssignal (226 bzw. 227), wobei die Endstellungsgeber (209, 211) an einer parallel zur Bewegungsbahn des Schaltfingers (218) verlaufenden Führung (216) verschiebbar angeordnet und in definiertem, dem Abstand der Kolbenendstellungen entsprechenden Abstand voneinander festlegbar sind und gegebenenfalls auch der Schaltfinger (218) an einer' aus dem Gehäuse des Steuerzylinders (194) austretenden Kolbenstange (217) verschiebbar und festlegbar angeordnet ist (Fig. 5 und Fig. 7).

   16. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die positionscharakteristischen Ausgangssignale (226, 227) der Endstellungsgeber (209, 211) in den Endstellungen des Steuerkolbens (193) als Hoch-Pegel-Spannungssignale anstehen und die Ausgangsimpulse (231) des Taktgebers (213) für die Dauer der aufeinanderfolgenden Vorschub- und Rückzugsphasen des Hydrozylinders (14) ebenfalls als Hoch-Pcgel-Spannungssignale abgegeben werden und sonst Niedrig-Pegel-Spannungssignale sind, daß die Steuerstufe (206) ein erstes, durch die Anstiegsflanken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbares und durch die Anstiegsflanken (224) der Ausgangsimpulse (227) des zweiten Endstellungsgebers (211) zurücksetzbares Speicherglied (236) und ein zweites, durch die Anstiegsflanken (224) der Ausgangsimpulse (227) des zweiten Endstellungsgebers (211) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbares und durch die Anstiegsflan-

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   ken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) zurücksetzbares Speicherglied (237) umfaßt, sowie ein drittes Speicherglied (238), das durch die abfallenden Flanken (233) der Taktgeber-Ausgangsimpulse (231) auf hohen Ausgangssignalpegel setzbar und durch die Anstiegsflanken (223) der Ausgangsimpulse (226) des ersten Endstellungsgebers (209) zurücksetzbar ist, und daß ein erstes Zwei-Eingangs-UND-Glied (241) vorgesehen ist, dem als Eingangssignale die Ausgangssignale (239) des ersten Speichergliedes (236) und die Ausgangsimpulse (231) des Taktgebers (213) zugeleitet sind, und ein zweites Zwei-Eingangs-UND-Glied (246) , das als Eingangssignale die Ausgangsimpulse (243, 244) des zweiten und des dritten Speichergliedes (237, 238) empfängt, und daß mit den Ausgangsimpulsen (242, 247) der beiden Zwei-Eingangs-UND-Glieder (241, 246) die Strom-Ansteuersignale für die Ansteuerung des 4/3-Wege-Magnet-Schieberventils (199) auslösbar sind (Fig. 6 und Fig. 7).

   17. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den Druck im ersten und/oder den Druck im dritten Druckraum (33 und/oder 54) sowie auf den Druck im zweiten Druckraum (46) des Hydrozylinders (14) ansprechende Überwachungseinrichtung (250) vorgesehen ist, die, solange die in Vorschub- bzw. Rückzugsrichtung auf den Kolben (26) des Hydrozylinders (12) wirkenden Kräfte größer sind als vorgegebene Schwellenwerte, ein dafür charakteristisches Ausgangssignal erzeugt.

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   18. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der überwachungseinrichtung (250) mindestens ein doppeltwirkender Hydrozylinder (251, 252) vorgesehen ist, dessen Kolben (252) eine mit dem ersten oder dem dritten Druckraum (33 oder 54) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierenden Nebendruckraum (254) gegen einen zweiten, mit dem zweiten Druckraum (46) des Antriebs-Hydrozylinders (24) kommunizierenden Nebendruckraum (257) abgrenzt, wobei der Kolben

   (252) als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen den Querschnittsflächen der Nebendruckräume (254 und 257) entsprechenden Kolbenflächen (261 und 262) der größeren und der kleineren Kolbenstufe (253 und 256) in demselben Verhältnis zueinander stehen wie die wirksamen Querschnittsflächen der angeschlossenen Druckräume (33 oder 54 bzw. 46) des Hydro.zylinders (14) und der Kolben (252) gegen eine zunehmende Rückstellkraft und einer durch eine Position zwischen seinen möglichen Endstellungen markierten Gleichgewichtslage auslenkbar ist (Fig. 8).

   19. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die die Nebendruckräume (254 und 257) des Überwachungs-Hydrozylinders (251, 252) begrenzenden Kolbenflächen (261 und 262) des Stufenkolbens (252) sehr viel kleiner sind als die wirksamen Kolbenflächen (32 oder 52 bzw. 43) des Kolbens (26) des Antriebs-Hydrozylinders (14), die die mit den Nebendruckräumen (254 und 257) des Hydrozylinders (251, 252) der überwachungseinrichtung (250) kommunizierenden Druck-

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   räume (33 oder 54 bzw. 46) einseitig begrenzen.

   20. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der die Nebendruckräume (254 und 257) des überwachungs-Hydrozylinders (251, 252) begrenzenden Flächen (261, 262) seines Stufenkolbens (252) zu den Flächen (32 oder 52 bzw. 43) des Kolbens (26) des Antriebs-Hydrozylinders (14) , die die jeweils mit den Nebendruckräumen (254 bzw. 257) kommunizierenden Druckräume (33 oder 54 bzw. 46) des Antriebs-Hydrozylinders (14) begrenzen, zwischen 1/100 und 1/2000 liegt und vorzugsweise 1/1000 beträgt.

   21. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in Funktionsverbindung mit dem doppeltwirkenden Hydrozylinder (251, 252) mindestens zwei Endstellungsgeber (266, 267) vorgesehen sind, deren erster (266) ein charakteristisches Ausgangssignal erzeugt, wenn sich der Stufenkolben (252) in seiner einen mit einem überhöhten Druck P > P ₁ im ersten Nebendruckraum (254) des Hydrozylinders (251, 252) der Überwachungseinrichtung (250) verknüpften Endstellung befindet, und deren zweiter (267) ein charakteristisches Ausgangssignal erzeugt, wenn sich der Stufenkolben (252) in seiner anderen, mit überhöhtem Druck im zweiten Nebendruckraum (257) des Hydrozylinders (251, 252) der überwachungseinrichtung (250) verknüpften Endstellung befindet (Fig. 8).

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   22. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Überwachungseinrichtung (250) vorgesehen ist, deren erster Nebendruckraum (254) mit dem ersten Druckraum (33) des Antriebs-Hydrozylinders (1.4) kommunizierend verbunden ist und eine zweite Überwachungseinrichtung (250) , deren erster Nebendruckraum (254) mit dem dritten Druckraum (54) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden ist, während die zweiten Nebendruckräume (257) der Überwachungseinrichtungen (250) jeweils mit dem zweiten Druckraum (46) des Antriebs-Hydrozylinders (14) kommunizierend verbunden sind.

   23. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihren Einsatz bei Stanzmaschinen oder bei Nippelmaschinen, die auf eine rasche Folge von Arbeitszyklen ausgelegt sind und 300 bis 600 Arbeitszyklen pro Minute ausführen.

   24. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch ihren Einsatz an Pressen oder Prägemaschinen.