DE3631104A1 - Sicherheitsschaltung, insbesondere fuer eine presse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Sicherheits­ schaltung insbesondere zur Absicherung eines hydraulischen Verbrauchers, und zwar speziell einer hydraulischen Presse.

Es ist bekannt, daß beim Betrieb einer durch hydraulische Zylindermittel betätigten Presse insbesondere die Schließ­ bewegung gefährlich ist. Ganz allgemein müssen zur Ein­ leitung eines Arbeitshubs des Kolbens eines Hydraulik­ zylinders immer zwei Ventile geschaltet werden. Wird nur ein Ventil geschaltet, oder bleibt eines in der geschalteten Position hängen, so kann kein Arbeitshub ausgelöst werden. Insbesondere ein Druckaufbau in Werkzeugschließrichtung wird dadurch ebenfalls unmöglich gemacht. Ferner wird im stromlosen Zustand eine ungewollte Schließbewegung durch äußere Einflüsse, durch zwei hintereinander geschaltete Ventile verhindert.

Beim Stand der Technik werden für solche Sicherheits­ schaltungen entweder verhältnismäßig komplizierte Logigventilschaltungen benutzt, oder aber es wird in das zur Pumpe parallel geschaltete vorgesteuerte Druckbegrenzungs­ ventil eingegriffen. Dadurch ergeben sich Nachteile, die im folgenden noch anhand eines Beispiels des Standes der Technik erläutert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die hier noch näher erläuterten Nachteile zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe und zum Erhalt einer im Aufbau einfachen Sicherheitschaltung sowie einer Sicherheits­ schaltung, die auch einfach nachrüstbar ist, werden die im Anspruch 1 und 2 genannten Maßnahmen vorgesehen. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich auch aus den Unteransprüchen. Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Unter­ ansprüchen.

Weitere Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Hydraulikschaltplan einer gemäß dem Stande der Technik ausgebildeten Sicherheitsschaltung für eine Presse;

Fig. 2 den Funktionsverlauf für die Schaltung der Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Schaltplan einer anderen gemäß dem Stande der Technik ausgebildeten Pressen-Sicherheitsschaltung;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung, insbesondere für eine Presse.

Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung der Fig. 4 zur Hervorhebung der erfindungsgemäßen Merkmale.

In Fig. 1 ist eine Sicherheitsschaltung 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, die für eine Presse verwendet wird. Von der Presse ist lediglich ein Pressenzylinder 2 gezeigt, der einen Kolben 3 mit Stange 4 aufweist und so im Zylinder einen Kolbenraum 5 sowie einen Ringraum 6 bildet. Über Leitungen 7 und 8 steht der Pressenzylinder 2 mit der Sicherheitsschaltung 1 in Verbindung. Die Sicherheitsschaltung 1 wird von einer Pumpe 10 mit hydraulischem Druckmittel aus einem Tank 11 beliefert. Die Pumpe 10 steht mit dem Pumpeneingang P der Sicherheitsschaltung 1 in Verbindung. Über eine Leitung 14 steht die Pumpe 10 mit einem Richtungsventil 13 in Verbindung und andererseits liegt parallel zur Pumpe über eine Leitung 15 eine Druckbegrenzungsvorrichtung 16, die ihrerseits ausgangsseitig an einer Tankleitung 17 liegt und ferner mit einer zum Tank 11 führenden Steuerleitung 27 verbunden ist. Das Richtungsventil 13 kann durch zwei Elektromagnete Y 1 a und Y 1 b aus einer gezeigten Nullstellung in eine Pressenzylinderanhebstellung bzw. Pressenzylinder­ absenkstellung geschaltet werden.

Der Ausgang A des Richtungssteuerventils 13 liegt über eine Leitung am P-Eingang eines Sperrventils 18, das durch einen Elektromagneten Y 2 betätigbar ist. Ein Endschalter 19 ist am Sperrventil 18 befestigt. Der Ausgang A des Sperrventils 18 liegt über eine Leitung 20 an einer Parallelschaltung aus einem Logikventil 21 und einem Druckbegrenzungsventil 22 und schließlich über Leitung 23 und Anschluß X 2 an der bereits erwähnten Leitung 8.

Der Ausgang B des Richtungsventils 13 liegt über eine Leitung 31 an einer Parallelschaltung aus einem Rückschlag­ ventil 32 und einer Drossel 33, wobei diese Parallel­ schaltung ihrerseits über eine Leitung 34 am A-Eingang eines Logikventils 35 liegt, welches mit seinem Ausgang B über die bereits erwähnte Tankleitung 17 mit Tank 11 verbunden ist. Die Leitung 34 steht noch über eine Leitung 33 mit dem X1-Anschluß der Sicherheitsschaltung 1 in Verbindung, der seinerseits an der bereits erwähnten Leitung 7 liegt.

Am Anschluß X 3 liegt die Preßdruck-Fernverstellung. Steueröl wird intern im Druckbegrenzungsventil 68 aus der Pumpenleitung über eine Steueröldüse entnommen und fließt in eine Steuerölleitung 37 ausgehend vom Steuerölausgang x der Druckbegrenzungsvorrichtung 16 und ferner über Leitung 38 zum B-Anschluß des Sperrventils 18. Der Tankanschluß T der Sperrventils 18 ist über Leitung 17 mit dem Tank 11 verbunden. Gleiches gilt für den Tankanschluß T des Richtungsventils 13.

Es sei hier kurz bemerkt, daß die Druckbegrenzungs­ vorrichtung 16 aus dem eigentlichen Druckbegrenzungsventil 68 und dem durch einen Elektromagneten Y 3 betätigten Wegeventil 69 aufgebaut ist. Durch das Ventil 69 ergibt sich eine komfortablere Betätigung, was aber für die hier zu beschreibende Sicherheitsschaltung nicht wesentlich ist.

Aus Fig. 2 kann man die Arbeitsweise der Sicherheits­ schaltung entnehmen. Die einzelnen Funktionsweisen, wie druckloser Umlauf, Pressen, Dekompression und Rückzug, sind hier angegeben.

Bei der Betätigung eines Pressenzylinders ist besonders die Schließbewegung gefährlich, wo das Öl aus dem Ringraum 6 verdrängt wird. Aus Sicherheitsgründen soll der zur Schließung der Presse erforderliche Druckaufbau im Kolbenraum 5, also die Schließbewegung der Presse, nur dann möglich sein, wenn mindestens zwei Ventile geschaltet werden. Dies ist bei der Schaltung gemäß Fig. 1 der Fall, und zwar müssen hier neben dem Richtungsventil 13 noch die beiden Ventile 16 und 19 geschaltet werden.

Wie sich im einzelnen aus Fig. 2 ergibt, muß für den Preßvorgang der Magnet Y 1 b, Y 2 und Y 3 erregt werden. Durch Erregung des Magneten Y 1 b schaltet das Richtungsventil 13 in die gekreuzte Stellung, d. h. die Pumpe P wird mit Leitung 31 verbunden. Solange sich das Ventil 18 in der gezeigten Position befindet, fließt Steueröl von Leitung 37 über Leitung 38 durch das Ventil 18 zur Leitung 17 und damit zum Tank. Solange das Steueröl hier zum Tank abfließen kann, wird die Druckbegrenzungsvorrichtung 16 nicht betätigt und die Pumpe 10 fördert das Druckmittel über Leitung 15 ebenfalls zum Tank. Erst wenn Magnet Y 2 und Y 3 geschaltet wird, kann das Druckmittel von der Pumpe 10 über das Rückschlagventil 32, Leitung 36, Anschluß K 1 zur Leitung 7 und somit zum Kolbenraum 5 fließen und den Kolben 3 nach unten antreiben. Gleichzeitig fließt Drucköl aus dem Ringraum 6 über Leitung 8 und von dort über das Druckbegrenzungsventil 22 durch das geschaltete Ventil 18 und von dort über das in seiner gekreuzten Stellung befindliche Ventil 13 zur Tankleitung 17.

Obwohl die Schaltung gemäß Fig. 1 und 2 sicher arbeitet, treten gewisse Nachteile auf. So ist darauf hinzuweisen, daß das Ventil 18 das gesamte Pumpenöl und andererseits auch das Steueröl hindurchleiten müssen, was zu einer entsprechenden Nenngröße dieses Ventils 18 führt. Dies ist wegen des in einer verhältnismäßig großen Menge fließenden Pumpenöls erforderlich, obwohl das Steueröl nur in verhältnismäßig kleinen Mengen fließt. Das Mengenverhältnis Steueröl zu Pumpenöl liegt beispielsweise bei ungefähr 300 bar, beispielsweise in der Größenordnung von 1 zu 20. Ferner verwendet die Schaltung gemäß Fig. 1 eine vorgesteuerte Druckbegrenzungsvorrichtung 16, was verhältnismäßig hohe Kosten verursacht. Ferner muß zur Gewährleistung der Sicherheit in das einer Pumpe üblicherweise parallel geschaltete Druckbegrenzungsventil eingegriffen werden, d. h. im Beispiel der Fig. 1 muß die Druckbegrenzungsvorrichtung 16 mit zur Gewährleistung der Sicherheit herangezogen werden.

Ferner entstehen im allgemeinen in einem Ventil, wie beispielsweise dem Richtungsventil 13 und dem Sperrventil 18 interne Leckölströme. Da nun im Druckbegrenzungsventil, d. h. der Druckbegrenzungsventilvorrichtung 16, das Steueröl in seiner Menge durch eine Düse bestimmt wird und die Größe dieser Düse auf die Funktion des Druckbegrenzungsventils 16 abgestimmt ist, kann die Funktion der Druckbegrenzungs­ vorrichtung 16 durch das auftretende Leck beispielsweise im Ventil 18 gestört werden. Wenn zuviel Steueröl "leckt", so kann unter Umständen der eingestellte Druck am eigentlichen Druckbegrenzungsventil 68 nicht erreicht werden, weil die zum Schließen erforderliche Ölmenge fehlt. Diese Problematik tritt insbesondere bei der Alterung einer die Steuerschaltung verwendenden Anlage auf, da im Laufe der Zeit sich mehr und mehr Leckage entwickelt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Sicherheitsschaltung gemäß dem Stand der Technik. Der Hydraulikzylinder 2 wird durch die Hydraulikpumpe 10 mit Druckmittel über die Leitungen 7 oder 8 beliefert. Leitung 7 steht wiederum mit dem Kolbenraum 5 und Leitung 8 mit dem Ringraum 6 in Verbindung. Eine Auf/Ab-Schaltventilvorrichtung 88 verbindet die Pumpe für eine Abwärtsbewegung des Kolbens 3 über eine erste Sicherheitsventilvorrichtung 89 mit dem Kolbenraum 5 oder aber für eine Aufwärtsbewegung über eine zweite Sicherheitsvorrichtung 90 mit dem Ringraum 6. Die erste Sicherheitsventilvorrichtung 89 weist aus Sicherheitsgründen zwei hintereinandergeschaltete Sicherheitsventile 140 und 120 auf. Die zweite Sicherheitsventilvorrichtung 90 weist hintereinander geschaltete Sicherheitsventile 70 und 80 auf. Insgesamt sind also bei dieser Schaltung gemäß dem Stand der Technik vier Sicherheitsventile erforderlich.

Die hydraulische Sicherheitsschaltung 100 gemäß Fig. 4 und 5 vermeidet die oben genannten Nachteile. Man erkennt, daß die Sicherheitsschaltung 100 praktisch zwischen dem Pressenzylinder 2 und der aus Pumpe 10 mit parallel geschaltetem Druckbegrenzungsventil 41 und nachgeschaltetem Richtungsventil 40 bestehenden Anordnung liegt. D. h., die erfindungsgemäß Sicherheitsschaltung 100 kann ohne weiteres im Rahmen einer Nachrüstung an bereits vorhandene Pressenschaltungen angebaut werden, ohne daß in die Anordnung aus Richtungsventil, Pumpe und Druckbegrenzungs­ ventil eingegriffen werden müßte. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung 100 kann einfach als ein zusätzlicher Block eingeschaltet werden. Vergleichen dazu insbesondere Fig. 5 wo das Erfindungsprinzip unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 dargestellt ist. Gegenüber dem Stand der Technik gemäß Fig. 3 werden praktisch zwei Ventile gemäß der Erfindung eingespart.

Im einzelnen ist bei der erfindungsgemäßen Sicherheits­ schaltung 100 die vom Kolbenraum 5 kommende Leitung 7 mit dem Ausgang B des Richtungsventils 40 verbunden. Der Ausgang A des Richtungsventils 40 steht über eine Leitung 42 mit dem mit P bezeichneten Eingang von Sicherheitsventilmitteln 101 in Verbindung. Der Anschluß X 2 der Sicherheitsventilmittel 101 ist über Leitung 8 mit dem Ringraum 6 verbunden. Der Anschluß T der Schaltung 100 steht über Leitung 55 mit Tank 11 in Verbindung und der Anschluß T des Richtungsventils 40 steht ebenso wie der Anschluß T des Druckbegrenzungsventils 41 mit Tank 11 in Verbindung.

Nachdem die noch näher zu beschreibenden beiden Sicherheits­ ventile 43 und 48 ohnehin für den Durchfluß der gesamten Pumpenölmenge ausgelegt sein müssen, wird bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung 100 die Leitung 7 über Leitung 57 mit dem Anschluß X 1 der Sicherheitsventilmittel 101 verbunden.

Im einzelnen weisen die Sicherheitsventilmittel 101 neben dem bereits erwähnten Anschluß noch einen Steuerölanschluß X auf, der mit einer Steuerölleitung 57 in Verbindung steht, und ferner einen Anschluß Y, der über eine Steuerleitung 56 mit Tank 11 in Verbindung steht. Vom P-Anschluß führt eine Leitung 46 zum A-Anschluß eines ersten Sicherheits- oder Sperrventils 43, das einen ersten Endschalter 44 aufweist. Das Sperrventil 43 kann durch einen Elektromagneten 70 aus seiner gezeigten Ruhestellung in eine Arbeitsstellung gebracht werden. Der B-Eingang des Ventils 43 steht über eine Leitung 59 mit dem X1-Anschluß in Verbindung. Der P-Ausgang des Ventils 43 steht über eine Leitung 47 mit dem A-Eingang eines zweiten Sicherheits- oder Sperrventils 48 in Verbindung, welches einen zweiten Endschalter 49 aufweist. Die Endschalter 44 und 49 überwachen die nicht geschaltete Stellung der als Wegeventile ausgebildeten Sicherheits­ ventile 43 und 48. Die Signale der Endschalter werden in bekannter Weise in der elektrischen Steuerung der Sicherheitsschaltung erfasst. Ein Elektromagnet 71 kann das Sperrventil 48 aus der gezeigten Ruhestellung in eine Schaltstellung umschalten. Der B-Eingang des Ventils 48 steht über eine Leitung 58 mit dem Anschluß X 1 und somit auch der Leitung 59 in Verbindung.

Der P-Ausgang des Ventils 48 steht über eine Leitung 50 mit einer Parallelschaltung aus einem Druckbegrenzungsventil 51 und einem Rückschlagventil 52 in Verbindung und diese Parallelschaltung steht ihrerseits über eine Leitung 53 mit dem Anschluß K 2 und somit der Leitung 8 in Verbindung.

Zunächst erkennt man, daß das hier verwendete parallel zur Pumpe 10 geschaltete Druckbegrenzungsventil 41 kein vorgesteuertes Ventil zu sein braucht. Ferner erkennt man, daß die beiden Sperrventile 43 und 48 durch die zugehörigen Magnete 70, 71 geschaltet sein müssen, bevor die gefährliche Schließbewegung des Kolbens 3 auftreten kann, wo das Öl aus dem Ringraum 6 verdrängt wird.

Aufgrund der obigen Ausführungen dürfte die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 4 und 5 dem Fachmann klar sein. Es sei deshalb hier nur kurz auf den Fall eingegangen, daß eine Schließbewegung vorgenommen werden soll. Man erkennt, daß auch hier ein Druckaufbau im Kolbenraum 5 zum Zwecke der Schließbewegung nur dann möglich ist, wenn mindestens zwei Ventile geschaltet werden, und zwar die Ventile 43 und 48. Das Druckbegrenzungsventil 41 bleibt also von der Sicherheitsschaltung unbeeinflußt. Wenn der Kolben 3 nach unten bewegt werden soll, so wird der Magnet a des Richtungsventils 40 erregt. Dadurch wird eine Verbindung von der Pumpe 10 über Leitung 39 und Leitung 7 zum Kolbenraum 5 hergestellt. Allerdings wird gleichzeitig eine Verbindung von der Leitung 7 über die Leitung 57, Anschluß X 1 zur Leitung 58 und auch Leitung 59 hergestellt. Die beiden Leitungen 58 und 59 stehen über die zugehörigen Ventile 48 und 47 sowie deren Leitungen 61 und 62 mit der Tankleitung 55 in Verbindung, so daß kein Druckaufbau im Kolbenraum 5 erfolgt. Selbst wenn das eine Ventil 43 oder 48 geschaltet wird, besteht noch immer über das jeweilige andere Ventil ein Abfluß zum Tank. D. h., nur wenn beide Ventile 43 und 48 durch ihre zugehörigen Magnete 70 und 71 in die nicht gezeigten Schaltstellungen gebracht sind, wird über die Leitung 57 kein Öl mehr zum Tank abfließen und die gefährliche Schließbewegung kann durch Druckaufbau im Kolbenraum 5 ausgeführt werden. Gleichzeitig kann auch das Öl aus dem Ringraum 6 über die Sicherheitsschaltung 100 entweichen, und zwar geschieht dies im einzelnen über die Leitung 8, die Leitung 53, das Druckbegrenzungsventil 51 und die beiden sich dann in ihrer Schaltstellung befindlichen Ventile 71 und 70. Man erkennt, daß jetzt die Ventile 43 und 48 hinsichtlich ihrer Nenngröße voll ausgenutzt werden.

Claims (8)

1. Sicherheitsschaltung (100) für eine Presse mit
Hydraulikzylindermitteln (2), die einen Kolbenraum (6) und einen Ringraum bilden,
Pumpenmitteln (10), die über ein Richtungsventil (40) wahlweise mit dem Kolbenraum für eine Schließbewegung der Presse oder dem Ringraum für eine Öffnungsbewegung der Presse verbindbar sind,
Tankmitteln, die über Ventilmittel mit dem jeweiligen nicht mit der Pumpe verbundenen Kolben- oder Ringraum verbindbar sind, und mit
Sicherheitsventilmitteln, die eine Schließbewegung nur dann zulassen, wenn mindestens zwei Ventile geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sicherheitsventilmittel (101) unabhängig vom Richtungsventil (40) ausgebildet sind
daß die Sicherheitsventilmittel in der Verbindungsleitung (42, 8) zwischen dem Ringraum (6) und dem einen Ausgang des Richtungsventils (40) liegen,
und daß die Sicherheitsventilmittel (101) mit der Verbindungsleitung (7) zwischen dem Kolbenraum (5) und dem anderen Ausgang des Richtungsventils (40) verbunden sind.

2. Sicherheitsschaltung zur Absicherung eines zwei Kammern (z. B. einem Kolbenraum und einem Ringraum) aufweisenden Verbrauchers bei dessen Bewegungen in seine Betriebsstellungen, insbesondere bei dessen Bewegung in eine Schließstellung, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein über Verbindungsleitungen mit dem Verbraucher verbundenes Richtungsventil betätigbar zur Einstellung der Betriebsstellungen,
und eine Pumpe mit parallel geschaltetem Druckbegrenzungs­ ventil,
dadurch gekennzeichnet, daß vom Druckbegrenzungsventil und Richtungsventil gesonderte Sicherheitsventilmittel (101) vorgesehen sind, die in die Verbindungsleitungen zwischen Richtungsventil und Verbraucher eingeschaltet sind.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsventilmittel zwei unabhängig voneinander zu betätigende hintereinander­ geschaltete Sicherheitsventile (43, 48) aufweist.

4. Sicherheitsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander unabhängigen Sicherheitsventile (43, 48) Wegeventile sind.

5. Sicherheitsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängig voneinander zu betätigenden Ventile (43, 48) elektromagnet-betätigte Ventile sind, die einerseits in der Zuleitung (8) zum Ringraum (6) liegen und die andererseits mit der Zuleitung (7) zum Kolbenraum (5) in Verbindung stehen.

6. Sicherheitsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsventile (43, 48) jeweils mit einem Endschalter (44, 49) ausgestattet sind.

7. Sicherheitsschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsventile 4/2-Wegeventile sind.

8. Sicherheitschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Nutzanschlüsse (A) der Sicherheitsventile (43, 47) hintereinander geschaltet sind, und daß die anderen Nutzanschlüsse (B) parallel geschaltet sind und mit dem Kolbenraum (5) in Verbindung stehen.