DE3836453A1 - Valve arrangement for controlling and monitoring the working pressure of a hydraulic consumer - Google Patents
Valve arrangement for controlling and monitoring the working pressure of a hydraulic consumerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung zur Steuerung und Überwachung des Arbeitsdruckes eines hydraulischen Verbrauchers nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Ventilan ordnung für einen Verbraucher, z. B den Reitstock oder das Spannfut ter einer Werkzeugmaschine, aus der DE-OS 32 49 806 bekannt. Bei dieser Ventilanordnung wird der von einem vorgesteuerten Druckmin derventil abfließende Steuerölstrom über einen Strömungsanzeiger ge leitet, der bei Unterschreiten eines vorgebenen Arbeitsdruckes ein elektrisches Signal zum Abschalten einer Maschine liefert. Nachtei lig ist nun einmal, daß die Druckkontrolle dadurch erfolgt, indem eine indirekte Druckmessung eines einzigen Schaltpunktes vorgenommen wird. Ferner ist bei dieser Ventilanordnung ein ständiger Steueröl strom zum Tank erforderlich, was zu unerwünschten Energieverlusten führt. Vor allem baut die bekannte Ventilanordnung relativ aufwen dig, weil sie für die verschiedenen Funktionen eine Reihe von Ein zelgeräten benötigt. So ist für eine Richtungssteuerung des Ver brauchers ein 4/2-Wegeventil vorgesehen, während zur Begrenzung der Spannkraft ein den Druck regelndes, gesondertes Druckminderventil angeordnet ist. Ferner wird für die Spanndruckkontrolle ein zusätz licher Druckschalter benötigt, während für Geschwindigkeitseinstel lungen meist zusätzliche Drosselrückschlagventile erforderlich sind. Die Vielzahl derartiger Einzelgeräte führt zu einem hohen Bauauf wand. Ferner hat eine derartige Ventilanordnung den Nachteil, daß bei einem Spannungsausfall bzw. bei einem Ausfall der Druckmittel pumpe in der Regel das Druckminderventil öffnet, so daß auf den Spannzylinder entweder der maximale Anpreßdruck geleitet wird oder dieser zum Tank entlastet ist. Während bei maximalem Anpreßdruck leicht Beschädigungen des eingespannten Werkstücks auftreten können, führt ein unerwünschter Abfall des Spanndrucks zu einem Lösen der Spannvorrichtung und damit zu entsprechender Unfallgefahr.The invention relates to a valve arrangement for controlling and monitoring the working pressure of a hydraulic consumer according to the preamble of the main claim. It is already such a valve arrangement for a consumer, e.g. B the tailstock or the chuck ter of a machine tool, known from DE-OS 32 49 806. In this valve arrangement, the control oil flow flowing from a pilot-controlled Druckmin derventil is passed via a flow indicator which, when the pressure falls below a predetermined working pressure, supplies an electrical signal for switching off a machine. Nachtei lig is that the pressure control is carried out by making an indirect pressure measurement of a single switching point. Furthermore, a constant control oil flow to the tank is required in this valve arrangement, which leads to undesirable energy losses. Above all, the known valve assembly builds relatively expensive because it requires a number of individual devices for the various functions. So a 4/2-way valve is provided for direction control of the consumer, while a pressure regulating, separate pressure reducing valve is arranged to limit the clamping force. Furthermore, an additional pressure switch is required for clamping pressure control, while additional throttle check valves are usually required for speed settings. The large number of such individual devices leads to a high construction cost. Furthermore, such a valve arrangement has the disadvantage that, in the event of a power failure or in the event of a failure of the pressure medium pump, the pressure reducing valve usually opens, so that either the maximum contact pressure is passed to the tensioning cylinder or this is relieved to the tank. While damage to the clamped workpiece can easily occur at maximum contact pressure, an undesirable drop in the clamping pressure leads to loosening of the clamping device and thus to a corresponding accident risk.
Ähnlich aufwendig bauende Ventilanordnungen für hydraulische Spann vorrichtungen sind aus den Druckschriften DE-OS 32 16 683, 33 13 381, 34 18 261 bekannt.Similarly complex valve arrangements for hydraulic clamping devices are from the publications DE-OS 32 16 683, 33 13 381, 34 18 261 known.
Ferner ist aus der DE-OS 22 04 186 ein elektrohydraulischer Schritt motor bekannt, der mit einem Längsschieber arbeitet. Dieser Längs schieber steht an seinem einen Ende mit einem elektromechanischen Drehantrieb in Verbindung, während an seinem anderen Ende ein die Drehbewegung in eine Längsbewegung umwandelnde Schraubenverbindung angeordnet ist. Bei diesem Schrittmotor bildet die Schraubenverbin dung eine mechanische Rückführung von einer Abtriebswelle einer Axialkolbenpumpe. Eine Steuerung und Überwachung des Arbeitsdruckes eines hydraulischen Verbrauchers ist hier nicht vorgesehen.Furthermore, DE-OS 22 04 186 is an electrohydraulic step known motor that works with a longitudinal slide. This longitudinal slide is at one end with an electromechanical Rotary drive in connection, while at its other end a Rotating movement into a longitudinal movement converting screw connection is arranged. In this stepper motor, the screw connection forms a mechanical return from an output shaft Axial piston pump. Control and monitoring of the working pressure a hydraulic consumer is not provided here.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Steuerung und Überwachung des Arbeitsdruckes eines hydraulischen Verbrauchers mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor teil, daß sie eine elektrisch ansteuerbare Spannzylindersteuerung ermöglicht, die bei Spannungsausfall hohen Sicherheitsanforderun gen genügt. Dabei kann in der Ventilanordnung die jeweilige, aktuel le Stellung des Steuerglieds beibehalten werden. Dadurch wird in ei ner Reihe von Stellungen der Druckeinstellwert beibehalten bzw. eine maximale Druckbeaufschlagung erreicht, so daß hierbei ein Druckab fall vermieden und somit ein unbeabsichtigtes Lösen des Spannzylin ders durch Druckabfall verhindert wird. Mit Hilfe des Drucksensors wird der jeweilige Druck kontinuierlich und direkt gemessen und nach Bedarf entsprechend geregelt, so daß sich die Ventilanordnung beson ders für NC-Steuerungen eignet. Da praktisch alle Funktionen in ei nem einzigen Gerät realisierbar sind, ergeben sich bei der Steuerung von Druckänderungen kurze Reaktionszeiten. Zudem führt diese Ventil anordnung zu einer besonders platzsparenden und kostengünstigen Lö sung.The valve arrangement according to the invention for control and monitoring the working pressure of a hydraulic consumer with the ident The drawing features of the main claim have the opposite part that they have an electrically controllable clamping cylinder control enables the high safety requirements in the event of a power failure is enough. The respective current in the valve arrangement le position of the control element can be maintained. This will result in egg In a number of positions, the pressure setting value is maintained or one maximum pressurization reached, so that a Druckab case avoided and thus an unintentional loosening of the clamping cylinder which is prevented by a drop in pressure. With the help of the pressure sensor the respective pressure is measured continuously and directly and after Required regulated accordingly, so that the valve arrangement FITS suitable for NC controls. Since practically all functions in one control can be realized in a single device short reaction times of pressure changes. This valve also leads arrangement for a particularly space-saving and inexpensive solder solution.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Ventilanordnung möglich. So kann bei einer Ausbildung nach Anspruch 2 die Steuerung und Überwachung des Arbeitsdruckes in beiden Verbraucher-Anschlüssen vorgenommen werden. Außerst zweck mäßig ist eine Ausbildung nach Anspruch 3, wodurch sich in einfacher und billiger Weise ein feinfühliger Antrieb des Steuerglieds er reichen läßt, das zudem durch die Selbsthemmung des Bewegungswand lers in jeder Stellung stufenlos feststellbar ist. Anspruch 4 begün stigt dabei eine besonders kompakte und einfache Bauart. Gemäß An spruch 5 lassen sich die Funktionen für die Druckregelung und die Richtungssteuerung für beide Verbraucher-Anschlüsse in einem einzi gen Bauelement integrieren, wobei sowohl ein Innenspannen wie auch ein Außenspannen steuerbar ist. Bei einer Ausbildung nach Anspruch 6 werden dabei besonders hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt.The measures listed in the subclaims provide for partial training and improvements in the main claim specified valve arrangement possible. So with an apprenticeship according to claim 2, the control and monitoring of the working pressure in two consumer connections are made. Extremely useful is moderate training according to claim 3, which is easier and cheaply a sensitive drive of the control element can do that, moreover through the self-locking of the wall of movement lers steplessly lockable in any position. Start claim 4 a particularly compact and simple design. According to An Say 5, the functions for pressure control and Direction control for both consumer connections in one Integrate gene component, both an internal clamping as well an external clamping is controllable. In an education according to claim 6 particularly high security requirements are met.
Besonders hohe Forderungen an die Sicherheit lassen sich mit relativ einfachen Mitteln erfüllen, wenn gemäß den Ansprüchen 11 bis 14 Ma gnetventilmittel vorgesehen werden, welche bei Spannungsausfall den Spannzylinder zusätzlich blockieren, so daß auch bei einem Regelven til, dessen Längsschieber beim Spannungsausfall gerade eine den Druckabbau steuernde Stellung einnimmt, ein ungewolltes Lösen des Spannzylinders verhindert wird.Particularly high demands on security can be relatively simple means if, according to claims 11 to 14 Ma solenoid valve means are provided, which in the event of a power failure Also block the clamping cylinder so that even with a control valve til, the longitudinal slider of which just one the power failure Pressure-reducing position assumes an unwanted loosening of the Clamping cylinder is prevented.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, gemäß Anspruch 15 diesen hohen Sicher heitsanforderungen zu genügen, indem durch eine kleine Batterie eine Steuerbewegung aus einer Druckabbau-Stellung in die benachbarte, blockierende Nullstellung erzielt wird.It is also advantageous, according to claim 15, this high security safety requirements by using a small battery Control movement from a pressure reduction position to the neighboring, blocking zero position is achieved.
Besonders günstig und einfach ist es ferner, nach Anspruch 16 durch ein spezielles Konzept der Druckregelung dafür zu sorgen, daß eine Druckabbau-Stellung beim Spanndruckregeln in der Regel erst gar nicht angesteuert wird, sondern das auftretende Lecköl im Regelven til zum Drucksenken mit ausgenutzt wird.It is also particularly cheap and simple, according to claim 16 a special concept of pressure control to ensure that a Pressure reduction position in the clamping pressure rule as a rule is not controlled, but the leakage oil that occurs in the control valve til is used to lower the pressure.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Further advantageous configurations result from the others Claims, the description and the drawing.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ventilanordnung zur Steuerung und Überwachung des Arbeitsdruckes eines hydraulischen Verbrauchers und Fig. 2 einen zugehörigen Schaltplan der Ventilan ordnung nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine zweite Ventilanordnung mit einem Zwischenplattenventil teilweise im Längsschnitt und Fig. 4 den zugehörigen Schaltplan. Fig. 5 zeigt den Schaltplan eines zwei ten Zwischenplattenventils. Fig. 6 zeigt den Schaltplan einer drit ten Ventilanordnung mit einer Hilfsenergiequelle und Fig. 7 den Schaltplan einer vierten Ventilanordnung mit einem speziellen Druck regelkonzept. Fig. 1 shows a longitudinal section through a valve assembly for controlling and monitoring the working pressure of a hydraulic consumer, and Fig. 2 is a corresponding diagram of the Ventilan order of Fig. 1. Fig. 3 shows a second valve arrangement with an intermediate plate valve partially in longitudinal section and Fig. 4 shows the associated circuit diagram. Fig. 5 shows the circuit diagram of a two-th intermediate plate valve. Fig. 6 shows the circuit diagram of a third valve arrangement with an auxiliary power source and Fig. 7 shows the circuit diagram of a fourth valve arrangement with a special pressure control concept.
Die Fig. 1 zeigt eine Ventilanordnung 10 zur Steuerung und Überwa chung des Arbeitsdruckes eines hydraulischen Verbrauchers, wie er in Fig. 2 als Spannzylinder 11 dargestellt ist. Fig. 1 shows a valve assembly 10 for controlling and monitoring the working pressure of a hydraulic consumer, as shown in Fig. 2 as a clamping cylinder 11 .
Die Ventilanordnung 10 weist ein Ventilgehäuse 12 auf, das in einer durchgehenden Längsbohrung 13 eine Ventilhülse 14 aufnimmt. In der Ventilhülse 14 ist als Steuerglied ein Längsschieber 15 dicht und gleitend geführt, der sowohl Drehbewegungen als auch Längsbewegungen ausführen kann.The valve arrangement 10 has a valve housing 12 which receives a valve sleeve 14 in a continuous longitudinal bore 13 . In the valve sleeve 14 a longitudinal slide 15 is tightly and slidably guided as a control member, which can perform both rotary and longitudinal movements.
Das Ventilgehäuse 12 ist an seiner einen Stirnseite 16 von einem Kupplungsgehäuse 17 abgedeckt, an dem koaxial zur Längsachse des Längsschiebers 15 ein Schrittmotor 18 angeflanscht ist. Der Schritt motor 18 ist als elektromechanischer Drehantrieb ausgebildet, dessen ausgangsseitige Abtriebswelle 19 Teil einer Kupplung 21 bildet, die innerhalb des Kupplungsgehäuses 17 angeordnet ist und Drehbewegungen der Abtriebswelle 19 spielfrei auf den Längsschieber 15 überträgt, wobei der Längsschieber 15 relativ zur Abtriebswelle 19 axiale Bewe gungen ausführen kann. Der Längsschieber 15 steht damit mit seinem in das Kupplungsgehäuse 17 ragenden Ende über eine lediglich Rota tionsbewegungen übertragende Kupplung 21 mit dem Schrittmotor 18 in Wirkverbindung.The valve housing 12 is covered on its one end face 16 by a clutch housing 17 , to which a stepping motor 18 is flanged coaxially to the longitudinal axis of the longitudinal slide 15 . The stepper motor 18 is designed as an electromechanical rotary drive, the output-side output shaft 19 forms part of a clutch 21 which is arranged within the clutch housing 17 and transmits rotational movements of the output shaft 19 without play to the longitudinal slide 15 , the longitudinal slide 15 relative to the output shaft 19 axial movements can perform. The longitudinal slide 15 is thus with its protruding into the clutch housing 17 end via a rotation movements only transmitting clutch 21 with the stepper motor 18 in operative connection.
Auf einer dem Kupplungsgehäuse 17 gegenüberliegenden Stirnseite 20 ist die Längsbohrung 13 im Ventilgehäuse durch einen Deckel 22 ver schlossen. Ein nach innen ragendes Ende des Deckels 22 bildet mit einer Verlängerung des Längsschiebers 15 eine Gewindeverbindung 23, welche eine Drehbewegung am Längsschieber 15 in eine dazu ent sprechende Längsbewegung umwandelt. Anstelle dieser besonders ein fachen Gewindeverbindung 23 kann auch eine andere, geeignete Ein richtung zur Bewegungswandlung verwendet werden. On an opposite end 20 of the clutch housing 17 , the longitudinal bore 13 in the valve housing is closed by a cover 22 ver. An inwardly projecting end of the cover 22 forms an extension of the longitudinal slide 15, a threaded connection 23, which converts a rotational movement at the longitudinal slide 15 in a to ent speaking longitudinal movement. Instead of this particularly a simple threaded connection 23 , another suitable device for converting motion can also be used.
Im Ventilgehäuse 12 sind in einer unteren Flanschfläche 24 sämtliche Arbeitsanschlüsse in Form eines genormten Lochbildes herausgeführt, so daß dort neben einem Zulaufanschluß 25 und einem Tankanschluß 26 ein erster Verbraucher-Anschluß 27 sowie ein zweiter Verbraucher-An schluß 28 ausgebildet sind. Im oberen Bereich des Ventilgehäuses 12 ist ein Wechselventil 29 zwischen die beiden Verbraucher-Anschlüsse 27, 28 geschaltet, wobei an jedem der Verbraucher-Anschlüsse 27, 28 noch ein zusätzlicher Prüfanschluß 31 bzw. 32 zum Anbau eines Mano meters vorgesehen ist. Der Druck aus einem Mittelanschluß 30 des Wechselventiles 29 wird dem Eingang eines elektrohydraulischen Drucksensors 33 zugeführt, der seine elektrischen Signale an eine elektronische Steuereinrichtung 34 weitergibt. Der Drucksensor 33 und die Steuereinrichtung 34 sind somit auf einer Oberseite 35 des Ventilgehäuses 12 angebaut und durch eine Abdeckung 36 gegen äußere Einflüsse geschützt.In the valve housing 12 , all work connections are led out in the form of a standardized hole pattern in a lower flange surface 24 , so that there is a first consumer connection 27 and a second consumer connection 28 in addition to an inlet connection 25 and a tank connection 26 . In the upper area of the valve housing 12 , a shuttle valve 29 is connected between the two consumer connections 27 , 28 , with an additional test connection 31 and 32 being provided on each of the consumer connections 27 , 28 for mounting a manometer. The pressure from a center connection 30 of the shuttle valve 29 is fed to the input of an electrohydraulic pressure sensor 33 , which forwards its electrical signals to an electronic control device 34 . The pressure sensor 33 and the control device 34 are thus mounted on an upper side 35 of the valve housing 12 and protected against external influences by a cover 36 .
Wie die Fig. 2 näher zeigt, liegen der Drucksensor 33 und der Schrittmotor 18 in einem elektrohydraulischen Regelkreis 37, der in der elektronischen Steuereinrichtung 34 die als Istwerte des Drucks dienenden Signale mit den an einem elektrischen Eingang 38 vorgege benen Sollwertsignalen vergleicht und davon abhängig den Schrittmo tor 18 so steuert, daß die Regelabweichung zu Null wird. Wie aus Fig. 2 näher hervorgeht, kann der als Teil eines Regelventils 39 die nende Längsschieber 15 wenigstens fünf Stellungen 41 bis 45 einneh men, von denen in einer mittleren Nullstellung 41 sämtliche Arbeits anschlüsse 25 bis 28 hydraulisch blockiert sind. Der Längsschieber 15 ist ferner so ausgebildet, daß er beiderseits der Nullstellung 41 eine erste (42) bzw. zweite Regelstellung 43 zur Steuerung des Spanndruckes im Spannzylinder 11 aufweist. Anschließend an die Re gelstellungen 42, 43 schließen sich nach außen hin jeweils eine erste (44) bzw. zweite Arbeitsstellung 45 an, welche zur eigent lichen Richtungssteuerung des Kolbens 46 im Spannzylinder 11 dienen. Während in den beiden Arbeitsstellungen 44, 45 die Verbindung vom Zulaufanschluß 25 zu demjenigen Verbraucher-Anschluß, in welchem der Druck geregelt werden soll, aufgesteuert ist, wird in der jeweils angrenzenden Regelstellung 42 bzw. 43 diese Verbindung zum Zulaufan schluß 25 kontinuierlich und somit proportional zur jeweiligen Aus lenkung des Längsschiebers 15 mehr oder weniger stark gedrosselt, wobei schließlich diese Verbindung in einer Regelstellung nahe der Nullstellung schließlich vollständig blockiert wird. Die Regelstel lungen 42, 43 erstrecken sich somit über einen gewissen Hubbereich, in dem der Längsschieber 15 wie bei einem Proportional-Drosselventil arbeitet.As FIG. 2 shows in more detail, the pressure sensor 33 and the stepping motor 18 are in an electro-hydraulic control circuit 37, which serves as actual values of the pressure signals with the electrical on an input compares 38 PRE-setpoint that signals in the electronic controller 34 and, depending on the Stepper motor 18 controls so that the control deviation becomes zero. As can be seen from Fig. 2 in more detail, the part of a control valve 39, the longitudinal slide 15 taking at least five positions 41 to 45 , of which in a middle zero position 41 all work connections 25 to 28 are hydraulically blocked. The longitudinal slide 15 is also designed such that it has a first ( 42 ) or second control position 43 on both sides of the zero position 41 for controlling the clamping pressure in the clamping cylinder 11 . Subsequent to the re gel positions 42 , 43 each follow a first ( 44 ) or second working position 45 to the outside, which serve for the actual directional control of the piston 46 in the clamping cylinder 11 . While in the two working positions 44 , 45 the connection from the inlet connection 25 to that consumer connection in which the pressure is to be regulated is turned on, in the respectively adjacent control position 42 or 43 this connection to the inlet connection 25 is continuous and thus proportional from each steering of the longitudinal slide 15 more or less throttled, this connection finally being completely blocked in a control position near the zero position. The control positions 42 , 43 thus extend over a certain stroke range, in which the longitudinal slide 15 works like a proportional throttle valve.
Wie aus Fig. 2 ferner hervorgeht, steht der Zulaufanschluß 25 über ein Rückschlagventil 47 mit einer Pumpe 48 in Verbindung, der zu sätzlich ein Hydrospeicher 49 zugeordnet ist.As is also apparent from FIG. 2, the inlet connection 25 is connected via a check valve 47 to a pump 48 , which is additionally assigned a hydraulic accumulator 49 .
Die Wirkungsweise der Ventilanordnung 10 wird wie folgt erläutert, wobei auf Fig. 1 und 2 gleichzeitig Bezug genommen wird.The operation of the valve arrangement 10 is explained as follows, reference being made to FIGS. 1 and 2 at the same time.
Bei der Ventilanordnung 10 kann das von dem Schrittmotor 18 ange triebene Regelventil 39 sowohl die Funktionen der Richtungssteuerung als auch der Druckregelung für den Spannzylinder 11 in beiden Rich tungen übernehmen. Durch Eingabe entsprechender Sollwertsignale nach Größe und Richtung am elektrischen Eingang 38 ist der Längsschieber 15 wahlweise in seine äußeren Arbeitsstellungen 44 bzw. 45 verstell bar, wobei in der ersten Arbeitsstellung 44 die Kolbenstange 51 des Spannzylinders 11 ausfahrbar ist, während sie in der gezeigten zwei ten Arbeitsstellung 45 einfahrbar ist. Die Geometrie des Längsschie bers 15 ist dabei so ausgebildet, daß neben dieser Richtungssteue rung zugleich auch die Geschwindigkeitsfunktion übernommen wird. Die Arbeitsstellungen 44, 45 erstrecken sich somit über einen begrenzten Hubbereich des Längsschiebers 15, in dem das Regelventil 39 propor tional arbeitet, so daß der Spannzylinder 11 in beiden Richtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten stufenlos verstellbar ist. In the valve arrangement 10 , the control valve 39 driven by the stepper motor 18 can take over both the functions of the directional control and the pressure control for the tensioning cylinder 11 in both directions. By entering corresponding setpoint signals according to size and direction at the electrical input 38 , the longitudinal slide 15 is optionally adjustable in its outer working positions 44 or 45 , whereby in the first working position 44 the piston rod 51 of the tensioning cylinder 11 can be extended while it is shown in the two shown Working position 45 is retractable. The geometry of the longitudinal slide bers 15 is designed such that, in addition to this direction control, the speed function is also taken over. The working positions 44 , 45 thus extend over a limited stroke range of the longitudinal slide 15 , in which the control valve 39 works proportionally, so that the clamping cylinder 11 is continuously adjustable in both directions at different speeds.
Zur Druckregelung in entgegengesetzten Räumen des Spannzylinders 11 ist das Regelventil 39 durch entsprechende elektrische Signalvorgabe in seine Regelstellungen 42 bzw. 43 verfahrbar. Soll hier beispiels weise der Spanndruck im zweiten Verbraucher-Anschluß 28 geregelt werden, so wird der Längsschieber 15 aus seiner gezeichneten zweiten Arbeitsstellung 45 in Richtung zweiter Regelstellung 43 verstellt, wobei die Entlastung des ersten Verbraucher-Anschlusses 27 zum Tank anschluß 26 weiterhin geöffnet bleibt, jedoch die Verbindung zwi schen zweitem Verbraucher-Anschluß 28 und Zulaufanschluß 25 mehr oder weniger stark angedrosselt wird bzw. im Grenzfall auch zuge steuert bzw. in Stellung 42 ein zu hoher Druck im Spannzylinder 11 abgebaut wird. Der im zweiten Verbraucher-Anschluß 28 herrschende Druck wird über das Wechselventil 29 an den hydraulischen Eingang des Drucksensors 33 geleitet. Dieser Drucksensor 33 gibt ein ent sprechendes Istwertsignal über den Regelkreis 37 an die elektro nische Steuereinrichtung 34, wo es mit dem vorgegebenen Sollwertsi gnal verglichen wird und davon abhängig das Regelventil 39 gesteuert wird. Abhängig von der Größe und der Polarität des elektrischen Ein gangssignals am Schrittmotor 18 wird dieser eine an der Abtriebswel le 19 hinsichtlich Drehrichtung und Drehwinkel proportionale Drehbe wegung ausführen, die von der Kupplung 21 auf den Längsschieber 15 übertragen wird, der aufgrund seiner Gewindeverbindung 23 eine dazu proportionale Stellbewegung in seiner Längsachse ausführen wird. Meldet der Drucksensor 33 einen gegenüber dem Sollwert 38 zu hohen Druck, so wird der Längsschieber 15 die Verbindung zum Zulaufan schluß 25 verstärkt androsseln, bis die Regelabweichung zu Null wird. Umgekehrt wird bei zu niedrigem Druck die erwähnte Verbindung entsprechend geöffnet. Diese Betätigung des Längsschiebers 15 mit Hilfe eines Schrittmotors 18 und einer Gewindeverbindung 23 erlaubt eine feinfühlige Längsverstellung, wobei der Längsschieber 15 in je der Stellung praktisch stufenlos arretierbar ist, so daß er in sei nen Regelstellungen 42 bzw. 43 stets seine zu den elektrischen Im pulsen am Schrittmotor 18 proportionale Lage beibehält. For pressure control in opposite rooms of the clamping cylinder 11 , the control valve 39 can be moved into its control positions 42 or 43 by corresponding electrical signal input. If, for example, the clamping pressure in the second consumer connection 28 is to be regulated, the longitudinal slide 15 is adjusted from its drawn second working position 45 in the direction of the second control position 43 , the relief of the first consumer connection 27 to the tank connection 26 remaining open. however, the connection between the second consumer port 28 and inlet port 25 is more or less throttled or in the limit case also controls or in position 42 an excessive pressure in the tensioning cylinder 11 is reduced. The pressure prevailing in the second consumer connection 28 is conducted via the shuttle valve 29 to the hydraulic input of the pressure sensor 33 . This pressure sensor 33 gives a corresponding actual value signal via the control circuit 37 to the electronic control device 34 , where it is compared with the predetermined setpoint signal and the control valve 39 is controlled as a function thereof. Depending on the size and polarity of the electrical input signal to the stepper motor 18 , this will execute a motion that is proportional to the direction of rotation and angle of rotation at the output shaft 19 , which is transmitted by the coupling 21 to the longitudinal slide 15 , which due to its threaded connection 23 is one of them will perform proportional adjusting movement in its longitudinal axis. If the pressure sensor 33 reports a pressure that is too high compared to the target value 38 , the longitudinal slide 15 will throttle the connection to the inlet connection 25 until the control deviation becomes zero. Conversely, the connection mentioned is opened accordingly if the pressure is too low. This actuation of the longitudinal slide 15 with the aid of a stepping motor 18 and a threaded connection 23 allows a sensitive longitudinal adjustment, the longitudinal slide 15 being practically infinitely lockable in each position, so that it always pulses into its regulating positions 42 and 43, respectively, to the electrical signals in electrical mode maintains a proportional position on the stepper motor 18 .
Soll der Spanndruck im ersten Verbraucher-Anschluß 27 geregelt wer den, so wird das Regelventil 39 in entsprechender Weise in seine erste Regelstellung 42 verfahren, wobei ebenfalls die Verbindung zum Zulaufanschluß 25 entsprechend gedrosselt werden kann.If the clamping pressure in the first consumer connection 27 is regulated, the control valve 39 is moved in a corresponding manner into its first control position 42 , the connection to the inlet connection 25 also being able to be throttled accordingly.
Bei vorliegender Ventilanordnung 10 werden somit die Funktionen der Richtungssteuerung, der Geschwindigkeitssteuerung und der Druckre gelfunktion im Spannzylinder 11 für beide Zylinderseiten 27, 28 mit ein und demselben Regelventil 39 erfüllt. Dabei wird der zu kontrol lierende und zu regelnde Druck direkt und kontinuierlich vom Druck geber 33 gemessen und seine Signale elektronisch ausgewertet. Eine Vielzahl einzelner, hydraulischer Bauelemente kann daher entfallen. Mit Hilfe des Drucksensors 33 und des Schrittmotors 18 eignet sich die Ventilanordnung 10 besonders zum Einsatz in NC-Steuerungen. Es läßt sich dabei als Stellglied in einem Druckregelkreis und für die Richtungs- und Geschwindigkeitseinstellung einsetzen. Ferner können programmierte Drucksollwerte geregelt konstant gehalten werden. Da durch lassen sich besonders leicht Druckprogramme realisieren, wenn z.B. ein Zweidruckspannen mit Druckwechsel innerhalb eines Spann zyklus erwünscht ist oder unterschiedliche Spann- und Entspanndrücke gefahren werden sollen. Bisher hydraulisch-mechanisch dargestellte Funktionsforderungen, insbesondere unterschiedliche Drücke für die Spanndrucküberwachung und die Spanndruckeinstellung, lassen sich nunmehr elektronisch darstellen. Zugleich werden in einer NC-Steue rung programmierte Sollwerte für die Zylinderfahrgeschwindigkeit sowie für ein Geschwindigkeitsprogramm mit Hilfe der Ventilanordnung 10 realisiert, so daß z.B. ein langsamer Schließ- und ein schneller Öffnungshub durchführbar sind. Zudem eignet sich das Regelventil 39 für einen universellen Einsatz zum Innenspannen wie auch zum Außen spannen.In the present valve arrangement 10 , the functions of direction control, speed control and pressure control function in the tension cylinder 11 for both cylinder sides 27 , 28 are thus fulfilled with one and the same control valve 39 . The pressure to be checked and regulated is measured directly and continuously by the pressure transmitter 33 and its signals are evaluated electronically. A large number of individual hydraulic components can therefore be dispensed with. With the aid of the pressure sensor 33 and the stepping motor 18 , the valve arrangement 10 is particularly suitable for use in NC controls. It can be used as an actuator in a pressure control loop and for setting the direction and speed. Programmed pressure setpoints can also be kept constant in a controlled manner. This makes it particularly easy to implement pressure programs if, for example, a two-pressure clamping with pressure change within a clamping cycle is desired or different clamping and expansion pressures are to be used. Functional requirements that were previously shown hydraulically and mechanically, in particular different pressures for tension pressure monitoring and tension pressure adjustment, can now be represented electronically. At the same time, programmed setpoints for the cylinder driving speed and for a speed program are realized in an NC control with the aid of the valve arrangement 10 , so that, for example, a slow closing and a fast opening stroke can be carried out. In addition, the control valve 39 is suitable for universal use for internal and external clamping.
Ein besonderer Vorteil der Ventilanordnung 10 ist darin zu sehen, daß durch den elektrischen Schrittmotor 18 in Verbindung mit dem Be wegungswandler 23 zur Verstellung des Längsschiebers 15 gewähr leistet ist, daß bei einem Spannungsausfall die aktuelle Schieber stellung erhalten bleibt. Bei einem Spannungsausfall verbleibt das Regelventil 39 in seiner jeweiligen Lage innerhalb der Regelstel lungen 42 bzw. 43, so daß sich der jeweils aufgesteuerte Drossel querschnitt nicht ändert und der aufgeladene Hydrospeicher 49 die jeweilige Spannkraft aufrechterhält.A particular advantage of the valve arrangement 10 can be seen in the fact that the electrical stepping motor 18 in conjunction with the movement transducer 23 for adjusting the longitudinal slide 15 ensures that the current slide position is retained in the event of a power failure. In the event of a power failure, the control valve 39 remains in its respective position within the control positions 42 and 43 , so that the respectively controlled throttle cross section does not change and the charged hydraulic accumulator 49 maintains the respective clamping force.
Befindet sich das Regelventil 39 bei Spannungsausfall z.B. in der Arbeitsstellung 44, wobei von einem Spannen bei ausfahrendem Spann zylinder 11 ausgegangen wird, so baut sich der Speicherdruck, der größer ist als der Spanndruck, über das geöffnete Regelventil 39 und den ersten Verbraucher-Anschluß 27 im Spannzylinder 11 auf. Ein ein gespanntes Werkstück bleibt auf jeden Fall eingespannt; es könnte lediglich das Werkzeug durch den höheren Speicherdruck beschädigt werden, was sicherheitstechnisch jedoch unbedenklich ist.If the control valve 39 is in the event of a power failure, for example in the working position 44 , with tensioning being assumed when the tensioning cylinder 11 extends, the accumulator pressure, which is greater than the tensioning pressure, builds up via the open control valve 39 and the first consumer connection 27 in the clamping cylinder 11 . A clamped workpiece definitely remains clamped; only the tool could be damaged by the higher storage pressure, but this is harmless in terms of safety.
Dieses Verhalten gilt auch für Zwischenstellungen beim Druckregeln zwischen Arbeitsstellung 44, Regelstellung 42 und Nullstellung 41. Dabei führt ein kleinerer Öffnungsquerschnitt vom Zulaufanschluß 25 zum ersten Verbraucher-Anschluß 27 lediglich zu einem langsameren Druckaufbau. Die Sicherheitsforderung wird weiterhin gewährleistet. Steht das Regelventil 39 bei Spannungsausfall in Nullstellung 41, so wird der Spanndruck im Spannzylinder 11 annähernd zumindest so lange erhalten, bis ein Stillstand der Spindel mit dem eingespannten Werk stück eintritt. Damit ist die erforderliche Sicherheit auch in die ser Stellung gewährleistet.This behavior also applies to intermediate positions in pressure control between working position 44 , control position 42 and zero position 41 . A smaller opening cross-section from the inlet connection 25 to the first consumer connection 27 only leads to a slower pressure build-up. The security requirement is still guaranteed. If the control valve 39 is in the zero position 41 in the event of a power failure, the clamping pressure in the clamping cylinder 11 is maintained approximately at least until the spindle comes to a standstill with the clamped workpiece. This ensures the necessary security in this position.
Entsprechendes gilt, wenn mit dem Regelventil 39 ein Spannen mit einfahrendem Spannzylinder 11 gesteuert wird.The same applies if a control with retracting clamping cylinder 11 is controlled with the control valve 39 .
Die Ventilanordnung 10 läßt sich als ein einziges Gerät kompakt so ausführen, daß sie direkt an einem Spannzylinder 11 montiert werden kann. Damit ergeben sich auch beim Arbeiten kurze Reaktionszeiten bei Druckänderungen. Zudem können die Anschlüsse 26 bis 28 der Ven tilanordnung an genormte Lochbilder angepaßt werden, so daß eine leichte Montage an bisherigen Steuerblöcken oder Zylindern oder auch üblichen Anschlußplatten möglich ist.The valve assembly 10 can be made compact as a single device so that it can be mounted directly on a clamping cylinder 11 . This results in short reaction times for pressure changes even when working. In addition, the connections 26 to 28 of the Ven valve arrangement can be adapted to standardized hole patterns, so that easy mounting on previous control blocks or cylinders or also conventional connecting plates is possible.
Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So läßt sich die Ventilanordnung auch dann noch vorteilhaft verwenden, wenn eine Spanndruckregelung nur auf einer Zylinderseite gewünscht wird und somit eine der Regelstellungen 42 bzw. 43 entfallen könnte. Die auf gezeigte Ventilanordnung, bei der ein Drucksensor mit einem von ei nem Rotations-Schrittmotor angetriebenen Längsschieber-Regelventil in einem elektrohydraulischen Druck-Regelkreis verwendet wird, stellt eine besonders vorteilhafte Kombination dar.Of course, changes to the embodiment shown are possible without departing from the spirit of the invention. In this way, the valve arrangement can also be used advantageously if a clamping pressure control is only desired on one cylinder side and one of the control positions 42 or 43 could thus be omitted. The valve arrangement shown in which a pressure sensor with a longitudinal slide control valve driven by a rotary stepping motor is used in an electrohydraulic pressure control circuit is a particularly advantageous combination.
Obwohl die gezeigte Nullstellung 41, bei der sämtliche Anschlüsse blockiert sind, besonders vorteilhaft ist, da sie bei Spannungsaus fall ein größtes Maß an Sicherheit gewährleistet, kann es bei be stimmten Anwendungsfällen auch zweckmäßig sein, wenn in einer Null stellung die beiden Arbeitsanschlüsse 27, 28 mit dem Tankanschluß 26 verbunden sind, während der Zulaufanschluß 25 blockiert ist.Although the zero position 41 shown, in which all connections are blocked, is particularly advantageous since it ensures the greatest degree of safety in the event of a power failure, it may also be expedient in certain applications if the two working connections 27 , 28 are in a zero position are connected to the tank port 26 while the inlet port 25 is blocked.
Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ventilanordnung 60 und Fig. 4 den zu gehörigen Schaltplan. Die zweite Ventilanordnung 60 unterscheidet sich von der ersten Ventilanordnung 10 nach Fig. 1 bzw. 2 vor allem durch ein zusätzliches Zwischenplattenventil 61, in dem als Magnet ventilmittel zwei einzelne 2/2-Magnetventile 62, 63 angeordnet sind. Beide Magnetventile 62, 63 sind als magnetisch gegen Federkraft be tätigte, in der federzentrierten Ruhestellung 64 doppeltdichte Ven tile ausgebildet und sind jeweils in die Verbraucher-Anschlüsse 27, 28 geschaltet. Der Spanndruckabgriff zum Wechselventil 29 wird mit tels Druckkanälen 65, 66 vorgenommen, die von verbraucherseitigen Abschnitten 67, 68 der Anschlüsse 27, 28 abzweigen. Ferner weist der Längsschieber 15 eine mittlere Nullstellung 69 auf, bei der beide Arbeitsanschlüsse 27, 28 miteinander und mit dem Tankanschluß 26 verbunden sind. FIG. 3 shows a second valve arrangement 60 and FIG. 4 the associated circuit diagram. The second valve arrangement 60 differs from the first valve arrangement 10 according to FIGS. 1 and 2 primarily by an additional intermediate plate valve 61 , in which two individual 2/2-way solenoid valves 62 , 63 are arranged as solenoid valve means. Both solenoid valves 62 , 63 are designed as magnetically actuated against spring force, 64 double-density Ven tile in the spring-centered rest position and are each connected to the consumer connections 27 , 28 . The clamping pressure tap to the shuttle valve 29 is carried out by means of pressure channels 65 , 66 which branch off from consumer-side sections 67 , 68 of the connections 27 , 28 . Furthermore, the longitudinal slide 15 has a central zero position 69 , in which the two working connections 27 , 28 are connected to one another and to the tank connection 26 .
Die Wirkungsweise der zweiten Ventilanordnung 60 entspricht weit gehend derjenigen der ersten Ventilanordnung 10, erzielt aber durch das Zwischenplattenventil 61 ein noch höheres Maß an Sicherheit für den Fall, wenn bei Spannungsausfall der Längsschieber 15 gerade zur Druckreduzierung z.B. sich in der zweiten Regelstellung 43 befindet. Dabei könnte ein Druckabfall die Werkzeugeinspannung vor Stillstand der Spindel lösen. Verhindert wird dies durch die Magnetventile 62, 63, die bei Spannungsausfall ihre federzentrierten Ruhestellungen 64 einnehmen und den Spannzylinder 11 blockieren, so daß auch in diesem Fall ein ungewolltes Lösen des eingespannten Werkstücks verhindert wird.The mode of operation of the second valve arrangement 60 largely corresponds to that of the first valve arrangement 10 , but achieves an even higher degree of safety through the intermediate plate valve 61 in the event when the longitudinal slide 15 is in the second control position 43, for example to reduce pressure, in the event of a power failure. A drop in pressure could release the tool clamping before the spindle comes to a standstill. This is prevented by the solenoid valves 62 , 63 , which assume their spring-centered rest positions 64 in the event of a power failure and block the clamping cylinder 11 , so that an unwanted loosening of the clamped workpiece is also prevented in this case.
Die Fig. 5 zeigt als Schaltplan ein zweites Zwischenplattenventil 70, das sich von demjenigen nach Fig. 3 bzw. 4 dadurch unterschei det, daß anstelle zweier dichter Magnetventile ein einziges 4/2-Ma gnetventil 71 in Schieberausführung verwendet wird. Das 4/2-Magnet ventil 71 ist in beide Verbraucher-Anschlüsse 27, 28 geschaltet und blockiert diese bei Spannungs-/Stromausfall. Bei diesem Magnetventil 71 mit Längsschieber erfolgt in der federzentrierten Ruhestellung 72 zwar ein langsamer Druckabbau im Spannzylinder 11. Der minimal er forderliche Spanndruck wird jedoch vor Stillstand der Maschine nicht unterschritten, so daß ein unbeabsichtigtes Lösen des Werkstücks bei sich drehender Spindel vermieden wird. Das 4/2-Magnetventil 71 er laubt eine einfache, kostengünstige Lösung. Fig. 5 shows a circuit diagram of a second intermediate plate valve 70 , which differs from that according to Fig. 3 or 4 det in that instead of two tight solenoid valves, a single 4/2-Ma solenoid valve 71 is used in slide design. The 4/2 solenoid valve 71 is connected to both consumer connections 27 , 28 and blocks them in the event of a voltage / power failure. In the case of this solenoid valve 71 with a longitudinal slide, there is a slow pressure reduction in the tensioning cylinder 11 in the spring-centered rest position 72 . The minimum he required clamping pressure is not undercut before the machine comes to a standstill, so that unintentional loosening of the workpiece is avoided when the spindle rotates. The 4/2 solenoid valve 71 allows a simple, inexpensive solution.
Die Fig. 6 zeigt eine dritte Ventilanordnung 80, die sich von der ersten Ventilanordnung 10 nach Fig. 2 vor allem dadurch unterschei det, daß eine Hilfsenergiequelle 81 vorgesehen ist, welche an die elektronische Steuereinrichtung 34 angeschlossen ist. Diese Hilfs energiequelle 81 kann als relativ schwache Batterie ausgebildet sein, deren Energie gerade ausreicht, um den Längsschieber 15 aus einer druckabbauenden Regelstellung 43 bzw. 42 in die benachbarte Nullstellung 41 zu verstellen. Diese Hilfsenergiequelle 81 bewirkt bei Spannungs-/Stromausfall die erwähnte Verstellung des Längsschie bers 15 in die blockierende Nullstellung 41, so daß der Spannzylin der 11 hydraulisch blockiert ist und der Spanndruck bis zum Still stand der Spindel erhalten bleibt. Bei einem in Richtung ausfahren der Kolbenstange 51 spannenden Spannzylinder 11 dient zum Druckabbau die zweite Regelstellung 43, während bei einem in Richtung einfah render Kolbenstange 51 spannenden Zylinder 11 dazu die erste Regel stellung 42 dient. Somit läßt sich mit der Hilfsenergiequelle 81 ohne zusätzliche Zwischenplattenventile ebenfalls ein Höchstmaß an Sicherheit erreichen. Fig. 6 shows a third valve arrangement 80, which mainly characterized by det failed from the first valve arrangement 10 of FIG. 2 that an auxiliary power source 81 is provided which is connected to the electronic controller 34. This auxiliary energy source 81 can be designed as a relatively weak battery, the energy of which is just sufficient to adjust the longitudinal slide 15 from a pressure-reducing control position 43 or 42 into the adjacent zero position 41 . This auxiliary power source 81 causes the aforementioned adjustment of the longitudinal slide 15 in the blocking zero position 41 in the event of a voltage / power failure, so that the clamping cylinder of the 11 is hydraulically blocked and the clamping pressure is maintained until the spindle has come to a standstill. When the tensioning cylinder 11 is extended in the direction of the extension of the piston rod 51, the second control position 43 is used for reducing the pressure, while the first control position 42 is used in the case of a cylinder 11 which is exciting in the direction of the insertion rod 51 . This means that the auxiliary power source 81 can also achieve the highest level of safety without additional intermediate plate valves.
Die Fig. 7 zeigt einen Schaltplan einer vierten Ventilanordnung 90, die sich von derjenigen nach Fig. 2 lediglich durch eine andere elektronische Steuereinrichtung 91 unterscheidet, die nach einem speziellen Druckregelkonzept arbeitet. Bei der Regelung auf konstan ten Spanndruck arbeitet das Regelventil 39 nur in den äußersten (44, 45)und den daneben liegenden Stellungen 42, 43. Ein Öffnen der je weiligen Spanndruckseite des Spannzylinders 11 zum Tankanschluß 26 ist damit nicht möglich. Sollte der Druck im Spannzylinder 11 z.B. durch ein Überschwingen etwas höher als der Sollwert liegen, so wird er durch Lecköl am Regelventil 39 wieder abgebaut. Erst z.B. bei ei nem Zweidruckspannen wird definiert die Regelstellung 43 bzw. 42 zur Druckentlastung angesteuert; da hierbei jedoch die Spindel still steht, ist ein Spannungsausfall in dieser Phase ungefährlich. FIG. 7 shows a circuit diagram of a fourth valve arrangement 90 , which differs from that according to FIG. 2 only by another electronic control device 91 , which operates according to a special pressure control concept. When controlling to constant clamping pressure, the control valve 39 only works in the outermost ( 44, 45 ) and the adjacent positions 42 , 43 . Opening the respective clamping pressure side of the clamping cylinder 11 to the tank connection 26 is therefore not possible. If the pressure in the tensioning cylinder 11 is somewhat higher than the target value, for example due to overshoot, it is reduced again by leakage oil at the control valve 39 . Only in the case of a two-pressure clamping, for example, is the control position 43 or 42 activated to relieve pressure; however, since the spindle is stationary, a power failure in this phase is harmless.
Die elektronische Steuereinrichtung 91 weist einen ersten Eingang 92 für die Einstellung des Drucksollwerts auf, einen zweiten Eingang 93 für die Einstellung des Druckbereichs und damit des Maximal- und des Minimaldrucks, einen dritten Eingang 94 für die Steuerung der Rich tungen links bzw. rechts, einen vierten Eingang 95 für die Steuerung der Funktionen Innen- bzw. Außenspannen, einen fünften Eingang 96 für die Geschwindigkeits-Einstellung, einen ersten Ausgang 97 für die Drucküberwachung sowie einen zweiten Ausgang 98 für die Angabe des Drucks größer als Maximaldruck bzw. kleiner als Minimaldruck zur Steuerung z.B. einer Funktion Maschinen-Halt.The electronic control device 91 has a first input 92 for setting the pressure setpoint, a second input 93 for setting the pressure range and thus the maximum and minimum pressure, a third input 94 for controlling the directions left and right, respectively fourth input 95 for the control of the functions internal and external clamping, a fifth input 96 for the speed setting, a first output 97 for pressure monitoring and a second output 98 for specifying the pressure greater than maximum pressure or less than minimum pressure Control, for example, of a machine stop function.
Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungen nach den Fig. 3 bis 7 Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung ab zuweichen.Of course, from 3 to 7 changes to the embodiments shown in FIGS. Possible without zuweichen from the spirit of the invention from.
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