DE4035003A1 - Gleichlaufregelung fuer hydraulische pressen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse mit Gleichlaufregelung, die insbesondere für Tuschier- und Probierpressen geeignet ist.

Es sind bereits Einrichtungen zur Parallelhaltung des Stößels an hydraulischen Schmiedepressen bzw. Stanzpressen bekannt (DE-AS 11 45 924, DE-OS 32 33 860), bei denen vier mit Drucköl beaufschlagte Gleichlaufzylinder mit kurzem Hubweg zwischen Stößel und Tischfläche angeordnet sind, auf denen der Stößel kurz vor dem Schließen des Werkzeuges aufsetzt. Die Druckräume der Gleichlaufzylinder sind mit einer Hilfsvorrichtung verbunden, die einen volumengleichen Abfluß des Drucköls aus allen Zylindern bewirkt, so daß sich bei einer Schrägstellung des Stößels in dem der voreilenden Stößelseite zugeordneten Zylinder ein entsprechend höherer Gegendruck aufbaut, der der weiteren Schrägstellung entgegenwirkt.

Diese Lösungen besitzen kein Meßsystem zur Erfassung der tatsächlichen Abweichungen und auch keine Steuerung zur differenzierten Druckbeaufschlagung einzelner Zylinder, so daß nur größere Abweichungen - beispielsweise im Millimeterbereich - ausgeglichen werden können.

Es sind weiterhin Lösungen (SU-Urheberschein 341 681) mit vier Meßeinrichtungen zur Erfassung von Parallelitätsabweichungen und mit vier zweifachwirkenden Gleichlaufzylindern bekannt, deren Kolbenstangen am Stößel angelenkt sind und deren Druckräume jeweils paarweise diagonal miteinander sowie mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Im Falle einer Schrägstellung des Stößels wird diese durch die Meßeinrichtung erfaßt und mittels der Steuereinrichtung durch eine differenzierte Druckerhöhung in den entsprechenden Zylindern eine der Parallelitätsabweichung entgegenwirkende Kraft erzeugt.

Nachteil dieser Ausführung ist, daß bedingt durch die relativ hohe Schließgeschwindigkeit des Stößels und die in Abhängigkeit von der Größe der Außermittigkeit bedingten Abmessungen der Hydraulikzylinder große Ölströme zu regeln sind, wodurch die Genauigkeit des Regelprozesses nachteilig beeinflußt wird. Eine hohe Parallelität der Tisch- und Stößelfläche bei der Schließbewegung der Werkzeuge erfordert damit eine außergewöhnliche Präzision der Regeleinrichtung, da nur kleinste Anteile der jeweiligen Gesamtölströme pro Zylinder für die Genauigkeit entscheidend sind. Außerdem werden, bedingt durch die großen Ölströme, relativ große Regelventile benötigt, deren Reaktionszeiten größer sind als die kleiner Ventile, was die Genauigkeit der Parallelitätsregelung ebenfalls nachteilig beeinflußt.

Das Ziel der Erfindung ist es, den Pressenstößel zum Pressentisch bei außermittig wirkenden Verfahrenskräften so parallel zu führen, daß keine außergewöhnlichen Anforderungen an die Präzision der Regeleinrichtung gestellt werden müssen und weiterhin hohe Stößelgeschwindigkeiten möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gleichlaufregelungssystem nur von oben auf den Stößel wirken zu lassen und über den gesamten Stößelweg aktiv zu halten.

Erfindungsgemäß wird das durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Eine weiter untersetzte Ausgestaltung dieser Merkmale ist im Anspruch 2 beschrieben.

Das bedeutet im Einzelnen, daß die in die Gleichlaufzylinder eingespeisten Volumenströme jeweils in einen Haupt- und einen Regelvolumenstrom aufgeteilt werden. Dabei dient der Hauptvolumenstrom der Ausübung der Vorlauf- und Rücklaufbewegung des jeweiligen Gleichlaufzylinders, der der Stößelbewegung folgt. Der Stößel wird jedoch hauptsächlich nicht durch das Gleichlaufsystem angetrieben, sondern durch einen hydraulischen Antrieb, der vom Gleichlaufsystem unabhängig wirkt. Der Regelvolumenstrom sorgt für die einer Stößelkippung entgegengerichtete Bewegung. Das zum Kippungsausgleich notwendige Ölvolumen bemißt sich aus dem Wegfehler des Gleichlaufzylinders und dessen Kolbenfläche. Bezieht man dieses Ölvolumen auf die zum Kippungsausgleich geforderte Zeitdauer, so erhält man den durch das Servoventil bereitzustellenden Regelvolumenstrom. Dieser Regelvolumenstrom ist im Verhältnis zum Hauptvolumenstrom klein, so daß er durch ein schnell reagierendes Servoventil kleinerer Nennweite bereitgestellt werden kann. Damit erhöht sich die Präzision des Gleichlaufregelungssystems.

Die Hauptvolumenströme werden zweckmäßigerweise z. B. aus vorgespannten Kolbenspeichern bereitgestellt, um die großen Vorlaufgeschwindigkeiten des Stößels nicht zu behindern. Bei der Vorlaufbewegung strömt der vorgespannte Volumenstrom aus den Kolbenspeichern und bei der Rücklaufbewegung von der Pumpe über die jeweiligen Wege- und Rückschlagventile in den entsprechenden Zylinderraum des jeweiligen Regelzylinders. Dabei öffnet das jeweilige entsprechende Rückschlagventil den Ablauf des im Regelzylinder verdrängten Volumenstroms, wobei der Volumenstrom bei der Vorlaufbewegung in den Tank und bei der Rücklaufbewegung in den Kolbenspeicher strömt.

Wird die parallele Bewegung des Stößels durch eine außermittig wirkende, äußere Kraft gestört, so greift das Servoventil korrigierend ein. Das Servoventil leitet einen zur Kompensation notwendigen Volumenstrom in den Regelzylinder, um die Bewegungsabweichung wieder anzugleichen. Gleichzeitig verhindert das entsprechende Rückschlagventil das wirkungslose Abströmen des Volumenstroms. Vorteilhaft ist die autonome Ausgestaltung der Gleichlaufregelung, welche ein leichtes Nachrüsten auf vorhandene hydraulische Pressen ermöglicht.

Der Einsatz dieses Gleichlaufregelungssystems in anderen Baugruppen mit hohen Anforderungen an eine parallel auszuführende Bewegung ist ebenfalls möglich.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Ausgangslage des Stößels ist eingenommen, wenn sich dieser im oberen Totpunkt befindet. Die Wegeventile 3, 9 sind im unangesteuerten Zustand, so daß die Pumpe 1 die vier Kolbenspeicher 2 über ein Rückschlagventil und über die jeweiligen Wegeventile 3 füllen kann, bis der am Sicherheitsventil eingestellte Druck erreicht ist.

Bei der Eilvorlaufbewegung sind die Wegeventile 3, 9 so geschaltet, daß der vorgespannte Volumenstrom aus den Kolbenspeichern 2 über die Wegeventile 3 und Rückschlagventile in den Zylinderraum der Regelzylinder 4 gelangt. Die Eilvorlaufgeschwindigkeit ergibt sich aus der Masse des fallenden Stößels, den Druckverhältnissen im Preßzylinder 5 und im Regelzylinder 4. Während dieser Eilvorlaufbewegung ist das Gleichlaufregelungssystem schon aktiv.

Bei Ausführung der Preßbewegung wird die Stößelgeschwindigkeit durch den in den Preßzylinder 5 geförderten Volumenstrom bestimmt. Die Regelzylinder 4 folgen dieser Bewegung, indem weiterhin das in den Kolbenspeichern 2 zur Verfügung stehende Öl nachströmt.

Das Gleichlaufregelungssystem greift über insgesamt vier Servoventile 6 in den Bewegungsablauf ein, wenn die vier Meßeinrichtungen ungleiche Positionswerte an den Stößeleckpunkten bezüglich der Tischoberfläche ausweisen. Der Mittelwert aller vier Positionen wird für die Bildung der Regelabweichungen als Führungsgröße zugrunde gelegt. Die Abweichung zum Mittelwert werden jeweils positiv bzw. negativ bewertet. Damit ist sichergestellt, daß die Stößelkippung jeweils über entgegengesetzt paarweise angreifende Kraftwirkungen ausgeglichen wird. Die Rückschlagventile an den Anschlüssen der Regelzylinder 4 verhindern das wirkungslose Abströmen des über die Servoventile 6 dosierten Regelvolumenstroms.

Bei diesem Vorgang lassen sich vier Fälle unterscheiden:

1. Abwärtsbewegung des Stößels mit gleichgerichteter Korrekturbewegung

Der aus dem Kolbenspeicher 2 entweichende Hauptvolumenstrom passiert das Wegeventil 3 und das Rückschlagventil, öffnet über das entsperrbare Rückschlagventil 7 den Ablauf des im Regelzylinder 4 verdrängten Öls in Richtung des Tanks 10, dringt in den Regelzylinder 4 ein und bewirkt dort eine Abwärtsbewegung.

Wird diese Abwärtsbewegung durch eine äußere, auf den Kolben des Zylinders wirkende Kraft gestört, so greift das Servoventil 6 korrigierend ein.

Gleichzeitig verhindert ein Rückschlagventil den Rückfluß des Öls in den Kolbenspeicher 2. Das Servoventil 6 liefert einen dem Kompressionsvolumenstrom entsprechenden Regelvolumenstrom in den Regelzylinder 4, um den Bewegungsrückstand wieder auszugleichen.

2. Abwärtsbewegung der Stößel mit entgegengerichteter Korrekturbewegung

Zum Ausgleich von Stößelkippungen werden stets zwei an den gegenüberliegenden Stellen entgegengesetzt wirkende Bewegungen eingeleitet. Das bedeutet, daß das Servoventil einen dem die Bewegungsrichtung bestimmenden Hauptvolumenstrom entgegengerichteten Regelvolumenstrom in den Regelzylinder 4 einspeisen muß. Bewegt sich der Steuerkolben des Servoventils 6 deshalb in die entgegengesetzte Richtung, so wird die Zulaufseite des Regelzylinders 4 mit dem Tank 10 verbunden und das entsperrbare Rückschlagventil 7 geht in seine gesperrte Ausgangsstellung zurück. Damit wird der Abfluß aus dem Regelzylinder 4 unterbrochen und gleichzeitig über das Servoventil 6 ein definierter Regelvolumenstrom eingespeist. Dieser Vorgang stellt den wirkungsvollsten Eingriff des Servoventils 6 in den Bewegungsvorgang des Stößels dar.

3. Aufwärtsbewegung des Stößels bei gleichgerichteter Korrekturbewegung

Nach Erreichen des unteren Totpunktes schalten die Wegeventile 3, 9 in die entgegengesetzte Schaltstellung und die Pumpe 1 fördert einen Hauptvolumenstrom in die unteren Kammern der Regelzylinder 4.

Gleichzeitig bewirkt der Druckanstieg in diesem Bereich ein Öffnen der entsprechenden Rückschlagventile 7 und das Öl strömt aus den oberen Kammern der Regelzylinder 4 über Wegeventile 3 wieder zurück in die Kolbenspeicher 2. Dieser Vorgang kann durch das Servoventil 6 unterstützt werden, indem zusätzlich auf der druckbeaufschlagten Seite des Regelzylinders 4 ein Regelvolumenstrom eingespeist wird. Das Rückschlagventil verhindert Rückwirkungen auf die Pumpe 1. Der Kurzschluß der oberen Kammern der Regelzylinder 4 mit dem Tank 10 verringert für den Zeitraum des Regelungsvorganges den Widerstand bei der Kolbenaufwärtsbewegung.

4. Aufwärtsbewegung des Stößels und entgegenwirkende Korrekturbewegung

Steuert das Servoventil 6 gegen die Bewegungsrichtung, so wird zuerst die Zulaufseite des Regelzylinders 4 mit dem Tank 10 verbunden und das Rückschlagventil auf der Ablaufseite geht daraufhin in den gesperrten Zustand über. Dadurch kann das Servoventil 6 den erforderlichen Regelvolumenstrom in die Zylinderkammern einspeisen.

Die Rückzugsbewegung des Stößels wird, wie schon erläutert, durch das Schalten der Wegeventile 3 eingeleitet. Die dabei mögliche Geschwindigkeit richtet sich nach dem Kolbenflächenverhältnis und dem Pumpenstrom des Preßzylinders 5. Die diesbezüglichen Parameter der Gleichlaufregelung müssen diesen Verhältnissen entsprechend angepaßt sein.

Bei Erreichen der Ausgangslage des Stößels werden die Wegeventile 3, 9 in ihrer Nullstellung geschaltet. Da funktionsbedingt ein unterschiedlicher Füllzustand der Kolbenspeicher 2 zu diesem Zeitpunkt möglich ist, erfolgt in dieser Schaltstellung das Nachfüllen der Kolbenspeicher 2, dessen Zeitdauer im Preßzyklus mit zu berücksichtigen ist und dessen Ende durch den Druckschalter 8 angezeigt wird.

Claims (2)

1. Gleichlaufregelung für hydraulische Pressen, wobei die Stößelkippung durch ein Meßsystem erfaßt und mittels zweiseitig beaufschlagbaren Regelzylindern, welche von oben auf den Stößel wirken, durch entgegengesetzt paarweise Krafteinleitung ausgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder Regelzylinder (4) durch einen Hauptvolumenstrom über mindestens ein Wegeventil (3, 9) und zusätzlich durch einen Regelvolumenstrom über ein Servoventil (6) betätigbar ausgebildet ist.

2. Gleichlaufregelung für hydraulische Pressen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß je ein Kolbenspeicher (2) über das jeweilige Wegeventil (3) einerseits durch eine Verbindungsleitung mit der Pumpe (1) und andererseits durch zwei Verbindungsleitungen mit dem ersten Anschluß des jeweiligen Regelzylinders (4) verbunden ist, und
• - daß mindestens ein zentrales Wegeventil (9) einerseits über je eine Verbindungsleitung mit der Pumpe (1) und mit dem Tank (10) verbunden ist und andererseits durch jeweils zwei Verbindungsleitungen mit dem zweiten Anschluß der jeweiligen Regelzylinder (4) verbunden ist, und
• - daß vom Anschluß des Regelzylinders (4) in Richtung des jeweiligen Wegeventils (3, 9) die den Zulauf bildenden Verbindungsleitungen mit einem Rückschlagventil und die den Ablauf bildenden Verbindungsleitungen mit einem entsperrbaren Rückschlagventil (7) ausgebildet sind, wobei die jeweilige Entsperrleitung mit dem Anschluß der jeweils anderen Seite des Regelzylinders (4) wirkverbunden ist, und
• - daß das jeweilige Servoventil (6), welches über das Meßsystem ansteuerbar ist, einerseits über je eine Verbindungsleitung mit je einem Anschluß des Regelzylinders (4) und andererseits über je eine Verbindungsleitung mit einer Druckquelle und mit dem Tank (10) verbunden ist.