GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem, das für die
Steuerung der zum Antrieb von Pressen und ähnlichen
Maschinen verwendeten Bremsen, Kupplungen und Brems-
Kupplungs-Einheiten eingesetzt wird, um während einer
vorgegebenen Zeit eine Abdämpfung des Kupplungs- und/oder
Bremsvorgangs zu erzielen, ohne diesen Kupplungs- und/
oder Bremsvorgang spürbar zu verzögern.
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Neben der Steuerung der Abdämpfung des Kupplungs-
und/oder Bremsvorgangs wirkt das System als
Sicherheitsvorrichtung, damit der die Maschine bedienende Arbeiter
keine Gefahr läuft. Die Sicherheitsvorrichtungen beruhen
auf Ventilen, deren Stellung mit Hilfe eines
Druckwächters gesteuert wird, der am Ende einer
Labyrinthleitung zwischen der Druckabnahme und dem eigentlichen
Druckwächter vorgesehen ist.
VORGESCHICHTE DER ERFINDUNG
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Zur Steuerung des Antriebs der hydraulischen Kolben
werden Elektroventile verwendet, die unmittelbar oder
gesteuert (servogesteuert) in der Weise wirken, dass die
ersten für die Steuerung verhaltnismässig kleider
Durchflussmengen und die zweiten zur Steuerung grosser
Durchflussmengen benutzt werden.
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Im Fall des Antriebs hydraulischer Bremsen, Kupplungen
und Brems-Kupplungs-Einheiten in Pressen und ähnlichen
Maschinen werden auf Grund der Notwendigkeit hoher
Ansprechgeschwindigkeiten, die ein schnelles Verdrängen
des durch die Antriebskolben verschobenen Ölvolumens
erfordern, normalerweise gesteuerte Ventile eingesetzt.
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Bei Pressen und ähnlichen Maschinen, bei welchen der die
Maschine speisende Arbeiter die Gefahr läuft,
Körnerverletzungen zu erleiden, werden die für den
Antrieb dieser Maschinenart benutzten Bremsen und Brems-
Kupplungs-Einheiten durch doppelte Elektroventile
ergänzt, die so montiert werden, dass die gleichzeitige
Betätigung beider Ventile notwendig ist, um die Maschine
in Gang zu setzen, wobei der Betrieb eins dieser
Elektroventile ausreichend sein muss, um den Stillstand
der Maschine herbeizuführen, womit eine doppelte
Stillstandssicherheit gegeben ist.
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Bevor an der Maschine der nächste Arbeitsgang eingeleitet
wird, muss als Sicherheitsmassnahme die korrekte Wirkung
der beiden Ventile beim Stillstand überprüft werden, um
so erneut die Sicherheit der doppelten Betätigung zu
haben. Diese Überprüfung erfolgt häufig mit Hilfe
induktiver Detektoren, welche die Rückkehr des Schaftes
eines jeden Elektroventils in die jeweilige
Ausgangsstellung melden. Die von den genannten Detektoren
gelieferte elektrische Information wird verarbeitet,
damit der Betrieb des Startsystems bei Ausfall des
Signals blockiert wird.
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Hydraulische Bremsen, Kupplungen und Brems-Kupplungs-
Einheiten für den Antrieb von Pressen und ähnlichen
Maschinen sind daneben häufig mit Systemen zur Abdämpfung
des Kupplungs- und/oder Bremsvorgangs ausgestattet, um
ruckartige Arbeitsgänge der Maschine zu vermeiden, die
technische Störungen verursachen könnten. Zu diesem Zweck
wird. u. a. ein System eingesetzt, das darin besteht, den
Schubkolben der Kupplung mit einer Scheibe zu versehen,
die von einer Reihe von Hilfsfedern vorgedrückt wird,
welche eine geringere Kraft als der eigentliche Kolben
ausüben und in ihrer Bewegung begrenzt sind. Bremsseitig
ist ausserden eine von anderen Hilfsfedern geringerer
Stärke als die der normalen Bremsfedern vorgeschobene
Scheibe in der Weise vorgesehen, dass die Hilfsfedern
eine kupplungsseitig oder bremsseitig angeordnete Scheibe
verschieben, die jeweils einem Lamellenpaket
gegenüberliegt, bei dem es sich in einem Fall um die
Kupplungslamellen und im anderen Fall um die
Bremslamellen handelt. Die Scheibe wird in beiden Fällen in ·
Übereinstimmung mit dem Betrieb des Hauptkolbens gegen
das entsprechende Lamellenpaket gedrückt, um einen
sanften Kupplungs- und/oder Bremsvorgang zu erzielen.
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Es ist eine andere Art und Weise bekannt, bei Kupplungs-
und/oder Bremsvorgängen die Abdämpfung bzw. einen sanften
Vorschub zu steuern. Sie wird im spanischen
Erfindungspatent 9400215 derselben Anmelderin beschrieben. In
diesem Fall wird der Schubkolben in zwei Hälften geteilt,
von denen die eine als Hauptkolben und die andere als
Hilfskolben betrachtet wird. Letzterer bietet dem
flüssigen Druckmittel eine geringere Fläche als der
Hauptkolben, wodurch es beim Einkuppeln zu einer ersten
Annäherung des Hilfskolbens an die Kupplungsscheibe
kommt, ohne dieselbe jedoch zu berühren, und
anschliessend, nach Freigabe der Bremse, zu einer ersten
Kupplungsphase, in welcher sich der Hilfskolben dem
Hauptkolben nähert, und - nach Berührung der beiden
Kolben - zu einer zweiten Phase, in der beide gemeinsam
in üblicher Weise wie ein einziger Kolben wirken.
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Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Eigenschaften
ist es notwendig, dass das sanfte Bremssystem zu einem
bestimmten Zeitpunkt ausser Betrieb gesetzt werden kann,
um die Maschine im Notfall anhalten zu können, wie z. B.
in den Fällen, in denen sich die die Maschine bedienende
Person in einer Gefahrenzone befindet und, ohne Rücksicht
auf die Integrität der Maschine, ein schnelles Ansprechen
derselben erforderlich ist.
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Die dieser Erfindung nächstliegende Lösung ergibt sich
aus dem Dokument DE-A-29 35 702, das eine aussermittige
Druckkupplung und einen Bremssteuerungskreislauf
beschreibt, der eine Ventilverteilung aufweist, welche in
Abhängigkeit vom Kupplungs- und Bremsdruck benutzt wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das vorgeschlagene System ist vorgesehen, um einerseits
den sanften Kupplungs- und/oder Bremsvorgang zu steuern
und andererseits die Verzögerungswirkung des eigentlichen
Systems zur Einstellung des Bremsvorgangs zu unterbinden,
damit die Maschine beim schnellen Bremsen höchste
Sicherheit bietet.
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Diese Aufgaben werden mit Hilfe eines Hydrauliksystems
gemäss Anspruch 1 gelöst.
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Das eigentliche Hydrauliksystem umfasst zwei durch
druckgesteuerte Ventile zum Öffnen und Schliessen für die
Steuerung des Öldurchflusses am Eingang zur Brems-
Kupplungs-Einheit und zur Steuerung des Auslaufkreises
von der Brems-Kupplungs-Einheit zum Behälter, sowie ein
servogesteuertes Notventil, das geöffnet ist, solange die
Maschine eine bestimmte Stellung bzw. einen bestimmten
Gefahrensbereich nicht überschreitet, einschliesslich
zwei servogesteuerte oder gesteuerte Sicherheitsventile,
die wie das Notventil hydraulisch miteinander sowie mit
einer Kontrollvorrichtung verbunden sind, welche die
Stellung der Ventile zu jeder Zeit steuert, wobei sie
sich nach einem Druckwächter richte, der sich am Ende
einer Hilfslabyrinthleitung befindet, die den Eingang
bzw. die Druckabnahme und den eigentlichen Druckwächter
verbindet.
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Das Öffnungs- und Schliessventil für den Öleinlauf weist
eine Feder zur Steuerung der Öffnung und einen Kolben zur
Steuerung des Verschlusses auf. Letzterer ist mit dem
Öleinlauf zur Brems-Kupplungs-Einheit verbunden. Die
Kraft der Feder zur Steuerung der Öffnung ist,
hydraulisch gesehen, grösser als die Kraft der
gegenwirkenden Hauptfeder für den normalen Bremsvorgang
und geringer als die Summe der Kraft dieser Hauptfeder
für den normalen Bremsvorgang und der Hilfsfedern, welche
die entsprechende Scheibe gegen das Lamellenpaket der
Kupplung drücken, was in der Weise geschieht, dass das
Öffnungs- und Schliessventil geöffnet ist, während nur
die Hauptfeder für den normalen Bremsvorgang wirkt, sich
jedoch schliesst, wenn die gegenwirkende Kraft der Summe
dieser Hauptfeder für den normalen Bremsvorgang und der
der Hilfsfedern entspricht.
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Das Ventil zum Öffnen und Schliessen des Ölauslaufs von
der Brems-Kupplungs-Einheit zum Behälter besitzt ein
Schliessventil, das hydraulisch gesehen eine geringere
Kraft als die der Hauptfedern für den normalen
Bremsvorgang und eine grössere Kraft als die Differenz
zwischen der Kraft dieser Federn und der der Hilfsfedern
aufweist, welche die entsprechende Scheibe gegen das
Lamellenpaket der Bremse drücken.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zur Ergänzung dieser Beschreibung und zum besseren
Verständnis der Erfindungsmerkmale liegen der
Patentschrift, als Bestandteil derselben, Zeichnungen an, die
beispielsweise, ohne einschränkenden Charakter, Folgendes
zeigen:
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Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Brems-Kupplungs-
Einheit mit den entsprechenden Mitteln, welche
üblicherweise benutzt werden, um sowohl einen sanften Kupplungs-
als auch einen sanften Bremsvorgang zu erzielen, wobei es
diese Figur ausserdem ermöglichet, den Betrieb des den
Gegenstand der Erfindung bildenden Hydrauliksystems zu
verstehen.
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Fig. 2 zeigt im Querschsnitt die Ventile, die das
erfindungsmässige Hydrauliksystem bilden, wobei die
einzelnen Bestandteile zu sehen sind, mit Ausnahme der
Elektroventile, welche höher als die in der Abbildung
gezeigte Platte liegen. Es sind auch die
Sicherheitsventile ersichtlich, die den Durchfluss zum Auslauf
schliessen.
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Fig. 3 zeigt denselben Querschnitt wie Fig. 2, jedoch
mit den Sicherheitsventilen in der Stellung, in welcher
der Durchfluss zum Auslauf möglich ist .
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In Fig. 1 sieht man eine herkömmliche Brems-Kupplungs-
Einheit für den Antrieb von Pressen oder ähnlichen
Maschinen, welche den entsprechenden Hauptschubkolben (1)
der Kupplung (2) enthält und auf dessen Seite eine
Scheibe (3) aufweist, die von einer Reihe von Federn (4)
vorgeschobenen wird, die eine geringere Kraft als die vom
Kolben selbst (1) erzeugte ausüben, wobei die
Verschiebung begrenzt ist. Auf der Seite der Bremse (5)
wird ebenfalls eine Scheibe (6) angeordnet, die von
Federn (7) vorgeschoben wird, deren Kraft geringer ist
als die der entsprechenden Hauptfeder für den
Bremsvorgang (8) und welche den Hauptkolben (1)
verschieben.
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Ein Zylinder (9) erzeugt in Fig. 1 die Kupplungskraft,
neben der Kraft der normalen Bremsfeder (8). Die Federn
(4) geringerer Kraft schieben die Scheibe (3) bis zum
Anschlag (10) und bewirken den sanften Kupplungsvorgang
von dem Moment an, zu welchem der Hauptkolben (1) die
Scheibe (3) gegen das Lamellenpaket (11) drücken, bis der
Hauptkolben (1) die Scheibe (3) berührt, denn von diesem
Zeitpunkt an wird der Kupplungsvorgang mit der gesamten
Kraft des Zylinders (9) durchgeführt.
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In gleicher Weise findet der Prozess des Vorschubs des
Lamellenpakets (12) der Bremse (5) mit der sanften Kraft
der Federn (7) statt, bis der Hauptkolben (1) die Scheibe
(6) berührt, denn von diesem Zeitpunkt an wird der
Bremsvorgang mit der gesamten Kraft der Hauptfeder für
den Bremsvorgang (8) durchgeführt.
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Ausgehend von dem für den Antrieb von Pressen und
ähnlichen Maschinen eingesetzten Brems- und
Kupplungssystem, umfasst das erfindungsmässige, in den Fig. 2
und 3 dargestellte Hydrauliksystem Für die Regulierung
und den Antrieb einer Platte (13), auf welcher alle
Bestandteile des eigentlichen Hydrauliksystems montiert
werden, mit Ausnahme der entsprechenden Elektroventile,
die sich in einer höheren Ebene als die der Platte (13)
befinden und hydraulisch so verbunden sind, dass sie vom
Einlauf (14) her unter Druck stehendes Öl erhalten, um
diesen Einlauf bei Empfang eines elektrischen
Anschlussignals mit dem Boden (15) der Ventile (16), (17)
und (18) zu verbinden. Bei Empfang eines weiteren
elektrischen Sperrsignals wird der jeweilige Boden (15)
der einzelnen Ventile mit dem Auslauf (19) verbunden, der
dem Einlauf des entsprechenden Flüssigkeitsbehälters
entspricht.
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In Fig. 2 sieht man die Sicherheitsventile (16) und (17)
sowie das Notventil (18) und zwei weitere Ventile zum
Öffnen (20) und Schliessen (21). Die Ventile (16) und
(17) sind in Kupplungsstellung gezeigt, da an den
jeweiligen Böden (15) das von den entsprechenden
Elektroventilen kommende und unter Druck stehende Öl
angefordert wird. In dieser Stellung der Ventile (16) und
(17) ist der Einlauf (14) mit dem Auslauf (22) zur Brems-
Kupplungs-Einheit verbunden.
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Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, wäre der Durchgang (23)
oder (24) in dem Fall, dass eins der Ventile (16) oder
(17) nicht betätigt worden wäre, nicht offen geblieben,
womit es zu keiner Verbindung zwischen dem Einlauf (14)
und dem Auslauf (22) und damit zu keiner Kupplung
gekommen wäre, womit die erste Sicherheitsvoraussetzung
erfüllt ist.
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Nach Anschluss des Kupplungskreises ist es zweckmässig,
dass sich der Hauptkolben (1) gemäss Fig. 1 schnell
verschiebt, bis er das Lamellenpaket (11) auf der Seite
der Kupplung (2) berührt, um ein schnelles Ansprechen zu
erzielen. Das wird dadurch erreicht, dass die das
Öffnungs- und Schliessventil (20) steuernde Feder (25)
eine Kraft besitzt, die - hydraulisch gesehen -
derjenigen gleich ist, welche zwischen der der Hauptfeder
für den normalen Bremsvorgang (8) und der Summe der Kraft
dieser Feder und der der Federn (4) liegt. Auf diese
Weise ist die gegenwirkende Kraft des Systems während der
Dauer der Verschiebung des Kolbens (1) bis zur Berührung
des Lamellenpakets (11) auf der Seite der Kupplung (2)
gleich der Kraft der Hauptfeder für den normalen
Bremsvorgang (8), welche die Wirkung der Feder (25) nicht
überwinden kann, womit das Öl in reichlicher Menge durch
den in Fig. 2 dargestellten breiten Durchgang (26)
fliesst und das schnelle Verschieben des Kolbens (1) der
Brems-Kupplungs-Einheit bewirkt.
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Sobald die Scheibe (3) das Lamellenpaket (11) berührt,
ist die gegenwirkende Kraft die der Federn (4) und (8),
wodurch sich der Druck im System erhöht und ein
Verschieben des Ventils (29) hervorruft, bis der
Durchgang (26) geschlossen ist, wodurch das Öl gezwungen
ist, mit geringer Durchflussmenge, die vom Regler (28)
gesteuert wird, durch den engen Durchgang (27) zu
fliessen. So kann die Dauer des sanften Kupplungsvorgangs
gesteuert werden, die der Zeit der Verschiebung des
Kolbens (1) gemäss Fig. 1 bis zur Berührung der Scheibe
(3) entspricht, womit das Merkmal der Regelung des
sanften Kupplungsvorgangs gegeben ist.
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Wenn die Elektroventile betätigt werden, die - wie
bereits zuvor, erwähnt - nicht dargestellt sind, um einen
sanften Bremsvorgang zu erzielen, befinden sich die
Sicherheitsventile (10) und (17) in der in Fig. 3
gezeigten Stellung. Der Öldurchgang zwischen dem Einlauf
(14) und dem Auslauf (22) ist geschlossen; gleichzeitig
öffnet sich der Durchgang von diesem bereich (22) zum
Auslauf in den Behälter (19). Wie man feststellen kann,
wäre die Betätigung eines einzigen der beiden Ventile
(16) und (17) ausreichend gewesen, denn damit ist der
beschriebene Schliess- und Öffnungsvorgang gewährleistet
und eine weitere Sicherheitsvoraussetzung erfüllt.
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Was das Verhalten des Öls zum Auslauf in den Behälter
(19) anbetrifft, kann man gemäss der Darstellung in Fig.
3 sehen, dass das Notventil (18) geschlossen ist, was ein
Durchfliessen des Öls durch den Durchgang (30)
verhindert. In dieser Situation baut die normale
Bremsfeder (8) der Fig. 1 im Auslauf kreis einen
bestimmten Druck auf, während eine vorschriftsmässig
geeichte Feder (29) das Ventil (21) steuert. Die Kraft
dieser Feder (29) ist geringer als die der normalen
Bremsfeder (8) und grösser als die Differenz zwischen der
Kraft der Feder (8) und der der Feder (7).
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Solange die Scheibe (6) also nicht das Lamellenpaket (12)
auf der Seite der Bremse (5) berührt, überwindet der
Öldruck die Kraft der Feder (29) und öffnet das Ventil
(21), womit ein breiter Durchgang (31) gegeben ist, durch
den das Öl in grosser Menge zum Auslauf (19) fliesst und
eine schnelle Annäherung des Kolbens (1) an das
Lamellenpaket (12) der Bremse (5) bewirkt. Sobald die
Scheibe (6) das Lamellenpaket (12) berührt, nehmen die
Federn (7) den Federn (8) die Kraft; der hydraulische
Druck im System sinkt ab und verusacht ein Schliessen des
Ventils (21) im Durchgang (31), womit das Öl gezwungen
ist, mit geringer Durchflussmenge, die vom Bremsregler
(33) gesteuert wird, durch den engen Durchgang (32) zu
fliessen. Damit ist es möglich, die Dauer des sanften
Bremsvorgangs nach Wunsch festzulegen, bei der es sich
konkret um die Dauer der Annäherung des Kolbens (1) an
die Scheibe (6) handelt; so ist das Merkmal der Regelung
des sanften Bremsvorgangs ebenfalls erfüllt.
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Wenn sich das Ventil (18) in gleicher Weise wie die
Ventile (16) und (17) öffnet, entsteht ein weiter
Öldurchgang (30) zum Ausfluss (19), was zu einer
schnellen Verschiebung des Hauptkolbens (1) zur Seite der
Bremse (5) und zu einer äusserst schnellen Annäherung des
Kolbens (1) an die Scheibe (6) und zu einem Bremsvorgang
in kürzester Zeit führt, womit eine Notbremsung erreicht
wird.
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Öffnen wir das Ventil (18), findet das durch den Einlauf
(14) eintretende Öl einen freien Durchgang bis zum Ende
der Labyrinthleitung (35), was eine Betätigung des
Druckwächters (34) bewirkt, der an diesem Auslauf bzw. am
Ende der Leitung (35) vorgesehen ist. Das Signal wird
verarbeitet, um die Einleitung eines neuen Arbeitsgangs
zu ermöglichen, denn es zeigt an, dass sich die Ventile
(16), (17) und (18) in der richtigen Stellung befinden.
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Im entgegengesetzten Fall, das heisst, wenn sich eins der
Ventile in der in Fig. 3 für das Ventil (18)
dargestellten Stellung befinden würde, käme es zu einer
Unterbrechung des Durchgangs des unter Druck stehenden
Öls vom Einlauf (14) zum Auslauf der Leitung (35). Der
Druckwächter (34) würde nicht betätigt werden, wodurch
auch kein neuer Arbeitsgang eingeleitet werden könnte.
Damit ist demnach eine weitere Sicherheitsvoraussetzung
erfüllt.
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Handelt es sich bei der Brems-Kupplungs-Einheit um eine
Einheit, bei welcher der geringere Vorschub durch einen
hydraulischen Kolben geringeren Querschnitts als der des
Hauptkolbens vorgenommen wird, wären der Betrieb und der
Bau annähernd gleich, allerdings mit entsprechenden
Anpassungen der Federkraft der beschriebenen Ventile.
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Man hält es nicht für notwendig, diese Beschreibung noch
ausführlicher zu gestalten, damit der Fachmann die
Reichweite der Erfindung und der durch dieselbe gebotenen
Vorteile verstehen kann.
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Die Materialien, Form, Grösse und Anordnung der einzelnen
Teile können geändert werden, soweit der wesentliche Sinn
der Erfindung nicht geändert wird.
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Die in dieser Patentschrift beschriebenen Aspekte sind
stets im weitreichenden Sinne, nie als Einschränkung zu
verstehen.