EP1203161A2 - Pressensicherheitsventil - Google Patents

Pressensicherheitsventil

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EP1203161A2
EP1203161A2 EP00960352A EP00960352A EP1203161A2 EP 1203161 A2 EP1203161 A2 EP 1203161A2 EP 00960352 A EP00960352 A EP 00960352A EP 00960352 A EP00960352 A EP 00960352A EP 1203161 A2 EP1203161 A2 EP 1203161A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
working
unit according
valve unit
valves
Prior art date
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EP00960352A
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English (en)
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EP1203161B1 (de
Inventor
Lothar GRÖTZINGER
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Herion Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Herion Systemtechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Herion Systemtechnik GmbH filed Critical Herion Systemtechnik GmbH
Publication of EP1203161A2 publication Critical patent/EP1203161A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1203161B1 publication Critical patent/EP1203161B1/de
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • F15B20/008—Valve failure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/142—Control arrangements for mechanically-driven presses controlling the brake or the clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0435—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being sliding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/10—Delay devices or arrangements

Definitions

  • the invention relates generally to hydraulic safety valves and in particular to a safety valve unit according to the preamble of claim 1, a damping valve unit according to the preambles of claims 9 and 14, and a valve arrangement comprising these units according to claim 1c and a press safety valve comprising these units.
  • Hydraulic safety valves of the type concerned here are used, for example, to control the brake and / or clutch of a mechanical press. From DE 38 17 123 AI, a hydraulic valve for the aforementioned use has already become known, which is controlled by two electromagnetically actuated pilot valves. The valve also has two valve bodies with control pistons which can be moved in opposite directions. The connections between a pump connection, two working connections and two tank connections are controlled by means of the control pistons.
  • one of the two pilot valves is designed as a proportional pressure differential valve, the control pistons assigned to it being provided with fine control notches, so that the valve is controlled proportionally and thus the pressure build-up, the speed and the direction of movement of a consumer connected downstream of the valve can be controlled.
  • Safety valve in which two parallel working pistons are arranged in a housing, each of which is firmly connected to a valve plate. Both working pistons are controlled electromagnetically by means of pilot valves.
  • An inlet is formed in the housing and is connected to a compressed air source. The inflow leads to the valve plates, which are connected to one another by means of cross-channels.
  • a consumer for example a piston drive of a mechanical press, can be pressurized in the switch position of the safety valve via a consumer connection.
  • a channel branches off from the cross channels to each of the pilot valves. Furthermore, a channel runs from each pilot valve to the associated working piston.
  • each pilot valve is provided with a solenoid, and each solenoid is connected via a power supply line to a power source that is part of a machine control.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a hydraulic valve arrangement and a press safety valve of the type mentioned at the beginning, which provide the shortest possible switching times of a mechanical consumer, in particular the shortest possible coupling and braking processes on a mechanical press, and yet at the same time ensure the highest possible operational reliability.
  • the invention provides that the at least two working valves are designed as seat valves.
  • a pressure reducing valve upstream of the first working valve is provided in a first variant.
  • the damping valve unit has a directional control valve arranged on the tank connection side and designed as a seat valve.
  • the poppet valve design used in the aforementioned valves enables, in particular, high flow values and, at the same time, very short switching times of these valves, since, due to this design, even small piston movements lead to large valve opening cross sections with almost no time delay.
  • La shows a hydraulic valve arrangement with a safety valve unit and a damping valve unit according to a first variant
  • Fig. Lb one corresponding to Fig. La Valve arrangement with a variant of the damping valve unit that is different from FIG. 1;
  • Fig. 2 is a functional flow diagram m to illustrate the operation of the valve arrangements shown in Fig. La and lb.
  • Fig. 1 shows a hydraulic valve assembly consisting of two assemblies, namely a safety valve unit 10 and one
  • Damping valve unit 20 The two units 10, 20 are 'via a pressure connection 30 with a hydraulic pump 40, via a tank connection 50 with a hydraulic fluid tank 60 and via a working connection 70 with a mechanical consumer, in the present example one for operating a (not shown here) ) mechanical press provided coupling and / or brake piston 80, hydraulically or pressure-connected.
  • the hydraulic fluid is not important here; it can therefore be either a gas or a liquid.
  • the safety valve unit 10 has a first 2/2-way valve 90 designed in the manner of a seat valve, in which a piston 105 extending into a valve chamber 100 has an annular surface formed on the inside of the valve housing Valve seat 110 forms.
  • This valve seat 110 connects or separates a pressure line 120 starting from the pressure connection 30 with a working line 130 starting from the working connection 70.
  • the two lines 120, 130 are interrupted in the present operating state (closed).
  • the directional control valve 90 also has a proximity switch (S3) 95 designed as an inductive switch, by means of which the operating state of the directional control valve 90 is sensed can.
  • S3 proximity switch
  • two 2/2-way valves 140, 150 which are also constructed in the manner of a seat valve, are provided, in which pistons 155, 165 which come into contact, for example, form a valve seat on an inner annular surface 170, and which are open in the currentless operating state shown by means of spring preloads 180, 190 ,
  • the directional control valves 140, 150 are therefore in the safe “open” position, in particular in the event of a power failure, in which the working line 130 is relieved.
  • the pistons 155, 165 are moved hydraulically via control chambers 162, 175 (active).
  • the directional control valves 140, 150 each have a proximity switch 145, 155 with the above-mentioned functionality.
  • the working line 130 Since the working line 130, parallel to the connection to the first directional valve 90, is also connected to the valve chambers 200, 210 of the two directional valves 140, 150, the working line 130 is hydraulically relieved in the present situation via a tank line 220 leading to the hydraulic fluid tank 60.
  • the two 2/2-way valves 140, 150 are functionally identical. Their parallel connection also means an additional increase in operational safety, which ensures that the clutch and / or brake piston 80 is braked safely.
  • the directional control valves 90, 140, 150 are switched by movements of the pistons 105, 155, 165 driven by the control chambers 115, 162, 175, respectively.
  • the control chambers 115, 162, 175 are connected to a hydraulic control line system 225 shown in dashed lines in the drawing.
  • the safety valve unit 10 also has two pilot valves 230, 240 designed as 4/2-way valves, which are switched by means of electromagnets 235, 245 become.
  • the pilot valves 230, 240 either (as shown here) connect the control chamber 115 of the first directional valve 90 to the pressure line 120, and thus also the pump 40, and the control chambers 162, 175 of the directional valves 140, 150 to the tank line 220, and thus also the tank 60. In a cross position (not shown here), however, the control chamber 115 is connected to the tank line 220 and the control chambers 162, 175 to the pressure line 227.
  • the damping valve unit 20 has a proportional pressure relief valve 250, which closes when de-energized by means of a spring preload and which is controlled or opened via a control current. This ensures that the press can be braked softly via the clutch or brake piston 80 even in the event of an electrical power failure.
  • a proportional pressure reducing valve 260 enables pressure modulation when soft coupling and different pressure levels when coupling the press by means of coupling piston 80.
  • a pressure relief valve 270 serves to ensure maximum pressure through the clutch piston 80 driven clutch.
  • the pressure limiting valve 270 prevents an excessively high actuation pressure in the clutch, which could arise, for example, from incorrect control of the proportional pressure reducing valve 260.
  • the damping valve unit also has a spring accumulator 290, which ensures a permanent counter pressure in the tank line, in particular during a soft braking phase, and thus enables the press to be braked in a more controlled manner.
  • the electromagnets 235, 245 of the pilot valves 230 and 240 are de-energized.
  • the directional control valves 140 and 150 switch to the open position by means of the respective spring preload 180, 190, the inductive switches 145 and 155 being damped.
  • the directional control valve 90 is closed in the basic position and its inductive switch 95 is undamped.
  • the pump pressure transmitted via the pressure line 120 accordingly acts on the annular surface of the valve piston 105 of the directional control valve 90.
  • the directional control valve 90 is held in the closed position via the pilot control valves 230, 240 due to the difference in area between the two piston sides.
  • the proximity switch 95 Before switching from the basic position to a switching position, the proximity switch 95 must have the closed, i.e. Acknowledge undamped position. Accordingly, the proximity switches 145 and 155 S2 must open the present, i.e. Acknowledge the damped position.
  • the electromagnets 235, 245 of the two pilot valves 230, 240 are energized. This relieves the part of the control line 225 leading to the directional control valve 90 to the tank 60.
  • the directional control valves 140 and 150 are closed.
  • the pump connection 30 is connected to the working connection 70. The connection between the working connection 70 and the tank connection 50, however, is blocked.
  • a malfunction of one of the pilot valves 230, 240 is now assumed, the electromagnet 245 of the pilot valve 240 being excited and the electromagnet 235 of the pilot valve 230 being de-energized. Therefore, only the directional valve 150 is closed, whereas the directional valve 140 remains open. As a result, the connection between the working connection 70 and the tank connection 50 also remains open. Thus, on Work port 70 do not build up pressure, which is a high safety factor.
  • the malfunction mentioned (circuit) is also recognized as such by the uneven signaling of the proximity switches 145 and 155 in the controller (not shown here).
  • the switching of the proximity switches 145, 155 and 95 is checked cyclically during a press stroke.
  • the electromagnet 265 of the proportional pressure reducing valve 260 is also excited, the latter being controlled with current in such a way that the secondary pressure corresponds to the pump pressure. This ensures that the stroke volume flows quickly to the clutch / brake combination. This means that the clutch responds quickly.
  • the current at the proportional pressure reducing valve 260 is then increased again, so that the pressure intended for the clutch increases up to a nominal pressure.
  • the electromagnets 235, 245 of the series valves 230, 240 are de-energized and the electromagnet 255 of the proportional
  • Pressure relief valve 250 is energized, the latter being energized so that it opens fully.
  • the hydraulic switching volume generated by the clutch / brake combination now flows into the tank 60 via the proportional pressure relief valve 250. Shortly before the brake closes, the current at the proportional pressure relief valve 250 is reduced again, so that a pressure builds up in the line leading to the working connection 70. This soft brake pressure acts as a counter pressure and leads to the press being braked softly. The level of the soft brake pressure is determined by the modulation of the proportional pressure relief valve 250.
  • the damping valve unit therefore enables the start and stop process of the press to be optimized, thus ensuring a high level of safety for the entire production facility.
  • the operating noise level of the press can be reduced and the mechanical load on the press drive reduced, which leads to longer downtimes of the production facility.
  • FIG. 1 b shows a valve arrangement corresponding to FIG. 1 a with a damping valve unit that is configured differently from FIG. 1 a 20, but with a matching one
  • Safety valve unit 10 With regard to the features and the function (s) of the safety valve unit, reference is therefore made in full to the explanations relating to FIG.
  • a directional control valve 300 which is designed in a seat valve design 310 and is connected in parallel to the pressure limiting valve 250, is additionally provided.
  • the directional control valve 300 is controlled by a pilot valve 330. Due to the seat valve design, similar to the directional control valves 140 and 150, high flow values and shorter switching times when braking, especially in the danger area of the press, are made possible.
  • the directional control valve 300 is opened in the de-energized state via a spring force 320 and is in the open position, in particular also in the event of a power failure, in the open position.
  • the open position is monitored by a switch position sensor system 301.
  • the open position of the directional control valve 300 also enables a very fast switching and very effective EMERGENCY STOP or rapid braking of the press (via the piston 80), since an approximately hydraulic pressure in the working line 130 via the lines 223, the tank line 220 , and in particular can be dismantled almost without delay via the line path 222.
  • Another advantage of the seat valve design of the directional control valve 300 is that the Damping valve unit 20 can be monitored directly via the valve seat 310 of the directional control valve 300, which ensures a particularly high level of safety with regard to the damping behavior.
  • FIG. 2 illustrates the functional sequence of the valve arrangements shown in FIGS. 1 a and 1 b on the basis of the time sequence of the following variables, which are mentioned from top to bottom in the sequence according to FIG. 2:
  • Pressure curve 530 in the clutch / brake combination of the press such as
  • the proportional pressure relief valve 250 is briefly actuated, as a result of which the pressure present at the consumer 80 can be reduced more via the tank line 220. After a time delay, the speed then drops back to the original value.
  • the switching delay already mentioned when opening the directional valve 90 relative to the directional control valves 140, 150 prevents the formation of a hydraulic short circuit between point A of the directional control valve 90 and the points B of the directional control valves 140, 150. In addition, this starts the press without one Allows soft coupling. Furthermore, the temporal overlap and thus the soft dome pressure can be adjusted externally.
  • valve arrangement according to the invention can be used advantageously not only in mechanical presses, but everywhere where large masses are moved by means of a hydraulically operating clutch and / or brake.

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Abstract

Bei einer hydraulischen Ventilanordnung zum Betrieb eines hydraulischen Verbrauchers (80), die mittels wenigstens eines Druckanschlusses (30) mit einer hydraulischen Druckquelle (40), mittels wenigstens eines Arbeitsanschlusses (70) mit dem hydraulischen Verbraucher (80) und mittels wenigstens eines Tankanschlusses (50) mit einem ein Hydraulikfluid aufweisenden Tank (60) verbunden ist, und die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) aufweist, die mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Steuerventils (230) betätigbar sind, ist zur Erreichung möglichst kurzer Kuppel- und Bremsvorgänge auf Seiten des Verbrauchers (80) vorgesehen, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) als Sitzventile (110) ausgebildet sind.

Description

Pressensicherheitsventil
B E S C H R E I B U N G
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein hydraulische Sicherheitsventile und im Speziellen eine Sicherheitsventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Dämpfungsventileinheit gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 9 und 14, sowie eine diese Einheiten aufweisende Ventilanordnung gemäß Anspruch lc und ein diese Einheiten aufweisendes Pressensicherheitsventil gemäß Anspruch 19. Hydraulische Sicherheitsventile der hier betroffenen Art werden z.B. zur Steuerung der Bremse und/oder Kupplung einer mechanischen Presse eingesetzt. So ist aus der DE 38 17 123 AI bereits ein hydraulisches Ventil für den vorgenannten Einsatz bekannt geworden, das durch zwei elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile angesteuert wird. Das Ventil weist ferner zwei gegenläufig zueinander bewegbare Ventilkörper mit Steuerkolben auf. Mittels der Steuerkolben werden die Verbindungen zwischen einem Pumpenanschluß, zwei Arbeitsanschlüssen sowie zwei Tankanschlüssen gesteuert. Bei Vorliegen einer Fehlschaltung gehen die Ventilkörper in eine hydraulisch verriegelte Endstellung. Insbesondere ist eines der beiden Vorsteuerventile als Proportional- Druckdifferenzventil ausgebildet, wobei die ihm zugeordneten Steuerkolben mit Feinsteuerkerben versehen sind, so dass das Ventil proportional ausgesteuert und damit der Druckaufbau, die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung eines dem Ventil nachgeschalteten Verbrauchers steuerbar sind.
In der DE 196 20 468 AI ist ferner ein
Sicherheitsventil beschrieben, bei dem in einem Gehäuse zwei parallel angeordnete Arbeitskolben angeordnet sind, von denen jeder mit einem Ventilteller fest verbunden ist. Beide Arbeitskolben werden mittels Vorsteuerventilen elektromagnetisch angesteuert. Im Gehäuse ist ein Zulauf ausgebildet, der an eine Druckluftquelle angeschlossen ist. Der Zulauf führt zu den Ventiltellern, die mittels Kreuzkanälen über Kreuz miteinander verbunden sind. Über einen Verbraucheranschluß kann ein Verbraucher, z.B. ein Kolbenantrieb einer mechanischen Presse, in der Schaltstellung des Sicherheitsventils mit Druck beaufschlagt werden, werden in einer Nullstellung der Verbraucher über einen Entlüftungsanschluß entlüftet ist. Von den Kreuzkanälen zweigt jeweils ein Kanal zu jedem der Vorsteuerventile ab. Ferner verläuft von jedem Vorsteuerventil ein Kanal zum zugehörigen Arbeitskolben. Zudem ist jedes Vorsteuerventil mit einer Magnetspule versehen, und jede Magnetspule ist über eine Stromzuführleitung an eine Stromquelle angeschlossen, die Teil einer Maschinensteuerung ist.
Um die Produktivität von mechanischen Verbrauchern wie mechanischen Pressen oder dergleichen zu steigern, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit des Kolbenantriebs zu erhöhen.
Des Weiteren wird vermehrt dazu übergegangen, ganze Pressenstraßen in einzelnen großen Presse zu vereinen. Diese Pressen benötigen jedoch entsprechend große Kupplungs-/Bremsaggregate, um die hohen hydraulischen Schaltvolumina bewältigen zu können, wobei diese Kupplungs-/Bremsaggregate entweder in Baueinheit oder getrennt angeordnet sein können.
Die vorbeschriebenen, im Stand der Technik bekannten Sicherheitsventile sind ausschließlich in Kolbenschiebeventiltechnik ausgeführt, wodurch deren maximale Durchflußmenge begrenzt ist. Zudem erfordern diese Ventile aufgrund des bei einem Schaltvorgang erforderlichen Kolbenhubs lange Schaltzeiten beim Kuppeln und Bremsen der Presse.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Ventilanordnung sowie ein Pressensicherheitsventil der eingangs genannten Art anzugeben, welche möglichst kurze Schaltzeiten eines mechanischen Verbrauchers, insbesondere möglichst kurze Kuppel- und Bremsvorgänge an einer mechanischen Presse, bereitstellen und dennoch gleichzeitig eine möglichst hohe Betriebssicherheit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erfindung sieht bei einer Sicherheitsventileinheit der eingangs genannten Art vor, dass die mindestens zwei Arbeitsventile als Sitzventile ausgebildet sind.
Bei einer mit der Sicherheitsventileinheit insbesondere zusammenarbeitenden Dämpfungsventileinheit ist in einer ersten Variante ein dem ersten Arbeitsventil druckanschlussseitig vorgeschaltetes Druckminderventil vorgesehen. In einer zweiten Variante weist die Dämpfungsventileinheit ein tankanschlussseitig angeordnetes und als Sitzventil ausgebildetes Wegeventil auf.
Die bei den genannten Ventilen verwendete Sitzventilbauweise ermöglicht insbesondere hohe Durchflußwerte und gleichzeitig sehr kurze Schaltzeiten dieser Ventile, da aufgrund dieser Bauweise bereits geringe Kolbenbewegungen nahezu ohne Zeitverzögerung zu großen Ventilöffnungsquerschnitten führen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben, aus denen sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. In den Zeichnungen sind dabei identische oder funktional gleiche Merkmale mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. la eine hydraulische Ventilanordnung mit einer Sicherheitsventileinheit und einer Dämpfungsventileinheit gemäß einer ersten Variante;
Fig. lb eine der Fig. la entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig. 1 unterschiedlichen Variante der Dämpfungsventileinheit; und
Fig. 2 ein Funktionsablaufdiagra m zur Illustration der Arbeitsweise der in Fig. la und lb gezeigten Ventilanordnungen.
Ausführliche Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine hydraulische Ventilanordnung bestehend aus zwei Baugruppen, und zwar einer Sicherheitsventileinheit 10 und einer
Dämpfungsventileinheit 20. Die beiden Einheiten 10, 20 sind über' einen Druckanschluß 30 mit einer Hydraulikpumpe 40, über einen Tankanschluß 50 mit einem Hydraulikfluidtank 60 sowie über einen Arbeitsanschluß 70 mit einem mechanischen Verbraucher, in dem vorliegenden Beispiel einen zum Betrieb einer (hier nicht dargestellten) mechanischen Presse vorgesehener Kupplungs- und/oder Bremskolben 80, hydraulisch bzw. druckleitend verbunden. Auf das Hydraulikfluid kommt es hier nicht an; es kann sich daher entweder um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln.
Die Sicherheitsventileinheit 10 weist ein erstes in Sitzventilbauweise ausgebildetes 2/2-Wegeventil 90 auf, bei dem ein in eine Ventilkammer 100 hineinreichender Kolben 105 mit einer an der Innenseite des Ventilgehäuses ausgebildeten Ringfläche einen Ventilsitz 110 bildet. Dieser Ventilsitz 110 verbindet oder trennt eine von dem Druckanschluß 30 ausgehende Druckleitung 120 mit einer von dem Arbeitsanschluß 70 ausgehenden Arbeitsleitung 130. Die beiden Leitungen 120, 130 sind in dem vorliegenden Betriebszustand (geschlossen) unterbrochen.
Eine aktive Bewegung des Kolbens 105 zum Betrieb des Ventils 90 erfolgt, ebenfalls hydraulisch, über eine (Ventil- ) Steuerkammer 115. Das Wegeventil 90 weist ferner einen als Induktivschalter ausgelegten Näherungsschalter (S3) 95 auf, mittels dem der Betriebszustand des Wegeventils 90 sensiert werden kann.
Ferner sind zwei ebenfalls in Sitzventilbauweise ausgebildete 2/2-Wegeventile 140, 150 vorgesehen, bei denen an einer inneren Ringfläche 170 etwa zum Anliegen kommende Kolben 155, 165 einen Ventilsitz bilden, und die in dem gezeigten stromlosen Betriebszustand mittels Federvorspannungen 180, 190 offen sind. Daher befinden sich die Wegeventile 140, 150 insbesondere im Falle eines Energieausfalls in der sicheren "Offen"-Stellung, in der die Arbeitsleitung 130 entlastet ist. Auch bei diesen Ventilen 140, 150 werden die Kolben 155, 165 hydraulisch über Steuerkammern 162, 175 (aktiv) bewegt. Zudem weisen auch die Wegeventile 140, 150 jeweils einen Näherungsschalter 145, 155 mit der oben genannten Funktionalität auf.
Aufgrund der sämtlich in Sitzventilbauweise ausgelegten 2/2-Wegeventile zusammen mit im Bereich des jeweiligen Ventilsitzes angeordneten (hier nicht gezeigten) Drucksensoren bietet, in Kombination mit den schnellen Ventilschaltzeiten, eine hohe Betriebssicherheit.
Da die Arbeitsleitung 130, parallel zur Verbindung mit dem ersten Wegeventil 90, ebenfalls mit den Ventilkammern 200, 210 der beiden Wegeventile 140, 150 verbunden ist, ist die Arbeitsleitung 130 in der vorliegenden Situation über eine zum Hydraulikfluidtank 60 führende Tankleitung 220 hydraulisch entlastet.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der gesamten Ventilanordnung sind die beiden 2/2-Wegeventile 140, 150 funktional identisch ausgebildet. Deren Parallelschaltung bedeutet zudem eine die Betriebssicherheit zusätzlich erhöhende Redundanz, wodurch ein sicheres Bremsen der Kupplungs- und/oder Bremskolben 80 stets gewährleistet ist.
Wie bereits gesagt, werden die Wegeventile 90, 140, 150 durch jeweils über die Steuerkammern 115, 162, 175 getriebene Bewegungen der Kolben 105, 155, 165 geschaltet. Die Steuerkammern 115, 162, 175 sind zu diesem Zweck an ein in der Zeichnung gestrichelt dargestelltes hydraulisches Steuerleitungssystem 225 angeschlossen.
Die Sicherheitsventileinheit 10 weist ferner zwei als 4/2-Wegeventile ausgebildete Vorsteuerventile 230, 240 auf, die mittels Elektromagneten 235, 245 geschaltet werden. Die Vorsteuerventile 230, 240 verbinden entweder (wie hier gezeigt) die Steuerkammer 115 des ersten Wegeventils 90 mit der Druckleitung 120, und damit auch der Pumpe 40, und die Steuerkammern 162, 175 der Wegeventile 140, 150 mit der Tankleitung 220, und damit auch dem Tank 60. In einer (hier nicht gezeigten) Kreuzstellung werden hingegen die Steuerkammer 115 mit der Tankleitung 220 und die Steuerkammern 162, 175 mit der Druckleitung 227 verbunden.
Da sämtliche 2/2-Wegeventile 90, 140, 150 von den gleichen Vorsteuerventilen 230, 240 angesteuert werden, arbeitet die gesamte Anordnung in der Art einer Zwangsschaltung, wodurch sämtliche Betriebszustände eindeutig festgelegt sind.
Die Dämpfungsventileinheit 20 weist ein Proportional- Druckbegrenzungsventil 250 auf, das mittels einer Federvorspannung stromlos schließt und das über einen Steuerstrom ausgesteuert bzw. geöffnet wird. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei einem elektrischen Stromausfall die Presse über den Kupplungs- bzw. Bremskolben 80 weich gebremst werden kann.
Ein Proportional-Druckminderventil 260 ermöglicht eine Druckmodulation beim Weichkuppeln sowie unterschiedliche Druckstufen beim Einkuppeln der Presse mittels des Kupplungskolbens 80.
Ein Druckbegrenzungsventil 270 dient zur Maximaldruckabsicherung der durch den Kupplungskolben 80 angetriebenen Kupplung. Das Druckbegrenzungsventil 270 verhindert einen zu hohen Betätigungsdruck in der Kupplung, der beispielsweise durch eine fehlerhafte Ansteuerung des Proportional-Druckminderventils 260 entstehen könnte.
Schließlich weist die Dämpfungsventileinheit auch einen Federspeicher 290 auf, der einen permanenten Gegendruck in der Tankleitung, insbesondere während einer Weichbremsphase, gewährleistet und somit ein kontrollierteres Abbremsen der Presse ermöglicht.
Im Folgenden wird der Funktionsablauf der gezeigten Ventilanordnung eingehender beschrieben, wobei auch auf Fig. 2 zu verweisen ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung sind die Elektromagnete 235, 245 der Vorsteuerventile 230 und 240 stromlos. Dadurch schalten die Wegeventile 140 und 150 mittels der jeweiligen Federvorspannung 180, 190 in die geöffnete Stellung, wobei die Induktivschalter 145 und 155 bedämpft werden. Das Wegeventil 90 ist in der Grundstellung geschlossen und sein Induktivschalter 95 unbedämpft .
Der über die Druckleitung 120 übertragene Pumpendruck wirkt demnach auf die Ringfläche des Ventilkolbens 105 des Wegeventils 90. Gleichzeitig wird über die Vorsteuerventile 230, 240 das Wegeventil 90 aufgrund der Flächendifferenz der beiden Kolbenseiten in der geschlossenen Stellung gehalten. Zwischen dem Pumpenanschluß 30 und dem Arbeitsanschluß 70 sowie dem Tankanschluß 50 besteht keine Verbindung und daher ist der Arbeitsanschluß 70 über die Tankleitung 220 und den Tankanschluß 50 entlastet.
Bevor aus der Grundstellung in eine Schaltstellung übergegangen werden kann, muss der Näherungsschalter 95 die geschlossene, d.h. unbedämpfte Stellung quittieren. Entsprechend müsssen die Näherungsschalter 145 und 155 S2 die vorliegende geöffnete, d.h. bedämpfte Stellung quittieren.
In der Schaltstellung sind die Elektromagnete 235, 245 der beiden Vorsteuerventile 230, 240 erregt. Dadurch wird der zum Wegeventil 90 hinführende Teil der Steuerleitung 225 zum Tank 60 hin entlastet. Zusätzlich werden die Wegeventile 140 und 150 geschlossen. In der Schaltstellung ist der Pumpenanschluß 30 mit dem Arbeitsanschluß 70 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 70 und dem Tankanschluß 50 ist hingegen gesperrt.
Es sei nun eine Fehlfunktion eines der Vorsteuerventile 230, 240 angenommen, wobei der Elektromagnet 245 des Vorsteuerventils 240 erregt und der Elektromagnet 235 des Vorsteuerventils 230 entregt ist. Daher wird nur das Wegeventil 150 geschlossen, wohingegen das Wegeventil 140 offen bleibt. Folglich bleibt auch die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 70 und dem Tankanschluß 50 geöffnet. Somit kann sich am Arbeitsanschluß 70 kein Druck aufbauen, was einen hohen Sicherheitfaktor darstellt. Die genannte Fehlfunktion (-Schaltung) wird zudem durch die ungleiche Signalgabe der Näherungsschalter 145 und 155 in der (hier nicht gezeigten) Steuerung als solche erkannt.
Zur Erkennung solcher oder ähnlicher Fehlfunktionen wird während eines Pressenhubs das Schalten der Näherungsschalter 145, 155 und 95 zyklisch überprüft.
Mit der Dämpfungsventileinheit wird ein weiches Einkuppeln und Bremsen erreicht.
Beim Weichkuppeln wird neben den Vorsteuerventilen 230, 240 auch der Elektromagnet 265 des Proportional- Druckminderventils 260 erregt, wobei letzteres so mit Strom ausgesteuert wird, dass der Sekundärdruck dem Pumpendruck entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass das Hubvolumen schnell zur Kupplungs-Bremskombination fließt. Dies bedeutet ein schnelles Ansprechen der Kupplung.
Wenn die Kupplung schließt, wird der Strom am Proportional-Druckminderventil 260 wieder abgesenkt, wodurch der Sekundärdruck bis auf den gewünschten Weichkuppeldruck abfällt. Nach dem
Beschleunigungsvorgang wird der Strom am Proportional- Druckminderventil 260 dann wieder erhöht, so dass der für die Kupplung bestimmt Druck bis zu einem Nenndruck ansteigt. Beim Weichbremsen hingegen werden die Elektromagnete 235, 245 der Vorschaltventile 230, 240 entregt und der Elektromagnet 255 des Proportional-
Druckbegrenzungsventils 250 erregt, wobei letzteres so bestromt wird, dass es vollständig öffnet.
Das von der Kupplung-/Bremsenkombination erzeugte hydraulische Schaltvolumen strömt nun über das Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 in den Tank 60 ab. Kurz bevor die Bremse schließt, wird der Strom am Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 wieder abgesenkt, so dass sich in der zum Arbeitsanschluß 70 führenden Leitung ein Druck aufbaut. Dieser Weichbremsdruck wirkt in der Art eines Gegendrucks und führt dazu, dass die Presse weich gebremst wird. Die Höhe des Weichbremsdruckes wird dabei durch die Aussteuerung des Proportional-Druckbegrenzungsventils 250 bestimmt.
Die Dämpfungsventileinheit ermöglicht daher eine Optimierung des Start- und Stoppvorganges der Presse und gewährleistet somit eine hohe Sicherheit für die gesamte Produktionseinrichtung. Darüber hinaus lässt sich der Betriebsgeräuschpegel der Presse absenken und die mechanische Belastung des Pressenantriebs verringern, was zu größeren Standzeiten der Produktionseinrichtung führt.
Die Fig. lb zeigt eine der Fig. la entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig. la unterschiedlich ausgebildeten Dämpfungsventileinheit 20, jedoch mit einer übereinstimmenden
Sicherheitsventileinheit 10. Bezüglich der Merkmale und der Funktion(en) der Sicherheitsventileinheit wird deshalb vollumfänglich auf die Ausführungen zu Fig. la verwiesen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. lb ist zusätzlich ein in Sitzventilbauweise 310 ausgebildetes Wegeventil 300 vorgesehen, das zu dem Druckbegrenzungsventil 250 parallel geschaltet ist. Das Wegeventil 300 wird über ein Vorsteuerventil 330 angesteuert. Aufgrund der Sitzventilbauweise werden, ähnlich wie bei den Wegeventilen 140 und 150, hohe Durchflußwerte und kürzere Schaltzeiten beim Bremsen, insbesondere im Gefahrenbereich der Presse, ermöglicht. Das Wegeventil 300 wird im stromlosen Zustand über eine Federkraft 320 geöffnet und befindet sich in der Grundstellung, insbesondere auch im Falle eines Stromausfalls, in der geöffneten Stellung. Die geöffnete Stellung wird durch eine Schaltstellungssensorik 301 überwacht. Die geöffnete Stellung des Wegeventils 300 ermöglicht darüber hinaus ein sehr schnell schaltendes und sehr effektives NOT-AUS bzw. schnelles Abbremsen der Presse (über den Kolben 80), da ein in der Arbeitsleitung 130 etwa bestehender hydraulischer Druck über die Leitungen 223, die Tankleitung 220, und insbesondere über den Leitungsweg 222 nahezu verzögerungsfrei abgebaut werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Sitzventilbauweise des Wegeventils 300 besteht darin, dass die Dämpfungsventileinheit 20 direkt über den Ventilsitz 310 des Wegeventils 300 überwacht werden kann, wodurch eine besonders hohe Sicherheit bezüglich des Dämpfungsverhaltens gewährleistet ist.
Die Fig. 2 illustriert den Funktionsablauf der in den Figuren la und lb gezeigten Ventilanordnungen anhand des Zeitablaufes der folgenden Größen, die in der Reihenfolge gemäß Fig. 2 von oben nach unten genannt sind:
Spannungsverlauf 500 an den Elektromagneten 235, 245 der Vorsteuerventile 230, 240;
Stromverlauf 510 am Elektromagneten 265 des Proportional-Druckminderventils 260 ;
Stromverlauf 520 am Elektromagneten 255 des Proportional-Druckbegrenzungsventils 250 ;
Druckverlauf 530 in der Kupplung/Bremsenkombination der Presse; sowie
Drehzahlverlauf 540 in der Antriebswelle der Presse.
Durch Ansteuern der Vorsteuerventile 230, 240 gehen diese in die Kreuzstellung über und öffnen das Wegeventil 90, da die Steuerkammer 115 nunmehr über die Tankleitung 220 entlastet ist. Gleichzeitig schließen die beiden Wegeventile 140 und 150, da deren Steuerkammern 162, 175 mit dem Pumpendruck beaufschlagt werden und dadurch die Kolben 155, 165 in die Sitzposition bewegt werden.
Nach einer gewissen Vorlaufzeit (hydraulische Einschwingzeit) steigt somit der Druck am Verbraucher, hier der Kupplung/Bremsenkombination. Nachdem sich dort ein Druck aufgebaut hat, steigt auch die Drehzahl an der Antriebswelle der Presse bis hin zu einer Nenndrehzahl stetig an. Durch Betätigen des Proportional-Druckminderventils 260 wird der Druckanstieg allerings gedämpft, womit sich insgesamt der gezeigte verlangsamt ansteigende Verlauf der Drehzahl ergibt.
Nachdem die Wegeventile 90, 140, 150 durch erneutes Umschalten der Vorsteuerventile 230, 240 wieder in die Grundstellung übergehen, wird kurzzeitig das Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 angesteuert, wodurch der am Verbraucher 80 vorliegende Druck verstärkt über die Tankleitung 220 abgebaut werden kann. Nach einer Zeitverzögerung fällt dann auch die Drehzahl wieder auf den ursprünglichen Wert ab.
Die bereits genannte Schaltverzögerung beim Öffnen des Wegeventils 90 gegenüber den Wegeventilen 140, 150 verhindert die Ausbildung eines hydraulischen Kurzschlusses zwischen Punkt A des Wegeventils 90 und den Punkten B der Wegeventile 140, 150. Zudem wird hierdurch ein Starten der Presse auch ohne ein Weichkuppeln ermöglicht. Ferner läßt sich die zeitliche Überschneidung und damit der Weichkuppeldruck von extern adjustieren.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Ventilanordnung nicht nur bei mechanischen Pressen vorteilhaft einsetzbar ist, sondern überall dort, wo große Massen mittels einer hydraulisch arbeitenden Kupplung und/oder Bremse bewegt werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Sicherheitsventileinheit zum Betrieb eines hydraulischen Verbrauchers (80), die mittels wenigstens eines Druckanschlusses (30) mit einer hydraulischen Druckquelle (40), mittels wenigstens eines Arbeitsanschlusses (70) mit dem hydraulischen Verbraucher (80) und mittels wenigstens eines Tankanschlusses (50) mit einem ein Hydraulikfluid aufweisenden Tank (60) verbunden ist, und die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) aufweist, die mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Steuerventils (230) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) als Sitzventile (110, 170) ausgebildet sind.
2. Sicherheitsventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) gegenläufig betrieben werden, wobei das erste Arbeitsventil (90) im offenen Zustand den Druckanschluß (30) wenigstens mit dem Arbeitsanschluß (70) verbindet und dass das wenigstens zweite Arbeitsventil (140) im offenen Zustand den Arbeitsanschluß (70) mit dem Tankanschluß (50) verbindet.
3. Sicherheitsventileinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens zweite Arbeitsventil (140) mittels einer Federkraft (180) stromlos offen ist.
Sicherheitsventileinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) als 2/2-Wegeventile und das wenigstens eine Steuerventil (230) als 4/2- Wegeventil ausgebildet sind, wobei das wenigstens eine Steuerventil (230) die Kolbenkammern der mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) gegenläufig mit dem Druckanschluss (30) und dem Tankanschluss (50) verbindet.
Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) von dem gleichen wenigstens einen Steuerventil (230) betätigbar sind.
Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei zweite Arbeitsventile (140) in Form von zwei parallel geschalteten 2/2- Wegeventilen vorgesehen sind.
Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsventil (90) gegenüber dem wenigstens zweiten Arbeitsventil (140) zeitverzögert angesteuert wird.
Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) jeweils eine induktive Schaltstellungssensorik (95, 145) aufweisen.
9. Dämpfungsventileinheit, insbesondere zur Verwendung mit einer Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Arbeitsventil (90) druckanschlussseitig ein Druckminderventil (260) vorgeschaltet ist.
10. Dämpfungsventileinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens zweiten Arbeitsventil (140) tankanschlussseitig ein Druckbegrenzungsventil (250) vorgeschaltet ist.
11. Dämpfungsventileinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (250) mittels einer Federkraft stromlos geschlossen ist.
12. Dämpfungsventileinheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens zweiten Arbeitsventil (140) und dem Druckbegrenzungsventil (250) ein hydraulischer Federspeicher (290) angeordnet ist.
13. Dämpfungsventileinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitsanschluß (70) und dem Tankanschluß (50) ein Druckbegrenzungsventil (270) angeordnet ist.
14. Dämpfungsventileinheit, insbesondere zur Verwendung mit einer Sicherheitsventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch wenigstens ein tankanschlussseitig angeordnetes und als Sitzventil (310) ausgebildetes Wegeventil (300).
15. Dämpfungsventileinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens zweiten Arbeitsventil (140) tankanschlussseitig ein Druckbegrenzungsventil (250) vorgeschaltet ist und dass das wenigstens eine Wegeventil (300) zu dem Druckbegrenzungsvemtil (250) parallel geschaltet ist.
16. Dämpfungsventileinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wegeventil (300) mittels wenigstens eines Steuerventils (330) ansteuerbar ist.
17. Dämpfungsventileinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wegeventil (300) mittels einer Federkraft (320) stromlos offen ist.
18. Dämpfungsventileinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil eine induktive Schaltstellungssensorik (301) aufweist.
19. Ventilanordnung aufweisend eine Sicherheitsventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Dämpfungsventileinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 13 oder nach einem der Ansprüche 14 bis 18.
20. Pressensicherheitsventil aufweisend eine Sicherheitsventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eine Dämpfungsventileinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 13 oder nach einem der Ansprüche 14 bis 18.
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