EP1203161B1 - Pressensicherheitsventil - Google Patents

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EP1203161B1
EP1203161B1 EP00960352A EP00960352A EP1203161B1 EP 1203161 B1 EP1203161 B1 EP 1203161B1 EP 00960352 A EP00960352 A EP 00960352A EP 00960352 A EP00960352 A EP 00960352A EP 1203161 B1 EP1203161 B1 EP 1203161B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
working
valves
minimum
connection
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00960352A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1203161A2 (de
Inventor
Lothar GRÖTZINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herion Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Herion Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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 a safety valve unit according to the preamble of claim 1.
  • Document DE-A-3008935 discloses a safety valve unit according to the preamble of claim 1.
  • Hydraulic safety valves of the affected here Type will be e.g. for controlling the brake and / or clutch used a mechanical press. That's how it is DE 38 17 123 A1 already a hydraulic valve became known for the aforementioned application, the by two electromagnetically operated pilot valves is controlled.
  • the valve also has two opposite directions mutually movable valve body with control piston on. By means of the control piston, the connections between a pump connection, two working connections and two tank connections controlled. at If there is a malfunction, the valve bodies go into a hydraulically locked end position.
  • Safety valves are exclusively in piston slide valve technology executed, whereby their maximum Flow rate is limited.
  • these valves require due to the required during a switching operation Piston strokes long switching times when coupling and Braking the press.
  • the invention is therefore based on the object, a Hydraulic valve arrangement of the type mentioned specify the shortest possible switching times of a mechanical consumer, in particular as short as possible Clutch and brake operations on a mechanical press, provides while still a possible ensures high operational safety.
  • the invention provides for a for the operation of a mechanical Consumer's suitable safety valve unit of the type mentioned, which means at least a pressure connection with a hydraulic Pressure source, by means of at least one working port with the hydraulic consumer and by means of at least a tank connection with a hydraulic fluid connected tank, and which at least having two working valves by means of at least an electrically controllable control valve are operable, the at least two working valves are designed as seat valves, and wherein the at least two work valves operated in opposite directions be, with the first working valve in the open state the pressure connection at least with the working connection connects and that the at least second working valve in the open state with the work connection the tank connection connects, in particular before, that the at least second working valve by means of a spring force is normally open.
  • the seat valve construction used in the valves mentioned allows in particular high flow rates and at the same time very short switching times of these valves, because of this design already low piston movements almost no time delay to large valve port cross sections to lead.
  • Fig. 1 shows a hydraulic valve assembly consisting from two assemblies, namely a safety valve unit 10 and a damping valve unit 20.
  • the two units 10, 20 are connected via a pressure connection 30 with a hydraulic pump 40, via a tank connection 50 with a hydraulic fluid tank 60 and over a working connection 70 with a mechanical consumer, one for operation in the present example a (not shown here) mechanical Press provided clutch and / or brake piston 80, connected hydraulically or pressure-conducting.
  • On the hydraulic fluid it does not matter here; it may therefore be either a gas or a liquid.
  • the safety valve unit 10 has a first in Seat valve design trained 2/2-way valve 90, in which a reaching into a valve chamber 100 Piston 105 with one on the inside of the valve housing trained annular surface forms a valve seat 110.
  • This valve seat 110 connects or disconnects one from the pressure port 30 outgoing pressure line 120th with an outgoing from the work port 70 working line 130.
  • the two lines 120, 130 are in interrupted in the present operating state (closed).
  • An active movement of the piston 105 to operate the Valve 90 is also hydraulic, via a (Valve) control chamber 115.
  • the directional control valve 90 also has a designed as an inductive switch proximity switch (S3) 95, by means of which the operating state the directional control valve 90 can be sensed.
  • valves 140, 150 are also trained in poppet design 2/2-way valves 140, 150 are provided, in which on an inner annular surface 160, 170 about to concern upcoming piston 155, 165 form a valve seat, and in the currentless operating state shown by means of Spring preloads 180, 190 are open. Therefore, find the directional valves 140, 150 in particular in the case of Energy failure in the safe "open" position, in which the working line 130 is relieved. Also at These valves 140, 150, the piston 155, 165 hydraulically moved via control chambers 162, 175 (active). In addition, the directional valves 140, 150 each have one Proximity switch 145, 155 with the above Functionality on.
  • the directional control valves 90, 140, 150 by each via the control chambers 115, 162, 175 driven Movements of the pistons 105, 155, 165 connected.
  • the control chambers 115, 162, 175 are to this Purpose to a dashed line in the drawing hydraulic control line system 225 connected.
  • the safety valve unit 10 also has two as 4/2-way valves formed pilot valves 230, 240th on, connected by means of electromagnets 235, 245 become.
  • the pilot valves 230, 240 connect either (as shown here) the control chamber 115 of the first Directional valve 90 with the pressure line 120, and thus also the pump 40, and the control chambers 162, 175 of the directional control valves 140, 150 with the tank line 220, and so also the tank 60. In a (not shown here) Cross position, however, the control chamber 115 with the tank line 220 and the control chambers 162, 175 with the pressure line 227 connected.
  • the damping valve unit 20 has a proportional pressure relief valve 250 on, by means of a spring preload normally closed and that over one Control current is controlled or opened. Thereby is guaranteed that even with an electric Power failure the press via the clutch or brake piston 80 can be braked soft.
  • a proportional pressure reducing valve 260 allows a Pressure modulation during soft coupling and different Pressure levels when engaging the press by means of Clutch piston 80.
  • a pressure limiting valve 270 serves for maximum pressure protection the driven by the clutch piston 80 Clutch.
  • the pressure limiting valve 270 prevents too high actuating pressure in the coupling, for example, by a faulty control of the proportional pressure reducing valve 260 could arise.
  • the damping valve unit also has a Spring accumulator 290, which provides a permanent back pressure in the tank line, in particular during a soft braking phase, guaranteed and thus a more controlled Braking the press allows.
  • the electromagnets 235, 245 of the pilot valves 230 and 240 de-energized.
  • the directional control valves 140 and 150 switch by means of the respective spring preload 180, 190 in the open position, wherein the inductive switch 145 and 155 be damped.
  • the directional control valve 90 is in the Basic position closed and its inductive switch 95 undamped.
  • the transmitted via the pressure line 120 pump pressure acts accordingly on the annular surface of the valve piston 105th of the directional valve 90.
  • the pilot valves 230, 240, the directional control valve 90 due to the area difference the two sides of the piston in the closed Held position.
  • the proximity switch 95th the closed i. acknowledge undamped position. Accordingly, the proximity switches 145 and 155 must S2 the present opened, i. damped position Acknowledge.
  • the electromagnets 235, 245th the two pilot valves 230, 240 energized. Thereby becomes the directional control valve 90 leading part of the control line 225 relieved to the tank 60 down. In addition will be the directional valves 140 and 150 closed.
  • the Switching position is the pump connection 30 with the working connection 70 connected. The connection between the Work port 70 and the tank port 50 is, however, blocked.
  • the proximity switches are switched 145, 155 and 95 cyclically checked.
  • the hydraulic generated by the clutch / brake combination Switching volume now flows through the proportional pressure relief valve 250 in the tank 60 from. Short before the brake closes, the current at the proportional pressure relief valve 250 lowered again, so that in leading to the work terminal 70 line build up a pressure. This soft brake pressure acts in the type of backpressure and causes the Soft braked press. The height of the soft brake pressure is determined by the modulation of the proportional pressure relief valve 250 determined.
  • the damping valve unit therefore allows optimization the start and stop process of the press and thus ensures high security for the entire Production facility. In addition, it can be lower the operating noise level of the press and the reduce mechanical load on the press drive, resulting in longer service life of the production facility leads.
  • FIG. 1b shows a valve arrangement corresponding to FIG. 1a different with respect to FIG. 1a formed damping valve unit 20, however with a matching safety valve unit 10.
  • FIG. 1a shows a valve arrangement corresponding to FIG. 1a different with respect to FIG. 1a formed damping valve unit 20, however with a matching safety valve unit 10.
  • Regarding the features and function (s) of the safety valve unit is therefore completely on refer to the comments on Fig. 1a.
  • a directional valve 310 formed way valve 300 provided to the pressure relief valve 250th is connected in parallel.
  • the directional control valve 300 is over a pilot valve 330 is driven. Due to the seat valve design be, similar to the way valves 140 and 150, high flow rates and shorter switching times when braking, especially in the danger area of Press, possible.
  • the directional control valve 300 is in the de-energized Condition is opened by a spring force 320 and is located in the basic position, especially in the Fall of a power failure, in the open position.
  • the open position of the directional valve 300 allows in addition, a very fast switching and very effective EMERGENCY STOP or fast braking of the press (via the piston 80), as one in the working line 130th about existing hydraulic pressure over the lines 223, the tank line 220, and in particular on the Routing 222 are reduced almost instantaneously can.
  • Another advantage of the seat valve construction of the directional control valve 300 is that the damping valve unit 20 directly over the valve seat 310 of the directional control valve 300 can be monitored, resulting in a particularly high Ensured safety with respect to the damping behavior is.
  • valve arrangement according to the invention not only advantageous for mechanical presses can be used, but wherever large Masses by means of a hydraulically operated clutch and / or brake are moved.

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein hydraulische Sicherheitsventile und im Speziellen eine Sicherheitsventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dokument DE-A-3008935 offenbart eine Sicherheitsventileinheit gemäß dem Oberbegrift des Anspruchs 1.
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 A1 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 A1 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 der eingangs genannten Art anzugeben, welche möglichst kurze Schaltzeiten eines mechanischen Verbrauchers, insbesondere möglichst kurze Kuppel- und Bremsvorgänge an einer mechanischen Presse, bereitstellt und dennoch gleichzeitig eine möglichst hohe Betriebssicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung sieht bei einer zum Betrieb eines mechanischen Verbrauchers geeigneten Sicherheitsventileinheit der eingangs genannten Art, welche mittels wenigstens eines Druckanschlusses mit einer hydraulischen Druckquelle, mittels wenigstens eines Arbeitsanschlusses mit dem hydraulischen Verbraucher und mittels wenigstens eines Tankanschlusses mit einem ein Hydraulikfluid aufweisenden Tank verbunden ist, und welche mindestens zwei Arbeitsventile aufweist, die mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Steuerventils betätigbar sind, wobei die mindestens zwei Arbeitsventile als Sitzventile ausgebildet sind, und wobei die mindestens zwei Arbeitsventile gegenläufig betrieben werden, wobei das erste Arbeitsventil im offenen Zustand den Druckanschluß wenigstens mit dem Arbeitsanschluß verbindet und dass das wenigstens zweite Arbeitsventil im offenen Zustand den Arbeitsanschluß mit dem Tankanschluß verbindet, insbesondere vor, dass das wenigstens zweite Arbeitsventil mittels einer Federkraft stromlos offen ist.
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. 1a
eine hydraulische Ventilanordnung mit einer Sicherheitsventileinheit und einer Dämpfungsventileinheit gemäß einer ersten Variante;
Fig. 1b
eine der Fig. 1a entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig. 1 unterschiedlichen Variante der Dämpfungsventileinheit; und
Fig. 2
ein Funktionsablaufdiagramm zur Illustration der Arbeitsweise der in Fig. 1a und 1b 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 160, 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. 1b zeigt eine der Fig. 1a entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig. 1a 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. 1a verwiesen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b 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 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 1a und 1b 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 (6)

  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, wobei die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) als Sitzventile (110, 170) ausgebildet sind, und wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens zweite Arbeitsventil (140) mittels einer Federkraft (180) stromlos offen ist.
  2. Sicherheitsventileinheit nach Anspruch 1, 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.
  3. Sicherheitsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) von dem gleichen wenigstens einen Steuerventil (230) betätigbar sind.
  4. 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.
  5. Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsventil (90) gegenüber dem wenigstens zweiten Arbeitsventil (140) zeitverzögert angesteuert wird.
  6. Sicherheitsventileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Arbeitsventile (90, 140) jeweils eine induktive Schaltstellungssensorik (95, 145) aufweisen.
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