EP2280178B1 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren für eine Kolben-Zylinder-Anordnung - Google Patents

Steuervorrichtung und Steuerverfahren für eine Kolben-Zylinder-Anordnung Download PDF

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EP2280178B1
EP2280178B1 EP10012415A EP10012415A EP2280178B1 EP 2280178 B1 EP2280178 B1 EP 2280178B1 EP 10012415 A EP10012415 A EP 10012415A EP 10012415 A EP10012415 A EP 10012415A EP 2280178 B1 EP2280178 B1 EP 2280178B1
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EP
European Patent Office
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pressure
piston
control
cylinder
sub
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Matthias Hahn
Ralph Lutz
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Laeis GmbH
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Laeis GmbH
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    • 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
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/16—Control arrangements for fluid-driven presses
    • 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
    • F15B21/008—Reduction of noise or vibration
    • 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
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/50—Pressure control
    • F15B2211/555—Pressure control for assuring a minimum pressure, e.g. by using a back pressure valve

Definitions

  • the invention relates to a control device for a piston-cylinder arrangement, wherein the piston-cylinder arrangement has a cylinder and a piston which is accommodated at least partially in the cylinder and divides the cylinder interior along the cylinder axis into two subspaces, with one connected to a first subspace A valve assembly which occupies a closed position preventing leakage of fluid received in the first subspace from said subspace when the pressure in the fluid is less than a pressure control value set on the valve assembly and which opens into an open position permitting said outflow when the pressure in the fluid is greater than the set pressure control value, and a method for controlling such a piston-cylinder arrangement for carrying out a relative movement between the piston and cylinder, and the use of such a control device for a piston-cylinder arrangement of a hydrauli press.
  • Control devices of this type for a piston-and-cylinder arrangement such as EP 0 661 125 A1 , are known for example from the field of presses.
  • the term press in this context is to be understood as a collective term for differently operating hydraulic presses, by means of which processed by hydraulic force application products of various kinds, in particular can be transformed or manufactured. Examples of such presses are hydraulic stamping presses, impact shears, presses for the refractory and tile industry, presses for the production of salt products, products of lime sandstone, Tiles, etc.
  • the shaping of the products can be carried out such that two pressing dies, of which at least one is movable along a main axis of the press, are moved relative to each other and thus effect the forming process.
  • a press in the field of refractory industry for example, bulk loose material is compacted by the relative movement of the press dies in a die, which at least partially determines the shape of the compact produced by the pressing process.
  • the forming operation of the refractory press just described is shut down when either a certain distance has been traveled by the dies, a certain pressure in the master cylinders achieved or even if these two criteria are within a defined tolerance range.
  • piston-cylinder assemblies which are controlled by a control device of the type mentioned, not only used for the master cylinder or main ram, but also for secondary functions, which are also performed by means of the control device controlled piston-cylinder assemblies .
  • a secondary function is, for example, the process of a die wall of a die of a just presented press from the field of application of the refractory industry after completion of the pressing process. This involves the so-called shaping of the compact from the matrix, wherein the compact is supported against a stationary punch or a master cylinder, the die wall being moved relative to the main working axis by a movement effected by a piston-cylinder arrangement controlled by the control device and so the die is removed from the compact.
  • the shaping process can take place with respect to the press by a direction of action in the direction of the extending or in the direction of the retracting piston rod of the auxiliary cylinder.
  • the valve assembly connected to the first sub-chamber has the well-known function of self-weight of, for example, the pistons of such piston-cylinder assemblies to balance the coupled matrix.
  • a pressure control value is set to the valve assembly, the is at least as high as the pressure in a recorded in the first subspace fluid, which is caused by the weight of the female mold.
  • control devices of the type described above with respect to their durability and the durability of their controlled piston-cylinder arrangement in normal normal technical design are only slightly satisfactory, since after a relatively short period of operation damage to components of the control device itself as path detection systems or piping systems, or damage to the piston-and-cylinder arrangement, e.g. B. the welds and various other mechanical damage occur.
  • the thus observed unsatisfactory service life of components of the control device and controlled by her piston-cylinder assembly has the consequence that the corresponding parts must be designed reinforced, otherwise they must be costly to repair or replaced, and possibly the press during the Repair work can not be operated, thus resulting in production losses.
  • the invention has for its object to provide a control device for a piston-cylinder assembly of the type mentioned, which on the one hand itself has an increased durability when used in a press, but also the durability increases the controlled by her piston-cylinder arrangement, thus allowing a longer life of these parts of the press.
  • This invention is based on a detailed and detailed analysis of the dynamic pressure conditions throughout the hydraulic system of the control device and the piston-cylinder assembly.
  • mechanical stalls are responsible for the unsatisfactory durability of conventional control devices, which in turn are caused by mechanical vibrational excitations of the entire hydraulic system.
  • These mechanical vibration excitations arise after a recorded in one of the subspaces of the piston-cylinder assembly-fluid has been exposed by a movement of the piston along the cylinder axis of a pressure increase, and the outflow occurs against a flow resistance. This creates a pressure peak in the hydraulic system, which counteracts the movement of the piston causing this pressure increase. This causes a vibration excitation with a correspondingly high mechanical load for the entire assembly.
  • the pressure increase generated in the fluid by the pretensioning device provides for a pressure bias in the fluid.
  • this pressure bias the natural frequency of the hydraulic axis corresponding to the piston-cylinder arrangement controlled by the control device is increased, as a result of which pressure peaks otherwise occurring without damping are strongly damped and thus can no longer lead to damage.
  • control device controlled piston-cylinder arrangement for a secondary function for molding the compact from the die is used by moving the die
  • the forces acting in the forming area when using such a press are in the size range from 4000 kN to 36000 kN. If loose bulk material in the die is compressed and brought into shape by the use of such forces, a high pressure is also exerted transversely to the main working axis on the side walls of the die because the bulk material is pressed with great forces transversely to the main working axis against the side walls of the die. Between the compact and the Matrizenwandung, even after completion of the forming process, a correspondingly high static friction. This must be during the molding of the compact from the piston-cylinder arrangement be overcome. Therefore, a high force is required at least to trigger the Matrizenterrorism.
  • the usual method for shaping the compact also takes place.
  • a pressure is built up in a (second) subspace of the cylinder, for example on the piston side, which is sufficient when a critical size is reached to allow the force required to overcome the stiction to act on the die wall via the piston-cylinder arrangement.
  • the transition from static friction to sliding friction occurs abruptly, the piston moves and the molding process of the compact is initiated.
  • the volume flow of the fluid accompanying this acceleration is usually directed to a closed valve assembly having a set pressure control value which is higher than a pressure in the fluid which would be caused only by the die own weight.
  • the axis is finally decelerated via an uncontrolled pressure buildup in the first subspace, wherein a high set pressure control value causes greater delay values than a low set pressure control value. Since the valve arrangement is only opened by the pressure pulse resulting from the acceleration during this activation, it takes place Measure not sufficiently "fast", so that the uncontrolled pressure build-up in the first compartment creates a pressure peak that can increase up to six times the actual load pressure.
  • a pressure bias in the fluid in the first subspace and thus a large natural frequency of the hydraulic axis is provided. Vibration excitation can no longer occur or is so strongly damped that the negative effects for the machine are greatly reduced.
  • Another advantage of the control device according to the invention can be achieved by the pressure increase is just generated so that the pressure in the fluid is as close to or above the pressure control value. As long as the pressure remains below the pressure control value, the valve arrangement still remains in the closed position, but only a correspondingly low further pressure increase is necessary for the opening of the valve arrangement, ie, the valve arrangement is "virtually pre-opened". If the pressure is already above the pressure control value, the valve assembly is pre-opened. Of course, in this case, the movement of the piston should be carried out before the then occurring (albeit small) outflow of the fluid, the compressive bias is reduced too much. In both cases, in particular in the second case is additionally achieved that the response time of the valve assembly is significantly reduced compared to the case without pressure bias. Thus, the outflow of fluid from the first compartment can use faster, which reduces the height of the harmful pressure peak.
  • control device Another advantage of the control device according to the invention is that the pressure bias and the (quasi) pre-opening of the valve assembly can be prepared preparatory, that is not only prepared when the pressure increase is registered in the first subspace by sensors or other mechanisms. In this way, a very straightforward and less prone mechanism is provided, which prevents the vibration excitation or at least greatly reduces the harmful effects of vibration excitation.
  • the pressure bias value is equal to the pressure control value or only slightly greater than the pressure control value, for example by 0.1% or more, preferably 0.5% or more and in particular 1% or more.
  • the pre-opening of the valve assembly can be achieved satisfactorily.
  • a satisfactory deceleration of the axis is achieved.
  • the difference of pressure bias value and pressure control value is 20% or less, preferably 10% or less, and more preferably 5% or less of the pressure control value.
  • the outflow of the fluid remains sufficiently low, and the pressure bias does not degrade too quickly.
  • the valve arrangement is constructed in at least two stages, wherein it has a main stage whose release / blocking position corresponds to the open / closed position of the valve arrangement, and which can only assume its release position if a preliminary stage, at which the pressure control value is set, is open, wherein to take the release position after opening the precursor only a small pressure compared to the pressure control value is required.
  • the main stage is simulated by the pre-opening of the precursor (the pilot valve) a load. It is achieved that when opening the precursor to the opening of the main stage no longer a force that corresponds to the set pressure control value must be spent, so that the main stage immediately after their opening allows an outflow of the fluid at high flow rate.
  • the small pressure compared to the pressure control value corresponds to a non-hydraulic closing force provided in the closing mechanism of the main stage.
  • the inventively provided precursor and main stage are so hydraulically connected to the first subspace that the pressure in the fluid on the one hand on a load side of the main stage, the pressure of the blocking of the main stage counteracts, and on the other hand on a Steverseite the main stage, the pressurization of the release counteracts the main stage, as well as applied to the pre-stage, wherein preferably the length of at least partially having a bypass line connection between the first subspace and control side is greater than the length of a connection between the first subspace and load side.
  • Bypass here means a bypass of the load side of the main stage.
  • the length of the connection is not necessarily to be understood as a spatial length, but as a measure of the time required for a pressure propagation along the connection. For example, a throttle system causes an "extension" of the connection.
  • the main stage is thus closed and, as long as no flow forces occur, i. the axis is in rest position, even with pre-opened pre-stage hydraulically pressure-balanced, but by a non-hyraulically acting closing device, such as a spring locked.
  • the spring can expediently apply a pressure-converted spring force of 0.5-20 bar, preferably 1-10 bar and in particular 3-5 bar.
  • a pressure increase in the fluid caused by the movement of the piston reaches the load side of the main stage with a time lag in front of the pre-stage and also the control side of the main stage, with the effect that the main stage opens under the effect of lower pressure at the control side than at the load side and Outflow of the fluid can take place via the main stage.
  • the inventively provided load-independently generated pressure increase of the fluid from a storage system is effected, which is coupled via a line system to the first subspace / the valve assembly.
  • the production of the compression bias can be realized very easily cycle-independent.
  • a memory system possibly already present in such control devices can be used for this additional function.
  • Another advantage of the cycle-independently produced pressure bias is that vibration excitations are not transmitted to the damping circuit of the valve assembly and the main stage so show a stable transient response. A safe braking of the movement of the piston can be ensured.
  • a throttle system / throttle systems can be provided in the line system connecting the storage system to the pilot line, the pilot line and / or in a section of the bypass between the load and control sides of the main stage.
  • the pressure conditions remain unchanged in the static state of the fluid, however, in dynamic operation Volume reductions and a "lengthening" of connection lengths (see above) can be achieved, which allow a safe outflow of the fluid as desired carried out substantially completely over the main stage.
  • the pressure increase in the fluid can be effected not only in a control position but permanently.
  • the pressure control value set on the valve arrangement can be adjustable, that is to say in particular the maximum pressure bias value can be set.
  • This can be made possible on the one hand in a structurally simple embodiment by manual adjustment.
  • it is advantageous for the bundling of the entire control if the pressure control value is proportionally controllable, and in particular by a control device is set by a predetermined control voltage, wherein the control voltage is magnetically converted to a pressure control value.
  • Proportionally controllable means that the set pressure control value is proportional to the control voltage predetermined by the control device.
  • the response time of the valve assembly after bias only less than 50 ms, preferably less than 20 ms and in particular less than 5 ms. In this way, as already explained above, in addition, the height of a developing pressure peak can be reduced.
  • control device relate to the problem which arise at the beginning of a relative movement between the piston and cylinder of the piston-cylinder arrangement, in particular when the movement takes place with the sudden overcoming of the movement counteracting holding force, such as the breakaway torque Forming process of a compact from a die.
  • Another aspect of the invention relates to the continuation of a molding process thus started.
  • a supply of the second subspace required for a hydraulically caused relative movement of the piston in the direction of the first subspace with a hydraulic fluid in a first operating mode by means of a first hydraulic fluid flow outgoing from a pumping system at least in sections via a first conduit system and in a second mode by means of a second hydraulic fluid volume flow emanating from a storage system can take place at least in sections via a second line system, and means for switching over from the first to the second mode of operation are provided.
  • the pumping system must be available only during the activation of the first mode for the relative movement.
  • the means for switching comprises means for generating an increase in the pressure prevailing in the first conduit system, means for automatically releasing a connection between the storage system and the second compartment, when the pressure prevailing in the first conduit system exceeds a predetermined threshold, in a first control and means for maintaining this connection in a second drive.
  • the pressure increase is effected by throttling the first hydraulic fluid volume flow by means of a throttle valve.
  • the throttle valve is designed proportionally controllable, which allows a simple central control.
  • the throttle valve can fulfill even more functions, eg. B. cause a general switching the direction of the relative movement.
  • a throttling of the first hydraulic volume flow also causes a braking of the relative movement, thus, the first control can be characterized as a brake control.
  • the second drive can be characterized as a positioning drive, which is selected for switching (and which can be maintained during the second mode).
  • the pressure generated by the pumping system and prevailing in the first piping system is generally lower than the pressure present in the storage system.
  • the pressure threshold at which the release to the storage system takes place automatically is advantageously determined essentially by the pressure prevailing in the storage system, but is slightly above it.
  • a pressure already existing in the arrangement can be used as an essential threshold criterion, which makes structurally particularly simple implementations of the automatic release possible.
  • a significant advantage is achieved if the control device allows a transfer of an excess portion of the first hydraulic fluid flow into the storage system, this proportion is formed when the throttling of the first hydraulic fluid flow rate occurs with unchanged maintained first hydraulic fluid vofumen.
  • the pumping system reacts slower than a throttling effected in particular by means of a throttle valve. Failure to direct the resulting excess portion of the first hydraulic fluid flow into the storage system would in turn produce deleterious pressure spikes in the first conduit system.
  • the memory system is recharged in this way.
  • a preferred realization of the means for releasing the connection to the storage system provides a connection-valve arrangement which has a storage connection valve with a first connection connected to the first line system and a second connection connected to the second line system, the respective pressurization of the closing of the memory Counteracts the release valve, wherein the release is effected via an opening of the memory Zuschaltventils effected activation of a connection between the first port and the second port.
  • the release can be effected particularly easily, namely only by (automatic) opening of the memory Zuschaltventils.
  • the accumulator-Zuschaltventil has a third port, the pressure of which opposes the opening of the memory Zuschaltventils and is determined by a coupled to the third terminal valve group having a first valve which is open in the first control and a Release connection from the third port to the second conduit system.
  • a valve group required for closing the memory Zuschaltventils pressure can be applied in a simple design.
  • the sum of the effective areas of the first terminal and the second terminal is substantially equal to the effective area of the third terminal, and a Verschraceefernent, in particular in the form of a spring provided in the memory Zuschaltventil, the closed at balanced pressure conditions closing the Memory-Zuschaltventils effected with a force to compensate for a corresponding to the effective area of the first port converted compensation pressure is needed, and in which the predetermined threshold is determined by the sum of the prevailing pressure in the storage system and the compensation pressure.
  • a memory Zuschaltventil can be easily realized by a 2/2 way valve.
  • the balanced pressure conditions mean that a hydraulically determined equilibrium of forces prevails, ie the sum of the product of the first effective area with the pressure applied there and the product of the second effective area with the pressure applied there is equal to the product of the third effective area with the pressure applied there.
  • the closing element determines the position of the storage connecting valve.
  • connection to the storage system can be maintained particularly simply by virtue of the valve group having a second valve, which relieves the third connection when the position is open in the second control and makes it possible to maintain the connection between the storage system and the second compartment, in particular after one
  • the sensor provided on the memory connection valve was registered to release this connection.
  • This complete pressure relief quickly reduces the hydraulic resistance against the opening of the accumulator valve.
  • control device further means are provided which block the release of the connection to the storage system in a third drive.
  • This is advantageous if in the first line system, a higher pressure than that prevailing in the storage system should be built up to z. B. apply the necessary pressure to overcome a movement of the piston counteracting holding force. If the connection between the memory and the second subspace were also switched on in this case, such a pressure buildup would not be possible.
  • the third control can also be characterized as Druck
  • valve group has a third valve which, in the third open position by a connection of the third port with that of the first and second conduit system selected line system in which a higher pressure prevails, the Memory Zuschaltventil is blocked in the closed position, this selection of the piping system is in particular automatically by means of a coupled to both piping systems fourth valve.
  • the fourth valve may be formed as a simple shuttle valve
  • the pumping system can in principle be switched off.
  • the pumping system is merely switched away from this connection by means of a decoupling valve, and is available for further functions, for example for controlling further piston-cylinder arrangements.
  • the invention relates not only to a control device for a piston-cylinder arrangement, but also to a method for operating a piston-cylinder arrangement, wherein such a control method can be carried out in particular by means of a control device of the type just described.
  • a relative movement between the piston and cylinder of the piston-cylinder arrangement is effected in a first method step by means of a first hydraulic fluid volume flow generated by a pump system as a hydraulic fluid supply in a positive displacement control.
  • a transition from the positive displacement control into a throttle control and thus deceleration of the relative movement is initiated, wherein an excess portion of the first hydraulic fluid volume flow formed by the transition is replaced by an automatic release of a connection between the pumping system and a storage system is passed into the storage system, and in a third method step, a maintenance of this compound causes, and the Hydraulic fluid supply for the decelerated relative movement is effected by a second hydraulic fluid volume flow via the connection from the storage system.
  • This method combines the advantages, on the one hand z. B. Acceleration and rapid traverse of the piston in the piston-cylinder assembly in the displacement control with little conversion of hydraulic pressure energy to heat to be able to perform a braking movement of the piston from the storage system, whereby the pumping system for other tasks is free. It is also advantageous that the transition of the hydraulic fluid supply from pumping system to storage system is automatically initiated and occurs without discontinuities.
  • the throttling process begins at a braking time calculated by a control device.
  • both modes can merge into each other while maintaining a particularly efficient timing.
  • the automatic release takes place via a valve-connection valve controlled by a valve group and connected to the pumping system via a first line system connected to a first connection and to the storage system via a second line system connected to a second connection.
  • Valve of the valve group is opened in a first activation, in particular by non-activation of one / of the control device and openly causes the automatic release as soon as the pressure in the first conduit system exceeds a predetermined threshold caused by the throttling.
  • the switching between the hydraulic fluid supplies is carried out in a particularly uncomplicated manner, in that only the control of the valve group by the control device is to be controlled.
  • the maintenance of the connection between the storage system and the second subspace is expediently done by a second valve of the valve group is opened in a second control in particular by driving from the control device in this third step, a third port of the memory Zuschaltventils is relieved by this opening and thus the Maintenance is effected, wherein the control is triggered by the control device by registering the release in particular by a provided on the memory Zuschaltventil sensor and forwards a corresponding signal to the control device, while the first valve, in particular by driving from the control device is closed , and the first hydraulic fluid volume flow is switched away from the connection to the second subspace.
  • the second valve so the third port of the memory-Zuschaltventils is relieved, leaving it permanently open. Therefore, the first hydraulic fluid volume flow can then be switched to another destination.
  • the switching of the first and the second valve can take place, if immediately after release a sensor registers it and forwards a corresponding signal directly to the control device.
  • the relative movement of the piston is controlled by a throttle control fed from the storage system.
  • the relative movement is expediently carried out in one or the second control by throttling the second hydraulic fluid volume flow caused by the storage system brought to a halt, assuming a desired relative movement end position between the piston and cylinder. In this way, a positioning between the piston and cylinder can be achieved exactly to 0.01 mm.
  • a preparatory method step before the first method step in which a third valve of the valve group is opened in a third control, in particular by actuation of the control device, the first valve in particular being controlled by the control device and the second valve in particular, are closed by non-driving by the control device, and the release is prevented by blocking the memory Zuschaltventil in the closed position by connecting the third port with that of the first and second conduit system selected in which a higher pressure prevails, wherein in particular, the selection of this line system is effected automatically by means of a fourth valve coupled to both line systems.
  • the third control can thus be characterized as a pressure build-up control.
  • the invention provides a control method in which a pressure increase in the fluid to a predetermined pressure bias value is generated independently of a load acting on the piston in the direction of the first subspace.
  • the pressure in a hydraulic fluid received in the second subspace and thus the load can be increased until the movement of the piston in the direction of the first subspace is triggered.
  • the movement of the piston counteracts a load whose size is not known from the outset, as in the case of the molding process of a compact from a die, the movement is only on reaching the Use breakaway torque.
  • the pressure increase in the second subspace may be slow. Among other things, it can be prevented that the pumping system applies even more extensive pumping lines that can no longer be used.
  • the further method steps described above for the method and positioning of the piston can be carried out, in particular the preparatory method step being carried out before the movement of the piston is triggered and, in particular, switched by a control device to the displacement control by means of the first hydraulic fluid volume flow as soon as possible a measuring system has registered the triggering of the movement and has forwarded a corresponding signal to the control device.
  • control method and the proposed control devices can be useful for piston-cylinder assemblies of different types of use, especially if a relative movement between the piston and cylinder only after overcoming a holding force is possible.
  • control device for a hydraulic press, in particular in use of the refractory and tile industry, wherein the controlled by the control device piston-cylinder arrangement is used in particular for the already described as an example molding process of a compact from a die.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a hydraulic press 100 in a longitudinal sectional view.
  • the hydraulic press 100 has an upper spar 101 and a lower spar 102, wherein the upper spar 101 is arranged on traverse columns 107 supporting above the lower spar 102. Attached to the lower beam 102, a solid lower punch 104 projects vertically upwards.
  • a movable upper punch 103 is arranged, which together with the lower punch 104 forms the main working axis of the hydraulic press 100 and which can move by pressing onto the lower punch 104 a loose bulk material located between lower punch 104 and upper punch 103 to form a stone (compact) 110 , Laterally, the shape of the compact of one Die 105 determined.
  • the die 105 is firmly connected to a Matrizenwandung 106 which is movably mounted along the Verfahrklalen 107.
  • Piston-cylinder arrangements 109 whose pistons 9 remove the die 106 from the compact 110 in a molding process by a downward ejection movement with a piston force F K, serve to move the die wall.
  • the piston force F K In order to be able to trigger such a movement movement, however, the piston force F K must overcome a static friction force F H between the compact 110 and the side walls of the die 106.
  • Fig. 2a shows the components of the control device in a control scheme.
  • four piston-cylinder assemblies are provided, the piston 9 fixed to the die 20 (106 in Fig. 1 ) are connected.
  • Each piston 9 divides the interior of the cylinder of its associated piston-cylinder arrangement in two subspaces, here a cylinder annular surface space 8 (first subspace), which is penetrated by the piston 9 itself, and a cylinder-piston surface space 16 (second subspace).
  • a fluid 17 located in the cylinder annular surface space 8 counteracts under pressure via a cylinder annular surface 31 as an effective surface of an extension movement of the piston 9 out of the cylinder.
  • the fluid 17 is here a suitable hydraulic fluid.
  • a hydraulic fluid arranged in the cylinder-piston surface space 16 counteracts a retraction movement of the piston 9 via a cylinder piston surface 21 as an effective surface under pressure and may possibly cause an extension movement of the piston 9.
  • a control device comprising a pumping system 15 and a storage system 6, which are coupled via a plurality of valves and piping systems to the piston-cylinder assemblies and depending on the circuit of the plurality of valves Can change pressure conditions in the cylinder annular spaces and / or the cylinder piston surface areas and, of course, can cause extension or retraction movements of the piston 9. It is provided that the control of the valves and valve arrangements described in more detail below as well as the pumping system 15 via a control device 23 electronically.
  • the pumping system 15 is via a. sudschiagvcnti) 19 "', which prevents a return of a pump system 15 emanating from the first hydraulic fluid volume flow to the pumping system 15, connected to a designed as a directional control valve decoupling 14.
  • the first hydraulic fluid flow through a further check valve 19" on the storage system 6 to be conveyed into the storage system 6.
  • Fig. 2a the decoupling valve 14 is shown switched accordingly.
  • the first hydraulic fluid flow rate can be used for a further control 22, z. B.
  • circuit of the decoupling valve 14 passes the first hydraulic fluid flow to another directional control valve, the throttle valve 12, to a connection base A (first port) of a storage Zuschaltventils 29 and to a shuttle valve 5 (fourth valve), the latter being described later.
  • the first hydraulic fluid flow on the one hand can be blocked by throttling to zero crossing, or a connection to the piston-cylinder assemblies is established. This can be done on the one hand via a further check valve 19 'and a piping system 18 to the cylinder annular surface areas 8, or in the in Fig. 2c
  • the directional control valve 12 is proportionally controllable.
  • the load compensation valve 1 As follows. At the load compensation valve 1, a pressure control value is set, and an opening of the load compensation valve 1 and thus the outflow of the fluid 17 from the cylinder annular surface spaces 8 can only take place when the pressure in the fluid 17 exceeds the set pressure control value.
  • the set pressure control value is applied to the pilot valve 4, and the pilot valve 4 opens when the pressure in a voltage applied to the pilot valve 4 pilot control line 42 exceeds the set pressure control value.
  • the pilot line 42 is in turn connected via an aperture 13 with throttle effect with the piping system 18 and thus with the cylinder annular surface spaces 8. That is, in the static state, the pressure of the fluid 17 via the pilot line 42 is also at the pilot valve 4.
  • this pressure is applied not only to one of the closing of the main stage 2 counteracting load side of the main stage 2, but also on the opening of the main stage 2 counteracting control side of the main stage 2.
  • the pilot valve 4 itself is a known directly proportional controlled pressure relief valve, wherein the closing mechanism is magnetic and is controlled in proportion to a predetermined by the control device 23 control voltage.
  • the biasing device comprises in this embodiment, the storage system 6, the (second) line system 7 with a portion 62 and orifices 3.
  • the compressive bias in the cylinder in the Ring lake linen 8 and the pipe system 18 received fluid 17 takes place from the storage system 6 along in Fig. 2b illustrated arrows a - I.
  • the first line system 28 has a connection to both the storage connection valve 29 and the shuttle valve 5.
  • the memory system 6 is, as in the Figures 2 and in particular 3 can be seen, connected via the second conduit system 7 to an annular surface B of the storage Zuschaltventils 29.
  • the memory Zuschaltventil 29 itself is a 2/2 way installation valve, in which the effective area of the connection to the base A of the so-called 100% effective area corresponds to Effective area of the connection to the annular surface B corresponds to the so-called 50% effective area, and the effective area of the further contained connection to the control surface C corresponds to the so-called 150% effective area.
  • open-close valve 25 means that the valve is open in the basic circuit, that is to say not activated, and is closed when actuated by the control device 23. Intermediate positions are not provided. Accordingly, the open-close valves 24 and 26 are opened by driving the control device 23, while they are closed in the basic position.
  • Each of the valves 24, 25 and 26 opens open a connection to the control surface C of the memory Zuschaltventils 29 ago. When the valve 25 is open, this connection couples to the second line system 7 and thus to the pressure in the storage system 6.
  • connection established by the open valve 24 couples to a tank, thus completely relieving the control surface C of the store connection valve 29.
  • the connection through the open valve 26 is coupled to the shuttle valve 5. This is designed so that it couples the control surface C of the memory Zuschaltventils 29 to the first conduit system 28 when the pressure in the first conduit system 28 is greater than the pressure in the second conduit system. 7 and conversely, the control surface C couples to the second conduit system 7 when the pressure in the second conduit system 7 is greater than the pressure in the first conduit system 28.
  • valves 24, 25, 26 are open, while the other two are closed.
  • a brake control first activation
  • the valve 25 is opened while the valves 24 and 26 are closed.
  • This control corresponds to the basic circuit of the three valves 24, 25 and 26, since none of them is controlled by the control device 23.
  • second control the valve 24 is activated and opened, while the valve 25 controlled and closed and the valve 26 is not activated and closed.
  • a pressure build-up control third control
  • the valve 26 is activated and opened, while the valve 24 is not activated and closed and the valve 25 is activated and closed.
  • the memory connection valve 29 is always closed.
  • a sensor 30 is provided on the memory Zuschaltventil 29, which communicates to the control device 23, whether the memory Zuschaltventil 29 is opened or closed.
  • the sensor 30 directly signals the control device 23 when the memory connection valve 29 opens in the brake control.
  • Wegmeßsystem 27 signals the position of the die 20 and thus also the position of the piston 9 relative to the piston-cylinder assemblies to the controller 23.
  • the position measuring system 27 directly signals the control device 23 when, during the molding process, the movement of the die 20 or the piston 9 abruptly begins after overcoming the static friction between the compact and the die 20.
  • a coupled to the piping system 18 pressure relief valve is provided, the z. B. in emergencies for a pressure relief of the fluid 17, as well as another provided via a check valve 19 to the supply line to the cylinder piston surface spaces 16 coupled tank from which the cylinder piston surface spaces 16 may possibly absorb by suction hydraulic fluid, thus itself can not form a vacuum in the cylinder-piston surface spaces 16 in an extension movement of the piston 9.
  • the pressure bias is generated in the fluid 17 in the cylinder annular surface spaces 8 and the piping system 18 by pressure increase from the storage system 6. This is indicated by the arrows a - I in Fig. 2b shown.
  • the pressure in the fluid 17 is thus brought to a predetermined pressure bias value which is set equal to the pressure control value set on the pilot valve 4 so that the pilot valve 4 is opened when the pressure bias is generated, but the main stage of the load compensation valve 1 is still closed remains, but "quasi-pre-opened", since the opening is now effected by only a relatively small additional pressure increase (corresponding to the converted 4 bar spring force) in the fluid 17.
  • the 2/2 way valve 12 already on the in Fig.
  • the die 20 should be moved into a removal position. This initially takes place in a displacement control by means of the first hydraulic fluid volume flow starting from the pumping system 15.
  • the pumping power of the pumping system 15 is thereby switched by the control device 23 to a power value which can be carried out via a corresponding first hydraulic fluid volume flow, the movement of the die 20 in accordance with a speed value calculated by the control device 23.
  • the pressure in the first line system (28) is lower than the pressure in the storage system 6.
  • the movement could now be brought to an end by reducing the first hydraulic fluid volume flow on the pump system side. According to the invention, however, a different continuation of the movement is provided.
  • the valve group is controlled in the brake control, so that the in Fig. 3b shown pressure situation at the memory Zuschaltventil 29 results.
  • base area A of the storage connection valve 29 is connected to the first line system 28 and ring area B to the second line system 7, here represented by the arrows a, b and c to e.
  • the control surface C is also connected to the second conduit system 7 as indicated by arrows c, d, e ', f to h in FIG Fig. 3b shown.
  • the memory Zuschaltventil 29 is closed, but can be opened as soon as the pressure in the first conduit system 28 increases to the pressure in the storage system 6 plus the 4 bar in this embodiment to overcome the spring force.
  • the control device 23 controls the 2/2 way valve 12 so that the first hydraulic fluid volume flow is throttled. There is the transition from the displacement control in a throttle control, and the Matrizenterrorism is decelerated accordingly. In this case, the first hydraulic fluid volume flow starting from the pumping system 15 remains adjusted to the same value. By throttling with constant pumping power, the pressure in the firstöns'28 increases. If the pressure in the first line system 28 reaches the pressure threshold just mentioned, the memory connection valve 29 opens, and the result is the in Fig. 3c illustrated situation.
  • this labile state of equilibrium of the storage connection valve 29 is now terminated, and provision is made for a hydraulic fluid supply of the movement movement from the storage system 6.
  • the sensor 30 directly registers the opening of the accumulator-connecting valve 29 and signals this information to the controller 23.
  • the controller 23 controls the valve group in the positioning drive.
  • the resulting situation is in Fig. 3d shown.
  • the valve 25 By closing the valve 25, the connection of the control surface C to the storage system 6 and the first conduit system 28 is capped.
  • the control surface C is relieved to the tank, as indicated by the arrows a to e in Fig. 3d displayed.
  • a VJUetzaufwalement of the die 20 to a level for a further cycle can then be carried out analogous to the corresponding phase of the molding process, of course, the 2/2 way valve is switched for the upward movement in a straight position.
  • This is again the acceleration and Rapid traverse of the die 20 in one of the pumping system 15 supplied Verdränger facedung, the transition of Verdränger facedung in a throttle control with subsequent switching of the hydraulic fluid supply, which in turn takes place for positioning from the storage system 6.
  • the overall sequence controlling control device 23 is an electronic control which is designed so that they can not only cause the same time sequence of the functional sequences with the same traversing speeds and travel paths, but rather the temporal sequence of the functional sequences can vary in which Traversing speeds and travel paths or the braking time can be switched from cycle to cycle differently. These traversing speeds, travels and the braking time can be calculated on the one hand by the electronic controller 23, on the other hand is also thought of the possibility that they can be entered manually.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Zylinder und einen zumindest teilweise in dem Zylinder aufgenommenen und den Zylinderinnenraum längs der Zylinderachse in zwei Teilräume unterteilenden Kolben aufweist, mit einer mit einem ersten Teilraum verbundenen Ventilanordnung, die eine ein Ausströmen eines in dem ersten Teilraum aufgenommenen Fluids aus diesem Teilraum verhindernde Schließstellung einnimmt, wenn der Druck in dem Fluid kleiner als ein an der Ventilanordnung eingestellter Druckkontrollwert ist, und die in eine dieses Ausströmen ermöglichende Öffnungsstellung öffnet, wenn der Druck in dem Fluid größer als der eingestellte Druckkontrollwert ist, und ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kolben-Zylinder-Anordnung zum Ausführen einer Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder, sowie die Verwendung einer solchen Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung einer hydraulischen Presse.
  • Steuervorrichtungen dieser Art für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, Wie EP 0 661 125 A1 , sind beispielsweise aus dem Gebiet der Pressen bekannt. Dabei ist der Begriff Presse in diesem Zusammenhang als ein Sammelbegriff für unterschiedlich arbeitende hydraulische Pressen zu verstehen, mittels derer durch hydraulische Kraftaufbringung Produkte verschiedenster Art bearbeitet, insbesondere umgeformt oder hergestellt werden können. Beispiele für solche Pressen sind hydraulische Stanzpressen, Schlagscheren, Pressen für die Feuerfest- und Fliesenindustrie, Pressen zur Herstellung von Salzprodukten, Produkten aus Kalksandstein, Fliesen usw. Die Formgebung der Produkte kann dabei derart erfolgen, dass zwei Pressstempel, von denen mindestens eine längs einer Hauptachse der Presse beweglich ist, relativ zueinander bewegt werden und somit den Umformvorgang bewirken. Bei einer Presse im Einsatzgebiet der Feuerfestindustrie wird beispielsweise loses Schüttgut durch die Relativbewegung der Pressstempel in einer Matrize verdichtet, welche zumindest zum Teil die Form des durch den Pressvorgang hergestellten Presslings bestimmt. Im Gegensatz zu einem Stanzpress- oder Schlagschervorgang, dessen Beendigung durch den vollzogenen Stanz-Schritt oder Abschervorgang gegeben ist, wird der Formgebungsvorgang der eben beschriebenen Presse der Feuerfestindustrie abgeschaltet, wenn entweder ein bestimmter Weg von den Pressstempeln zurückgelegt wurde, ein bestimmter Druck in den Hauptzylindern erreicht wird oder auch, wenn diese beiden Kriterien in einem definierten Toleranzbereich liegen.
  • Dabei werden Kolben-Zylinder-Anordnungen, die von einer Steuervorrichtung der eingangs genannten Art gesteuert werden, nicht nur für die Hauptzylinder oder Haupt-Pressstempel eingesetzt, sondern auch für Nebenfunktionen, die ebenfalls mit Hilfe von der Steuervorrichtung gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgeführt werden. Eine solche Nebenfunktion ist beispielsweise das Verfahren einer Matrizenwandung einer Matrize einer eben vorgestellten Presse aus dem Einsatzgebiet der Feuerfestindustrie nach Abschluss des Pressvorgangs. Es handelt sich dabei um das sogenannte Ausformen des Presslings aus der Matrize, wobei sich der Pressling gegen einen feststehenden Stempel oder einen Hauptzylinder abstützt, die Matrizenwandung durch eine von einem von der Steuervorrichtung gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnung bewirkten Bewegung relativ zu der Hauptarbeitsachse verfahren wird und so die Matrize von dem Pressling entfernt wird.
  • Der Ausformvorgang kann dabei, je nach Anordnung der von der Steuervorrichtung gesteuerten Nebenzylinder bezüglich der Presse, durch eine Wirkrichtung in Richtung der ausfahrenden oder in Richtung der einfahrenden Kolbenstange des Nebenzylinders erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, bei festgehaltener Matrizenwandung den Pressling durch eine Bewegung eines von der Steuervorrichtung gesteuerten Hauptzylinders auszuformen.
  • Betrachtet man die Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung im Hinblick auf das eben beschriebene Ausformen eines Presslings aus einer Matrize, so hat die mit dem ersten Teilraum verbundene Ventilanordnung die bekannte Funktion, das Eigengewicht der beispielsweise an die Kolben solcher Kolben-Zylinder-Anordnungen gekoppelten Matrize auszugleichen. Dazu ist an der Ventilanordnung ein Druckkontrollwert eingestellt, der mindestens so hoch ist wie der Druck in einem im ersten Teilraum aufgenommenen Fluid, der durch das Eigengewicht der Matrize hervorgerufen wird. Demnach ist (ohne weitere angelegte Drücke) die Schließbedingung erfüllt, das Fluid kann nicht aus dem ersten Teilraum ausströmen und die Matrize ist folglich in einer vorgegebenen Position gehalten, da das Eigengewicht durch den Fluiddruck ausgeglichen wird.
  • Es hat sich allerdings herausgestellt, dass Steuervorrichtungen der eingangs beschriebenen Art bezüglich ihrer Dauerhaftigkeit und der Dauerhaftigkeit der von ihr gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnung bei normal üblicher technischer Auslegung nur wenig zufriedenstellend sind, da nach relativ kurzer Betriebszeit Schäden an Bauteilen der Steuervorrichtung selbst wie Wegerfassungssystemen oder Leitungssystemen, oder Schäden an der Kolben-Zylinder-Anordnung, z. B. den Schweißnähten sowie diverse weitere mechanische Schädigungen auftreten. Die so beobachtete wenig zufriedenstellende Lebensdauer von Bauteilen der Steuervorrichtung und der von ihr gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnung hat zur Folge, dass die entsprechenden Teile verstärkt ausgelegt werden müssen, da sie sonst kostspielig repariert oder ausgetauscht werden müssen, und ggf. die Presse während der Reparaturarbeiten nicht betrieben werden kann, somit also Produktionsausfälle entstehen.
  • Es ist versucht worden, dieses Problem dadurch zu beheben, dass in Leitungssystemen der Steuervorrichtung Dämpfer wie etwa hydropneumatische Schockabsorber eingebaut worden sind. Solche Maßnahmen hatten allerdings nicht den gewünschten Erfolg.
  • Angesichts dieses oben beschriebenen, im Stand der Technik bestehenden Problems liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei Einsatz in einer Presse einerseits selbst eine erhöhte Dauerhaftigkeit aufweist, aber auch die Dauerhaftigkeit der von ihr gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnung erhöht und somit eine längere Lebensdauer dieser Teile der Presse ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird überraschend einfach gelöst durch eine an die Ventilanordnung und den ersten Teilraum gekoppelte und der Vorbereitung der Dämpfung einer durch eine von einer auf den Kolben in Richtung des ersten Teilraums wirkenden Last verursachten Bewegung des Kolbens ausgelösten Druckbelastung in dem Fluid dienenden Vorspanneinrichtung, mittels der unabhängig von der Last eine Druckerhöhung in dem Fluid auf einen vorbestimmten Druckvorspannwert erzeugbar ist.
  • Dieser Erfindung liegt eine genaue und ausführliche Analyse der dynamischen Druckverhältnisse im gesamten hydraulischen System der Steuervorrichtung und der Kolben-Zylinder-Anordnung zugrunde. Als Ergebnis dieser Analyse ist erkannt worden, dass mechanische Beiastungen für die wenig zufriedenstellende Dauerhaftigkeit herkömmlicher Steuervorrichtungen verantwortlich sind, welche wiederum durch mechanische Schwingungsanregungen des gesamten hydraulischen Systems verursacht werden. Diese mechanischen Schwingungsanregungen entstehen, nachdem ein in einem der Teilräume der Kolben-Zylinder-Anordnung aufgenommenes-Fluid durch eine Bewegung des Kolbens längs der Zylinderachse einer Druckerhöhung ausgesetzt worden ist, und dessen Ausströmen gegen einen Strömungswiderstand erfolgt. Dadurch entsteht eine Druckspitze in dem hydraulischen System, welche der diese Druckerhöhung bewirkenden Bewegung des Kolbens entgegengesetzt wirkt Das bedingt eine Schwingungsanregung mit einer entsprechend hohen mechanischen Belastung für die gesamte Anordnung.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung sorgt dagegen die von der Vorspanneinrichtung erzeugte Druckerhöhung in dem Fluid für eine Druckvorspannung in dem Fluid. Diese Druckvorspannung hat zur Folge, dass die Eigenfrequenz der der von der Steuervorrichtung gesteuerten Kolben-Zylinder-Anordnung entsprechenden hydraulischen Achse erhöht ist, wodurch ansonsten ungedämpft auftretende Druckspitzen stark gedämpft werden und somit nicht mehr zu Beschädigungen führen können.
  • Zur weiteren Verdeutlichung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung wird das oben betrachtete Beispiel einer Presse im Einsatzgebiet der Feuerfestindustrie wieder aufgegriffen, und obige Analyse anhand dieses Beispiels erläutert. Bei diesem Beispiel wird die von der Steuervorrichtung gesteuerte Kolben-Zylinder-Anordnung für eine Nebenfunktion zum Ausformen des Presslings aus der Matrize durch Verfahren der Matrize eingesetzt
  • Zunächst ist zu betrachten, dass die Kräfte, welche beim Einsatz einer solchen Presse im Formgebungsbereich wirken, im Größenbereich von 4000 kN bis 36000 kN liegen. Wird loses Schüttgut in der Matrize durch den Einsatz solcher Kräfte verdichtet und in Form gebracht, entsteht auch quer zur Haupt-Arbeitsachse ein hoher Druck auf die Seitenwände der Matrize, weil das Schüttgut mit großen Kräften quer zur Hauptarbeitsachse gegen die Seitenwände der Matrize gepresst wird. Zwischen dem Pressling und der Matrizenwandung besteht, auch nach Beendigung des Umformvorgangs, eine entsprechend hohe Haftreibung. Diese muss beim Ausformen des Presslings von der Kolben-Zylinder-Anordnung überwunden werden. Daher ist zumindest zur Auslösung der Matrizenbewegung eine hohe Kraft erforderlich.
  • Die genaue Höhe der zum Überwinden der Haftreibung benötigten Kraft ist allerdings nicht genau berechenbar, da sie von sehr vielen Parametern abhängt, beispielsweise von dem verpreßten Material, von der Anzahl der Kavitäten in der Matrize, von der Presskraft, von den Abmessungen des Presslings (der Oberfläche, welche mit der Matrizenwandung in Berührung steht) usw.
  • Entsprechend dieser zum Ausformen benötigten unbekannten Kraft erfolgt auch das übliche Verfahren zum Ausformen des Presslings. Dazu wird in einem (zweiten) Teilraum des Zylinders, beispielsweise kolbenseitig, relativ langsam ein Druck aufgebaut, der beim Erreichen einer kritischen Größe ausreichend ist, die zum Überwinden der Haftreibung benötigte Kraft über die Kolben-Zylinder-Anordnung auf die Matrizenwandung wirken zu lassen. Mit Überwindung der Haftreibung erfolgt schlagartig der Übergang von der Haftreibung zur Gleitreibung, der Kolben bewegt sich und der Ausformvorgang des Presslings wird eingeleitet.
  • Durch die einsetzende Bewegung des Kolbens wird allerdings eine schlagartige Druckerhöhung in dem anderen (ersten) Teilraum, genauer gesagt in dem dort aufgenommenen Fluid bewirkt. Der Grund für diese schlagartige Druckerhöhung ist, dass sich während des Druckaufbaus auf der Kolbenseite bzw. in dem auf der Kolbenseite aufgenommenen Fluid in dem unter Druck stehenden Volumen des Zylinderraums auf der Kolbenseite eine definiertes Kompressionsvolumen gebildet hat. Die in sehr kurzer Zeit (20 ms) erfolgende Entspannung dieses Kompressionsvolumens sorgt für eine Bewegung des Kolbens in Richtung des ersten Teilraums, welche dort die schlagartige Druckerhöhung bewirkt. Infolge der schlagartigen Druckerhöhung wird die Achse, d. h. das Fluid in dem ersten Teilraum sehr stark in Richtung der Bewegung beschleunigt. Dabei können sich rechnerisch Beschleunigungswerte von mehr als 10 g ergeben. Der mit dieser Beschleunigung einhergehende Volumenstrom des Fluids wird üblicherweise auf eine geschlossene Ventilanordnung mit einem eingestellten Druckkontrollwert geleitet, der höher ist als ein Druck in dem Fluid, der lediglich durch das Matrizeneigengewicht hervorgerufen werden würde. Entsprechend dem eingestellten Druckkontrollwert wird die Achse schließlich über einen unkontrollierten Druckaufbau in dem ersten Teilraum abgebremst, wobei ein hoher eingestellter Druckkontrollwert größere Verzögerungswerte bewirkt als ein niedrig eingestellter Druckkontrollwert. Da bei dieser Ansteuerung die Ventilanordnung erst durch den durch die Beschleunigung entstehenden Druckimpuls geöffnet wird, erfolgt diese Maßnahme nicht ausreichend "schnell", so dass durch den unkontrollierten Druckaufbau in dem ersten Teilraum eine Druckspitze entsteht, die bis zu dem sechsfachen Wert des eigentlichen Lastdrucks ansteigen kann.
  • Bei herkömmlichen Steuervorrichtungen für die Kolben-Zylinder-Anordnung ist die Eigenfrequenz der Achse klein, und die Dämpfung der Druckspitze entsprechend schwach, so dass eine Schwingungsanregung mit den angesprochenen negativen Auswirkungen für die Maschine entstehen kann.
  • Bei einer Steuervorrichtung gemäß dieser Erfindung ist dagegen eine Druckvorspannung in dem Fluid in dem ersten Teilraum, und somit eine große Eigenfrequenz der hydraulischen Achse vorgesehen. Eine Schwingungsanregung kann nicht mehr entstehen, oder ist derart stark gedämpft, dass die negativen Auswirkungen für die Maschine stark verringert sind.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung kann erreicht werden, indem die Druckerhöhung gerade so erzeugt wird, dass der Druck in dem Fluid möglichst nahe an oder über dem Druckkontrollwert liegt. Solange der Druck unter dem Druckkontrollwert bleibt, verbleibt die Ventilanordnung noch in Schließstellung, aber für die Öffnung der Ventilanordnung ist nur noch eine entsprechend geringe weitere Druckerhöhung nötig, die Ventilanordnung ist also "quasi vorgeöffnet". Wenn der Druck bereits über dem Druckkontrollwert liegt, ist die Ventilanordnung vorgeöffnet. Natürlich sollte in diesem Fall die Bewegung des Kolbens erfolgen, bevor durch das dann erfolgende (wenn auch geringe) Ausströmen des Fluids die Druckvorspannung zu stark abgebaut ist. In beiden Fällen, insbesondere im zweiten Fall wird zusätzlich erreicht, dass die Ansprechzeit der Ventilanordnung gegenüber dem Fall ohne Druckvorspannung deutlich verringert wird. Damit kann das Ausströmen des Fluids aus dem ersten Teilraum schneller einsetzen, was die Höhe der schädlichen Druckspitze reduziert.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist, dass die Druckvorspannung sowie die (quasi) Voröffnung der Ventilanordnung vorbereitend hergestellt werden kann, also nicht erst hergestellt wird, wenn durch Sensoren oder andere Mechanismen die Druckerhöhung in dem ersten Teilraum registriert wird. Auf diese Weise ist ein sehr unkomplizierter und wenig anfälliger Mechanismus gegeben, der die Schwingungsanregung verhindert oder zumindest die schädlichen Wirkungen der Schwingungsanregung stark reduziert.
  • Vorteilhaft ist der Druckvorspannwert gleich dem Druckkontrollwert oder nur geringfügig größer als der Druckkontrollwert, etwa um 0,1 % oder mehr, bevorzugt 0,5% oder mehr und insbesondere 1 % oder mehr. So kann die Voröffnung der Ventilanordnung zufriedenstellend erreicht werden. Auch wird mit solchen Vorspannwerten eine zufriedenstellende Verzögerung der Achse erreicht. Zweckmäßig beträgt die Differenz aus Druckvorspannwert und Druckkontrollwert 20% oder weniger, bevorzugt 10% oder weniger und insbesondere 5% oder weniger des Druckkontrollwerts. So bleibt der Ausströmfluss des Fluids ausreichend gering, und die Druckvorspannung baut sich nicht zu schnell ab.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilanordnung mindestens zweistufig aufgebaut, wobei sie eine Hauptstufe aufweist, deren Freigabe-/Sperrstellung der Öffnungs-/Schließstellung der Ventilanordnung entspricht, und die ihre Freigabestellung nur einnehmen kann, wenn eine Vorstufe, an der der Druckkontrollwert eingestellt ist, geöffnet ist, wobei zur Einnahme der Freigabestellung nach Öffnung der Vorstufe nur eine im Vergleich zu dem Druckkontrollwert kleiner Druck erforderlich ist. Durch den Einsatz der beschriebenen zweistufigen Ventilanordnung wird der Hauptstufe durch die Voröffnung der Vorstufe (des Pilotventils) eine Last simuliert. Es wird erreicht, dass bei Öffnung der Vorstufe zur Öffnung der Hauptstufe nicht mehr eine Kraft, die dem eingestellten Druckkontrollwert entspricht, aufgewendet werden muss, so dass die Hauptstufe unmittelbar nach ihrem Öffnen gleich ein Ausströmen des Fluids mit großem Volumenstrom ermöglicht. Der im Vergleich zu dem Druckkontrollwert kleine Druck entspricht einer in dem Schließmechanismus der Hauptstufe vorgesehen nicht-hydraulischen Verschließkraft.
  • Zweckmäßig sind dabei die erfindungsgemäß vorgesehene Vorstufe und Hauptstufe derart mit dem ersten Teilraum hydraulisch verbunden, dass der Druck in dem Fluid einerseits an einer Lastseite der Hauptstufe, deren Druckbeaufschlagung der Sperrung der Hauptstufe entgegenwirkt, und andererseits an einer Steverseite der Hauptstufe, deren Druckbeaufschlagung der Freigabe der Hauptstufe entgegenwirkt, sowie an der Vorstufe anliegt, wobei vorzugsweise die Länge einer zumindest abschnittsweise eine Umgehungsleitung aufweisenden Verbindung zwischen erstem Teilraum und Steuerseite größer ist als die Länge einer Verbindung zwischen erstem Teilraum und Lastseite. Umgehungsleitung meint hier eine Umgehung der Lastseite der Hauptstufe. Die Länge der Verbindung ist hier nicht zwangsläufig als räumliche Länge, sondern als Maß für die Zeit zu verstehen, die für eine Druckausbreitung entlang der Verbindung benötigt wird. So bewirkt beispielsweise ein Drosselsystem eine "Verlängerung" der Verbindung.
  • Die Hauptstufe ist damit bei geschlossener und, solange keine Strömungskräfte auftreten, d.h. die Achse in Ruheläge ist, auch bei vorgeöffneter Vorstufe hydraulisch druckausgeglichen, wird aber durch eine nicht-hydrauiisch wirkende Verschließeinrichtung, beispielsweise eine Feder, gesperrt. Die Feder kann dabei zweckmäßig eine in Druck umgerechnete Federkraft von 0,5-20 bar, vorzugsweise 1-10 bar und insbesondere 3-5 bar aufbringen. Eine von der Bewegung des Kolbens bewirkte Druckerhöhung in dem Fluid erreicht die Lastseite der Hauptstufe zeitversetzt vor der Vorstufe und auch vor der Steuerseite der Hauptstufe, mit der Auswirkung, dass die Hauptstufe unter Wirkung des geringeren Drucks an der Steuerseite als an der Lastseite öffnet und das Ausströmen des Fluids über die Hauptstufe erfolgen kann. Vorteilhaft entsteht auf diese Weise (wenn überhaupt) nur ein minimaler zeitlicher Versatz durch das Öffnen der Vorstufe und das anschließende volle Öffnen der Hauptstufe. Sobald der Druck in dem Fluid durch das Ausströmen des Fluids unter den Druckkontrollwert sinkt, schließt die Hauptstufe mittels der Verschließeinrichtung.
  • Zweckmäßig wird die erfindungsgemäß vorgesehene lastunabhängig erzeugte Druckerhöhung des Fluids aus einem Speichersystem bewirkt, das über ein Leitungssystem an den ersten Teilraum/die Ventilanordnung gekoppelt ist. So kann die Herstellung der Druckvorspannung zyklusunabhängig besonders einfach realisiert werden. Dabei kann ein in solchen Steuervorrichtungen eventuell bereits vorhandenes Speichersystem für diese weitere Funktion genutzt werden. Ein weiterer Vorteil der zyklusunabhängig hergestellten Druckvorspannung liegt darin, dass Schwingungsanregungen nicht auf den Dämpfungskreis der Ventilanordnung übertragen werden und die Hauptstufe so ein stabiles Einschwingverhalten zeigen. Ein sicheres Abbremsen der Bewegung des Kolbens kann so gewährleistet werden.
  • Die Kopplung des Speichersystems an die Ventilanordnung über das entsprechende Leitungssystem erfolgt zweckmäßigerweise direkt an eine Vorsteuerleitung zwischen Steuerseite der Hauptstufe und Vorstufe. So können unerwünschte Rückwirkungen von Druckerhöhungen im ersten Teilraum auf das Speichersystem selbst stark vermindert werden.
  • Weiter kann/können in dem das Speichersystem mit der Vorsteuerleitung verbindenden Leitungssystem, der Vorsteuerleitung und/oder in einem Abschnitt der Umgehungsleitung zwischen Last- und Steuerseite der Hauptstufe ein Drosselsystem/Drosselsysteme vorgesehen sein. Damit bleiben im statischen Zustand des Fluids die Druckverhältnisse ungeändert, allerdings können im dynamischen Betrieb Volumenstromverminderungen und eine "Verlängerung" von Verbindungslängen (siehe oben) erreicht werden, die ein sicheres Ausströmen des Fluids wie gewünscht im wesentlichen vollständig über die Hauptstufe erfolgen lassen.
  • In einer besonders einfachen Auslegung der Steuervorrichtung kann die Druckerhöhung in dem Fluid nicht nur in einer Steuerstellung, sondern dauerhaft bewirkt sein.
  • Bevorzugt kann der an der Ventilanordnung eingestellte Druckkontrollwert einstellbar sein, also insbesondere der maximale Druckvorspannwert einstellbar sein. Dies kann einerseits in einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung durch manuelle Einstellung ermöglicht sein. Andererseits ist es für die Bündelung der gesamten Steuerung vorteilhafter, wenn der Druckkontrollwert proportional steuerbar ist, und insbesondere von einer Steuereinrichtung durch eine vorgegebene Steuerspannung eingestellt wird, wobei die Steuerspannung magnetisch auf einen Druckkontrollwert umgesetzt wird. Proportional steuerbar heißt dabei, dass der eingestellte Druckkontrollwert proportional der von der Steuereinrichtung vorgegebenen Steuerspannung ist.
  • Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung beträgt die Ansprechzeit der Ventilanordnung nach Vorspannung nur noch weniger als 50 ms, bevorzugt weniger als 20 ms und insbesondere weniger als 5 ms. Auf diese Weise kann, wie oben bereits erläutert, zusätzlich die Höhe einer sich entwickelnden Druckspitze vermindert werden.
  • Die bisher vorgestellten Merkmale der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung betreffen die Problematik, welche sich bei Beginn einer Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnung ergeben, insbesondere wenn die Bewegung mit der schlagartigen Überwindung einer der die Bewegung entgegenwirkenden Haltekraft erfolgt, wie beispielsweise dem Losbrechmoment beim Ausformvorgang eines Presslings aus einer Matrize. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Weiterführung eines so begonnenen Ausformvorgangs.
  • Dazu ist vorteilhaft vorgesehen, dass eine für eine hydraulisch bewirkte Relativbewegung des Kolbens in Richtung des ersten Teilraums benötigte Versorgung des zweiten Teilraums mit einem Hydraulikfluid in einer ersten Betriebsart mittels eines von einem Pumpsystem ausgehenden ersten Hydraulikfluidvolumenstroms zumindest abschnittsweise über ein erstes Leitungssystem und in einer zweiten Betriebsart mittels eines von einem Speichersystem ausgehenden zweiten Hydraulikfluidvolumenstroms zumindest abschnittsweise über ein zweites Leitungssystem erfolgen kann, sowie Mittel zum Umschalten von der ersten zur zweiten Betriebsart vorgesehen sind. So muß das Pumpsystem nur während der Aktivierung der ersten Betriebsart für die Relativbewegung zur Verfügung stehen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum Umschalten Mittel zur Erzeugung einer Erhöhung des in dem ersten Leitungssystem herrschenden Drucks, Mittel zur automatischen Freigabe einer Verbindung zwischen dem Speichersystem und dem zweiten Teilraum, wenn der in dem ersten Leitungssystem herrschende Druck eine vorgegebene Schwelle überschreitet, in einer ersten Ansteuerung sowie Mittel zur Aufrechterhaltung dieser Verbindung in einer zweiten Ansteuerung aufweisen. So werden durch die automatische Freigabe der Verbindung zwischen Speichersystem und zweitem Teilraum ohne weitere benötigte Sensoren oder Steuerbefehle beim Wechsel der Druckquelle, aus der der Hydraulikfluidversorgung gespeist wird, keine Unstetigkeiten verursacht, und ein zufrieden stellender Übergang zwischen den beiden Betriebsarten eingeleitet.
  • Bevorzugt wird die Druckerhöhung durch Drosselung des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms mittels eines Drosselventils bewirkt. So kann der Übergang von einer Verdrängersteuerung in eine reine Drosselsteuerung ohne Einbuße von dynamischen Kennwerten erfolgen. Zweckmäßig ist das Drosselventil proportional steuerbar ausgelegt, was eine einfache zentrale Steuerung ermöglicht. Auch kann das Drosselventil noch weitere Funktionen erfüllen, z. B. ein generelles Umschalten der Richtung der Relativbewegung bewirken. Eine Drosselung des ersten Hydraulikvolumenstroms bewirkt aber auch ein Abbremsen der Relativbewegung,somit kann die erste Ansteuerung als eine Bremsansteuerung charakterisiert werden. Dagegen lässt sich die zweite Ansteuerung als Positionieransteuerung charakterisieren, die zum Umschalten gewählt wird (und die während der zweiten Betriebsart beibehalten werden kann).
  • Während der Verdrängersteuerung aus dem Pumpsystem ist der vom Pumpsystem erzeugte und im ersten Leitungssystem herrschende Druck grundsätzlich niedriger als der im Speichersystem vorhandene Druck. Die Druckschwelle, bei der die Freigabe zum Speichersystem automatisch erfolgt, ist dabei vorteilhaft im wesentlichen durch den im Speichersystem herrschenden Druck bestimmt, liegt aber geringfügig darüber. So kann ein bereits in der Anordnung vorhandener Druck als wesentliches Schwellenkriterium genutzt werden, was baulich besonders einfache Realisierungen der automatischen Freigabe ermöglicht.
  • Ein bedeutender Vorteil wird erzielt, wenn die Steuervorrichtung ein Überleiten eines überschüssigen Anteils des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms in das Speichersystem ermöglicht, wobei dieser Anteil entsteht, wenn bei unverändert beibehaltenen ersten Hydraulikfluidvofumenstroms die Drosselung des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms erfolgt. Das Pumpsystem reagiert nämlich langsamer als eine insbesondere mittels eines Drosselventils bewirkte Drosselung erfolgt. Könnte man den sich daraus ergebenden überschüssigen Anteil des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms nicht in das Speichersystem leiten, würden wiederum schädliche Druckspitzen im ersten Leitungssystem erzeugt werden. Zusätzlich wird auf diese Weise das Speichersystem nachgeladen.
  • Eine bevorzugte Realisierung der Mittel zur Freigabe der Verbindung zum Speichersystem sieht eine Zuschalt-Ventilanordnung vor, welche ein Speicher-Zuschaltventil mit einem mit dem ersten Leitungssystem verbundenen ersten Anschluss und einem mit dem zweiten Leitungssystem verbundenen zweiten Anschluss aufweist, deren jeweilige Druckbeaufschlagung dem Schließen des Speicher-Zuschaltventils entgegenwirkt, wobei die Freigabe über eine durch Öffnung des Speicher-Zuschaltventils bewirkte Freischaltung einer Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss erfolgt. Auf diese Weise kann die Freigabe besonders einfach bewirkt werden, nämlich nur durch (automatische) Öffnung des Speicher-Zuschaltventils.
  • Weiter ist vorgesehen, dass das Speicher-Zuschaltventil einen dritten Anschluss aufweist, dessen Druckbeaufschlagung der Öffnung des Speicher-Zuschaltventils entgegenwirkt und von einer an den dritten Anschluss gekoppelten Ventilgruppe bestimmt ist, welche ein erstes Ventil aufweist, das in der ersten Ansteuerung geöffnet ist und eine Verbindung von dem dritten Anschluss zu dem zweiten Leitungssystem freigibt. Über eine solche Ventilgruppe kann ein zum Schliessen des Speicher-Zuschaltventils erforderliche Druck in einfacher Bauweise aufgebracht werden.
  • In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung ist bei dem Speicher-Zuschaltventil die Summe der Wirkflächen des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses im wesentlichen gleich der Wirkfläche des dritten Anschlusses, und ein Verschließefernent, insbesondere in Form einer Feder, vorgesehen, das bei ausgeglichenen Druckverhältnissen das Schließen des Speicher-Zuschaltventils mit einer Kraft bewirkt, zu deren Ausgleich ein entsprechend auf die Wirkfläche des ersten Anschlusses umgerechneter Ausgleichsdruck nötig ist, und bei der die vorgegebene Schwelle durch die Summe aus im Speichersystem herrschenden Druck und Ausgleichsdruck bestimmt ist. Ein solches Speicher-Zuschaltventil kann einfach durch ein 2/2 Wegeeinbauventil realisiert werden. Die ausgeglichenen Druckverhältnisse bedeuten, dass ein hydraulisch bedingtes Kräftegleichgewicht herrscht, also die Summe aus dem Produkt der ersten Wirkfläche mit dem dort anliegenden Druck und dem Produkt der zweiten Wirkfläche mit dem dort anliegenden Druck gleich dem Produkt der dritten Wirkfläche mit dem dort anliegenden Druck ist. Im Fall dieses Kräftegleichgewichts bestimmt das Verschließelement die Stellung des Speicher-Zuschaltventils.
  • Einmal zugeschaltet, kann die Verbindung zum Speichersystem besonders einfach dadurch aufrechterhalten werden, dass die Ventilgruppe ein zweites Ventil aufweist, das bei in zweiter Ansteuerung geöffneter Stellung den dritten Anschluss entlastet und das Aufrechterhalten der Verbindung zwischen Speichersystem und zweitem Teilraum ermöglicht, insbesondere nach einer durch einen an dem Speicher-Zuschaltventil vorgesehenen Sensor erfolgten Registrierung der Freigabe dieser Verbindung. Diese vollständige Druckentlastung vermindert schnell den hydraulischen Widerstand gegen die Öffnung des Speicher-Zuschaltventils. So kann der Wechsel von der ersten Ansteuerung (Bremsansteuerung) zu der zweiten Ansteuerung (Pcsitionieransteuerung) ohne größeren Zeitverlust erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuervorrichtung sind weiter Mittel vorgesehen, die die Freigabe der Verbindung zum Speichersystem in einer dritten Ansteuerung blockieren. Dies ist vorteilhaft, wenn in dem ersten Leitungssystem ein höherer Druck als der im Speichersystem herrschende aufgebaut werden soll, um z. B. den nötigen Druck zur Überwindung einer der Bewegung des Kolbens entgegenwirkenden Haltekraft aufzubringen. Wäre die Verbindung zwischen Speicher und zweitem Teilraum auch in diesem Fall zugeschaltet, wäre ein solcher Druckaufbau nicht möglich. Damit kann die dritte Ansteuerung auch als Druckaufbauansteuerung charakterisiert werden.
  • Eine zu diesem Zweck besonders vorteilhafte bauliche Realisierung ist gegeben, wenn die Ventilgruppe ein drittes Ventil aufweist, das bei in dritter Ansteuerung geöffneter Stellung durch eine Verbindung des dritten Anschlusses mit demjenigen aus erstem und zweitem Leitungssystem ausgewählten Leitungssystem, in dem ein höherer Druck herrscht, das Speicher-Zuschaltventil in geschlossener Stellung blockiert ist, wobei diese Auswahl des Leitungssystems insbesondere automatisch mittels eines an beide Leitungssysteme gekoppelten vierten Ventils erfolgt. Zweckmäßig kann dabei das vierte Ventil als einfaches Wechselventil ausgebildet sein
  • Sobald in der zweiten Ansteuerung (Positionieransteuerung) die Verbindung von Speichersystem und zweitem Teilraum zuverlässig aufrechterhalten wird, kann das Pumpsystem prinzipiell ausgeschaltet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Pumpsystem allerdings mittels eines Entkoppelventils lediglich von dieser Verbindung weggeschaltet, und steht für weitere Funktionen, beispielsweise einer Ansteuerung weiterer Kolben-Zylinder-Anordnungen zur Verfügung.
  • Die Erfindung betrifft nicht nur eine Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, sondern auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Zylinder-Anordnung, wobei ein solches Steuerverfahren insbesondere mittels einer Steuervorrichtung der eben beschriebenen Art durchgeführt werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder einer Kolben-Zylinder-Anordnung wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels eines von einem Pumpsystem erzeugten ersten Hydraulikfluidvolumenstroms als Hydraulikfluidversorgungversorgung in einer Verdrängersteuerung eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnung bewirkt, in einem zweiten Verfahrensschritt durch Drosselung des von dem Pumpsystem weiterhin erzeugten ersten Hydraulikfluidvolumenstroms ein Übergang von der Verdrängersteuerung in eine Drosselsteuerung und damit ein Abbremsen der Relativbewegung eingeleitet, wobei ein durch den Übergang gebildeter überschüssiger Anteil des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms durch eine automatische Freigabe einer Verbindung zwischen Pumpsystem und einem Speichersystem in das Speichersystem geleitet wird, und in einem dritten Verfahrensschritt eine Aufrechterhaltung dieser Verbindung bewirkt, und die Hydraulikfluidversorgung für die abgebremste Relativbewegung erfolgt von einem zweiten Hydraulikfluidvolumenstrom über die Verbindung aus dem Speichersystem.
  • Dieses Verfahren verbindet die Vorteile, einerseits z. B. Beschleunigung und Eilgangfahrt des Kolbens in der Kolben-Zylinder-Anordnung in der Verdrängersteuerung mit nur geringer Umwandlung von hydraulischer Druckenergie in Wärme durchführen zu können, andererseits eine Bremsbewegung des Kolbens aus dem Speichersystem zu fahren, wodurch das Pumpsystem für andere Aufgaben frei wird. Weiter vorteilhaft ist, dass der Übergang der Hydraulikfluidversorgung von Pumpsystem zu Speichersystem automatisch eingeleitet wird und ohne Unstetigkeiten erfolgt.
  • Zweckmäßig beginnt der Drosselvorgang an einem von einer Steuereinrichtung berechneten Bremszeitpunkt. So können beide Betriebsarten unter Einhaltung eines besonders effizienten Zeitablaufs ineinander übergehen.
  • Vorzugsweise erfolgt die automatische Freigabe über ein von einer Ventilgruppe gesteuertes und an das Pumpsystem über ein an einen ersten Anschluss angeschlossenes erstes Leitungssystem und an das Speichersystem über ein an einen zweiten Anschluss angeschlossenes zweites Leitungssystem gekoppeltes Speicher-Zuschaltventil, und ein erstes. Ventil der Ventilgruppe ist in einer ersten Ansteuerung, insbesondere durch Nichtansteuern von einer/der Steuereinrichtung geöffnet und bewirkt geöffnet die automatische Freigabe, sobald der Druck in dem ersten Leitungssystem durch eine von der Drosselung verursachte Erhöhung eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Auf dieser Weise ist bei dem Steuerverfahren das Umschalten zwischen den Hydraulikfluidversorgungen besonders unkompliziert durchzuführen, indem nur die Ansteuerung der Ventilgruppe von der Steuereinrichtung zu steuern ist.
  • Die Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen Speichersystem und zweitem Teilraum erfolgt zweckmäßig, indem in dem dritten Verfahrensschritt ein zweites Ventil der Ventilgruppe in einer zweiten Ansteuerung insbesondere durch Ansteuern von der Steuereinrichtung geöffnet wird, durch dieses Öffnen ein dritter Anschluss des Speicher-Zuschaltventils entlastet wird und damit die Aufrechterhaltung bewirkt wird, wobei das Ansteuern von der Steuereinrichtung ausgelöst wird, indem insbesondere von einem an dem Speicher-Zuschaltventil vorgesehenen Sensor die Freigabe registriert und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung weiterleitet, während dabei das erste Ventil, insbesondere durch Ansteuern von der Steuereinrichtung geschlossen wird, und der erste Hydraulikfluidvolumenstrom von der Verbindung zu dem zweiten Teilraum weggeschaltet wird. Durch Öffnung des zweiten Ventils wird also der dritte Anschluss des Speicher-Zuschaltventils entlastet, wodurch dieses permanent geöffnet bleibt. Deshafb kann der erste Hydraulikfluidvolumenstrom dann auf ein anderes Ziel geschaltet werden. Vorteilhaft ohne Zeitverlust kann das Umschalten des ersten und des zweiten Ventils erfolgen, wenn unmittelbar nach Freigabe ein Sensor diese registriert und ein entsprechendes Signal unmittelbar an die Steuereinrichtung weiterleitet.
  • Nach dem dritten Verfahrensschritt wird die Relativbewegung des Kolbens von einer aus dem Speichersystem gespeisten Drosselsteuerung gesteuert. Zweckmäßig wird nun in einem vierten Verfahrensschritt in einer/der zweiten Ansteuerung durch Drosselung des aus dem Speichersystem bewirkten zweiten Hydraulikfluidvolumenstroms die Relativbewegung unter Einnahme einer erwünschten relativen Bewegungsendlage zwischen Kolben und Zylinder zum Stillstand gebracht. Auf diese Weise kann eine Positionierung zwischen Kolben und Zylinder auf 0.01 mm genau erreicht werden.
  • Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, noch vor dem ersten Verfahrensschritt einen vorbereitenden Verfahrensschritt durchzuführen, bei dem ein drittes Ventil der Ventilgruppe in einer dritten Ansteuerung insbesondere durch Ansteuern von der Steuereinrichtung geöffnet wird, wobei das erste Ventil insbesondere durch Ansteuern von der Steuereinrichtung und das zweite Ventil insbesondere durch Nichtansteuern von der Steuereinrichtung geschlossen werden, und die Freigabe verhindert wird, indem durch eine Verbindung des dritten Anschlusses mit demjenigen aus erstem und zweitem Leitungssystem ausgewählten Leitungssystems, in dem ein höherer Druck herrscht, das Speicher-Zuschaltventil in geschlossener Stellung blockiert wird, wobei die Auswahl dieses Leitungssystems insbesondere automatisch mittels eines an beide Leitungssysteme gekoppelten vierten Ventils erfolgt.
  • Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn eine der Kolbenbewegung entgegengerichtete Haltekraft überwunden werden muss, bevor die eigentliche Bewegung beginnen kann, und dazu ein Druckaufbau im zweiten Teilraum und damit auch im ersten Leitungssystem bewirkt wird, der über den Druck im Speichersystem hinaus geht. Die dritte Ansteuerung kann so als Druckaufbauansteuerung charakterisiert werden.
  • Betreffend der Herstellung der Druckvorspannung in dem im ersten Teilraum aufgenommenen Fluid sieht die Erfindung ein Steuerverfahren vor, bei dem unabhängig von einer auf den Kolben in Richtung des ersten Teilraums wirkenden Last eine Druckerhöhung in dem Fluid auf einen vorbestimmten Druckvorspannwert erzeugt wird. So wird, wie oben beschrieben, sichergestellt, dass nach dem Auslösen der Bewegung keine schädlichen Wirkungen durch eine Schwingungsanregung entstehen können. Insbesondere ist dieses Verfahren zweckmäßig mittels einer Steuervorrichtung mit den oben erläuterten Ausführungen durchzuführen.
  • Anschließend kann dann mittels eines von einem Pumpsystem erzeugten Hydraulikffuidvolumenstroms der Druck in einem in dem zweiten Teilraum aufgenommenen Hydraulikfluid und damit die Last erhöht werden, bis die Bewegung des Kolbens in Richtung des ersten Teilraums ausgelöst wird. Insbesondere wenn der Bewegung des Kolbens eine Last entgegenwirkt, deren Größe wie im Fall des Ausformvorgangs eines Presslings aus einer Matrize nicht von vorneherein bekannt ist, wird die Bewegung erst bei Erreichen des Losbrechmoments einsetzen. In einem solchen Fall kann die Druckerhöhung in dem zweiten Teilraum langsam erfolgen. So kann unter anderem verhindert werden, dass das Pumpsystem noch weitergehende Pumpleitungen aufbringt, die nicht mehr genutzt werden können.
  • Nun können die weiteren zum Verfahren und zur Positionierung des Kolbens erforderlichen oben beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden, wobei insbesondere der vorbereitende Verfahrensschritt durchgeführt wird, bevor die Bewegung des Kolbens ausgelöst wird, und insbesondere von einer Steuereinrichtung auf die Verdrängersteuerung mittels des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms geschaltet wird, sobald ein Wegmeßsystem die Auslösung der Bewegung registriert und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung weiterleitet hat.
  • Das in dieser Erfindung vorgestellte Steuerverfahren und die vorgestellten Steuervorrichtungen können für Kolben-Zylinder-Anordnungen unterschiedlichster Einsatzart sinnvoll verwendet werden, insbesondere wenn eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder erst nach Überwindung einer Haltekraft möglich wird. Speziell ist aber daran gedacht, die Steuervorrichtung für eine hydraulische Presse zu verwenden, insbesondere im Einsatz der Feuerfest- und Fliesenindustrie, wobei die von der Steuereinrichtung gesteuerte Kolben-Zylinder-Anordnung insbesondere für den bereits beispielhaft beschriebenen Ausformvorgang eines Presslings aus einer Matrize eingesetzt ist.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der folgenden Beschreibung des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels entnommen werden.
    • Fig. 1
    ist eine schematische Längsschnittdarstellung einer hydraulischen Presse, deren Kolben-Zylinder-Anordnungen von der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gesteuert werden können und mittels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens betrieben werden können.
    Fig. 2
    ist eine schematische Darstellung der Steuervorrichtung mit angeschlossener Kolben-Zylinder Anordnung. Dabei führt Fig. 2a die Bestandteile der Steuervorrichtung ein, Fig. 2b zeigt, auf welchem Weg eine Druckvorspannung in der Kolben-Zylinder-Anordnung bewirkt wird, und Fig. 2c stellt die Drucksituation in der Steuervorrichtung um einen Zeitpunkt dar, bei dem eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnung einsetzt.
    Fig.
    3 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Steuervorrichtung aus Fig. 2, der eine Zuschalt- Ventilanordnung zeigt. Dabei illustriert Fig. 3a die Schaltung einer Ventilgruppe und Drucksituation in einer dritten Ansteuerung (Druckaufbauansteuerung). Fig. 3b zeigt die Ventilgruppe in einer ersten Ansteuerung (Bremsansteuerung), bevor ein Speicher-Zuschaltventil öffnet. Fig. 3c zeigt die Ventilgruppe in der ersten Ansteuerung, wobei das Speicher-Zuschaltventil einen überschüssigen Anteil eines ersten Hydraulikfluidvolumenstroms auf ein Speichersystem leitet. Fig. 3d zeigt die Ventilgruppe in einer zweiten Ansteuerung (Positionieransteuerung).
  • Dabei sind den in den Figuren aufgeführten Komponenten folgende Bezugsnummern zugeordnet:
    • 1 Ventilanordnung (Last-Kompensationsventil)
    • 2 Hauptstufe
    • 3 Drosselsystem (Drosselblende)
    • 4 Vorstufe (Pilotventil)
    • 5 viertes Ventil Wechselventil)
    • 6 Speichersystem
    • 7 (zweites) Leitungssystem (mit Anschluss zum Speichersystem)
    • 8 erster Teilraum (Zylinder-Ringflächenraum)
    • 9 Kolben
    • 10 Kolben (der Hauptstufe 2)
    • 11 Verschließeinrichtung (Feder)
    • 12 Drosselventil (Proportional Wegeventil)
    • 13 Drosselsystem (Blende)
    • 14 Entkoppelventil (Wegeventil)
    • 15 Pumpsystem
    • 16 zweiter Teilraum (Zylinder-Kolbenflächenraum)
    • 17 Fluid
    • 18 Rohrleitungssystem (zum Ringflächenraum)
    • 19, 19', 19", 19"' Rückschlagventil
    • 20 Matrize
    • 21 Zylinder-Kolbenfläche
    • 22 weitere Ansteuerung (z. B. Oberstempel)
    • 23 Steuereinrichtung (elektronische Ansteuerung)
    • 24 zweites Ventil (Zu-Auf-Ventil)
    • 25 erstes Ventil (Auf-Zu-Ventil)
    • 26 drittes Ventil (Zu-Auf-Ventil)
    • 27 Wegmeßsystem
    • 28 erstes Leitungssystem (mit Anschluss zum Pumpsystem)
    • 29 Speicher-Zuschaltventil
    • 30 Sensor
    • 31 Zylinder-Ringfläche
    • 42 Vorsteuerleitung
    • 62 Abschnitt des (zweiten) Leitungssystems 7
    • 100 hydraulische Presse
    • 101 Oberholm
    • 102 Unterholm
    • 103 Oberstempel
    • 104 Unterstempel
    • 105 Matrize
    • 106 Matrizenwandung
    • 107 Verfahrsäule
    • 109 Kolben-Zylinder-Anordnung
    • 110 gepreßter Stein (Pressling)
    • A erster Anschluss (Grundfläche)
    • B zweiter Anschluss (Ringfläche)
    • C dritter Anschluss (Steuerfläche)
    • FH Kraftrichtung Haltekraft (Haftreibung)
    • FK Kraftrichtung Last (Kolben).
  • Im folgenden werden zunächst die Komponenten der Steuervorrichtung, deren Anordnung und Funktionsweise beschrieben. Anschließend wird das Steuerverfahren für die Kolben-Zylinder-Anordnung anhand des Beispiels eines Ausformvorgangs eines Pressling aus einer Matrize bei einer hydraulischen Presse beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer hydraulischen Presse 100 in einer Längsschnittdarstellung. Die hydraulische Presse 100 hat einen Oberholm 101 und einen Unterholm 102, wobei der Oberholm 101 sich auf Verfahrsäulen 107 abstützend oberhalb des Unterholms 102 angeordnet ist. Am Unterholm 102 befestigt ragt ein fester Unterstempel 104 senkrecht nach oben hervor. Am Oberholm 101 ist ein beweglicher Oberstempel 103 angeordnet, der zusammen mit dem Unterstempel 104 die Hauptarbeitsachse der hydraulischen Presse 100 bildet und der durch Bewegung auf den Unterstempel 104 ein zwischen Unterstempel 104 und Oberstempel 103 befindliches loses Schüttgut zu einem Stein (Pressling) 110 verpressen kann. Seitlich wird die Form des Presslings von einer Matrize 105 bestimmt. Die Matrize 105 ist fest mit einer Matrizenwandung 106 verbunden, welche entlang den Verfahrsäulen 107 verfahrbar gelagert ist. Zum Verfahren der Matrizenwandung dienen Kolben-Zylinder-Anordnungen 109, deren Kolben 9 durch eine nach unten gerichtete Ausstoßbewegung mit einer Kolbenkraft FK die Matrize 106 in einem Ausformvorgang von dem Pressling 110 entfernen. Um eine solche Verfahrbewegung auslösen zu können, muss die Kolbenkraft FK allerdings eine Haftreibungskraft FH zwischen Pressling 110 und den Seitenwänden der Matrize 106 überwinden.
  • Fig. 2a zeigt die Komponenten der Steuervorrichtung in einem Steuerschema. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen, deren Kolben 9 fest mit der Matrize 20 (106 in Fig. 1) verbunden sind. Jeder Kolben 9 teilt den Innenraum des Zylinders seiner zugehörigen Kölben-Zylinder-Anordnung in zwei Teilräume, hier einen Zylinder-Ringflächenraum 8 (erster Teilraum), der von dem Kolben 9 selbst durchsetzt ist, und einen Zylinder-Kolbenflächenraum 16 (zweiter Teilraum). Ein in dem Zylinder-Ringflächenraum 8 befindliches Fluid 17 wirkt unter Druck über eine Zylinder-Ringfläche 31 als Wirkfläche einer Ausfahrbewegung des Kolbens 9 aus dem Zylinder entgegen. Das Fluid 17 ist hier ein geeignetes Hydraulikfluid. Entsprechend wirkt ein im Zylinder-Kolbenflächenraum 16 angeordnetes Hydraulikfluid über eine Zylinder-Kolbenfläche 21 als Wirkfläche unter Druck einer Einfahrbewegung des Kolbens 9 entgegen und kann ggf. eine Ausfahrbewegung des Kolbens 9 bewirken.
  • Diese vier Kolben-Zylinder-Anordnungen werden nun von einer Steuervorrichtung gesteuert, welche ein Pumpsystem 15 und ein Speichersystem 6 aufweist, die über eine Mehrzahl an Ventilen und Leitungssystemen an die Kolben-Zylinder-Anordnungen gekoppelt sind und je nach Schaltung der Mehrzahl von Ventilen die Druckverhältnisse in den Zylinder-Ringffächenräumen und/oder den Zylinder-Kolbenflächenräumen verändern kann und natürlich Ausfahr- oder Einfahrbewegungen der Kolben 9 bewirken kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerung der im folgenden näher beschriebenen Ventile und Ventilanordnungen wie auch des Pumpsystems 15 über eine Steuereinrichtung 23 elektronisch erfolgt.
  • Zunächst werden die Wirkweise und die Verbindungen des Pumpsystems 15 beschrieben. Das Pumpsystem 15 ist über ein. Rückschiagvcnti) 19"', welches einen Rückfluß eines von dem Pumpsystem 15 ausgehenden ersten Hydraulikfluidvolumenstroms zum Pumpsystem 15 zurück verhindert, an ein als Wegeventil ausgelegtes Entkoppelventil 14 angeschlossen. Je nach Schaltung des Entkoppelventils 14 kann der erste Hydraulikfluidvolumenstrom über ein weiteres Rückschlagventil 19"" auf das Speichersystem 6 geleitet werden, um in das Speichersystem 6 zu fördern. In Fig. 2a ist das Entkoppelventil 14 dementsprechend geschaltet gezeigt. In einer weiteren, durch die gekreuzten Pfeile symbolisierten Schaltstellung des Entkoppelventils 14 kann der erste Hydraulikfluidvolumenstrom für eine weitere Ansteuerung 22 verwendet werden, z. B. für die Hauptachse (Oberstempel) der in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Presse. In einer weiteren, in Fig. 2c gezeigten Schaltung des Entkoppelventils 14 gelangt der erste Hydraulikfluidvolumenstrom zu einem weiteren Wegeventil, dem Drosselventil 12, zu einem Anschluss Grundfläche A (erster Anschluss) eines Speicher-Zuschaltventils 29 und zu einem Wechselventil 5 (viertes Ventil), wobei letztere später beschrieben werden. Je nach Schaltung des Drosselventils 12 kann der erste Hydraulikfluidvolumenstrom einerseits durch Drosselung auf Nulldurchgang blockiert werden, oder eine Verbindung zu den Kolben-Zylinder-Anordnungen ist hergestellt. Diese kann einerseits über ein weiteres Rückschlagventil 19' und ein Rohrleitungssystem 18 zu den Zylinder-Ringflächenräumen 8 erfolgen, oder in der in Fig. 2c gezeigten Schaltung des Drosselventils 12 zu den ZylinderKolbenflächenräumen 16. Bezüglich der Drosselung ist das Wegeventil 12 proportional steuerbar.
  • Ist der erste Hydraulikfluidvolumenstrom aus dem Pumpsystems 15 auf die Zylinder-Kolbenflächenräume 16 gerichtet wie die Pfeile a - f in Fig. 2c illustrieren, kann eine Druckerhöhung in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 bewirkt werden.
  • Ob eine solche Druckerhöhung in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 auch zu einer Ausfahrbewegung der Kolben 9 führt, hängt u. a. davon ab, ob ein mit den zyinder-Ringflächenräumen 8 über ein Rohrleitungssystem 18 verbundenes Last-Kompensationsventil 1 (Ventilanordnung) geöffnet oder geschlossen ist. Ist das Last-Kompensationsventil 1, bzw. dessen Hauptstufe 2 geöffnet, so kann das in den Zylinder-Ringflächenräumen 8 enthaltene Fluid 17 über das Rohrleitungssystem 18, die geöffnete Hauptstufe 2 und das Drosselventil 12 in einen Tank ausströmen. Ein solcher Strömungsweg ist in Fig. 2c durch die Pfeile g - n dargestellt.
  • Allerdings stellt bereits das Eigengewicht der an die Kolben 9 gekoppelten Matrize 20 eine Last dar, die für sich schon eine Ausfahrbewegung der Kolben 9 bewirken würde. Eine solche Ausfahrbewegung ist allerdings unerwünscht, und wird durch das Last-Kompensationsventil 1 wie folgt verhindert. Am Last-Kompensationsventil 1 wird ein Druckkontrollwert eingestellt, und eine Öffnung des Last-Kompensationsventils 1 und damit das Ausströmen des Fluids 17 aus den Zylinder-Ringflächenräumen 8 kann erst dann erfolgen, wenn der Druck in dem Fluid 17 den eingestellten Druckkontrollwert übersteigt. Dabei berechnet sich der zur Lastkompensation nötige Druckkontrollwert P wie folgt: P= F/A31, wobei F die durch das Eigengewicht der Matrize 20 verursachte Kraft ist und A31 die Summe aller Zylinder-Ringflächen 31 ist.
  • Dabei besteht das Last-Kompensationsventil 1 aus einer Hauptstufe 2 und einer die Hauptstufe 2 vorsteuernden als Pilotventil wirkenden Vorstufe 4. Der eingestellte Druckkontrollvwert liegt an dem Pilotventil 4 an, und das Pilotventil 4 öffnet, wenn der Druck in einer an dem Pilotventil 4 anliegenden Vorsteuerleitung 42 den eingestellten Druckkontrollwert übersteigt. Die Vorsteuerleitung 42 ist wiederum über eine Blende 13 mit Drosselwirkung mit dem Rohrleitungssystem 18 und damit mit den Zylinder-Ringflächenräumen 8 verbunden. Das heißt, im statischen Zustand liegt der Druck des Fluids 17 über die Vorsteuerleitung 42 auch am Pilotventil 4 an. Andererseits liegt dieser Druck nicht nur an einer der Schließung der Hauptstufe 2 entgegenwirkenden Lastseite der Hauptstufe 2 an, sondern auch auf einer der Öffnung der Hauptstufe 2 entgegenwirkenden Steuerseite der Hauptstufe 2. Da auch eine in der Hauptstufe 2 eingebaute Feder 11 dem Öffnen der Hauptstufe 2 entgegenwirkt, bleibt die Hauptstufe 2 geschlossen, solange nicht durch Öffnung des Pilotventils 4 die Steuerseite der Hauptstufe 2 druckentlastet wird, und die Hauptstufe 2 bei nur noch zu überwindender Federkraft der Feder 11 von in diesem Ausführungsbeispiel umgerechnet 4 bar öffnet. Schließen und Öffnen der Hauptstufe wird unmittelbar von einem Kolben 10 bewirkt, der auch die Blende 13 umfasst. Das Pilotventil 4 selbst ist ein bekanntes direkt proportional gesteuertes Druckentlastungsventil, wobei der Verschließmechanismus magnetisch ist und proportional einer von der Steuereinrichtung 23 vorgegebenen Steuerspannung gesteuert ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorspanneinrichtung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel das Speichersystem 6, das (zweite) Leitungssystem 7 mit einem Abschnitt 62 und Drosselblenden 3. Die Ankopplung des Speicherdrucks erfolgt über eine Verbindung des Abschnitts 62 an die Vorsteuerleitung 42. Die Druckvorspannung in dem in den Zylinder-Ringflächenräumen 8 und dem Rohrleitungssystem 18 aufgenommenen Fluid 17 erfolgt aus dem Speichersystem 6 entlang der in Fig. 2b dargestellten Pfeile a - I.
  • Es wurde bereits gesagt, dass das erste Leitungssystem 28 eine Verbindung sowohl zum Speicher-Zuschaltventil 29 als auch zum Wechselventil 5 besitzt. Auch das Speichersystem 6 ist, wie in den Figuren 2 und insbesondere 3 zu sehen ist, über das zweite Leitungssystem 7 an eine Ringfläche B des Speicher-Zuschaltventils 29 angeschlossen. Das Speicher-Zuschaltventil 29 selbst ist ein 2/2 Wegeeinbauventil, bei der die Wirkfläche des Anschlusses an die Grundfläche A der sogenannten 100 % Wirkfläche entspricht, die Wirkfläche des Anschlusses an die Ringfläche B der sogenannten 50 % Wirkfläche entspricht, sowie die Wirkfläche des weiter enthaltenen Anschlusses an die Steuerfläche C der sogenannten 150 % Wirkfläche entspricht. Drücke auf die Wirkflächen A und B wirken dem Schließen des Speicher-Zuschaltventils 29 entgegen, während ein Druck auf die Wirkfläche C zusammen mit dem umgerechneten Druck einer verschließenden Feder, der in diesem Ausführungsbeispiel etwa 4. bar beträgt, dem Öffnen des Speicher-Zuschaltventils 29 entgegenwirken. Natürlich müssen die Wirkflächen nicht tatsächlich im Verhältnis 100 %, 50 %, 150 % zueinander stehen, aber die Wirkfläche 150 % soll gleich der Summe der beiden Wirkflächen 100 % und 50 % sein. Das heißt, bei Druckgleichheit an allen Wirkflächen A, B und C ist das Speicher-Zuschaltventil 29 durch Wirkung der verschließenden Feder geschlossen.
  • Welcher Druck an der 150 % Wirkfläche (Steuerfläche C) anliegt, wird durch die Schaltung einer Ventilgruppe bestehend aus einem Auf-Zu-Ventil 25 (erstes Ventil), den Zu-Auf-Ventilen 24, 26 (zweites und drittes Ventil) und dem Wechselventil 5 bestimmt. Dabei bedeutet Auf-Zu-Ventil (Ventil 25), dass das Ventil in Grundschaltung, also nicht angesteuert, geöffnet ist, und bei Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 23 geschlossen ist. Zwischenstellungen sind nicht vorgesehen. Entsprechend werden die Zu-Auf-Ventile 24 und 26 durch Ansteuerung der Steuereinrichtung 23 geöffnet, während sie in Grundstellung geschlossen sind. Jedes der Ventile 24, 25 und 26 stellt geöffnet eine Verbindung zu der Steuerfläche C des Speicher-Zuschaltventils 29 her. Diese Verbindung koppelt bei geöffnetem Ventil 25 an das zweite Leitungssystem 7 und damit druckmäßig an den Druck im Speichersystem 6. Die vom geöffneten Ventil 24 hergestellte Verbindung koppelt an einen Tank, entlastet also die Steuerfläche C des Speicher-Zuschaltventils 29 vollständig. Die Verbindung durch das geöffnete Ventil 26 koppelt an das Wechselventil 5. Dieses ist so ausgelegt, dass es die Steuerfläche C des Speicher-Zuschaltventils 29 an das erste Leitungssystem 28 koppelt, wenn der Druck im ersten Leitungssystem 28 größer als der Druck im zweiten Leitungssystem 7, und umgekehrt die Steuerfläche C an das zweite Leitungssystem 7 koppelt, wenn der Druck im zweiten Leitungssystem 7 größer als der Druck im ersten Leitungssystem 28 ist.
  • Es ist also vorgesehen, dass jeweils nur eines der Ventile 24, 25, 26 geöffnet ist, während die jeweils beiden anderen geschlossen sind. In einer Bremsansteuerung (ersten Ansteuerung) ist das Ventil 25 geöffnet, während die Ventile 24 und 26 geschlossen sind. Diese Ansteuerung entspricht der Grundschaltung der drei Ventile 24, 25 und 26, da keines von ihnen von der Steuereinrichtung 23 angesteuert ist. In einer Positionieransteuerung (zweiten Ansteuerung) ist das Ventil 24 angesteuert und geöffnet, während das Ventil 25 angesteuert und geschlossen und das Ventil 26 nicht angesteuert und geschlossen ist. In einer Druckaufbauansteuerung (dritten Ansteuerung) ist das Ventil 26 angesteuert und geöffnet, während das Ventil 24 nicht angesteuert und geschlossen und das Ventil 25 angesteuert und geschlossen ist. In der Druckaufbauansteuerung ist das Speicher-Zuschaltventil 29 immer geschlossen.
  • Schließlich sind noch Systeme vorgesehen, welche der Steuereinrichtung 23 gewisse Informationen über den aktuellen Zustand der Steuervorrichtung signalisieren. So ist an dem Speicher-Zuschaltventil 29 ein Sensor 30 vorgesehen, der der Steuereinrichtung 23 mitteilt, ob das Speicher-Zuschaltventil 29 geöffnet oder geschlossen ist. Insbesondere signalisiert der Sensor 30 der Steuereinrichtung 23 unmittelbar, wenn in der Bremsansteuerung das Speicher-Zuschaltventil 29 öffnet.
  • Es ist auch ein Wegmeßsystem 27 vorgesehen, das die Position der Matrize 20 und damit auch die Position der Kolben 9 gegenüber den Kolben-Zylinder-Anordnungen an die Steuereinrichtung 23 signalisiert. Insbesondere signalisiert das Wegmeßsystem 27 der Steuereinrichtung 23 unmittelbar, wenn beim Ausformvorgang die Bewegung der Matrize 20 bzw. der Kolben 9 nach Überwindung der Haftreibung zwischen Pressling und Matrize 20 schlagartig einsetzt.
  • Schließlich ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein an das Rohrleitungssystem 18 gekoppeltes Druckentlastungsventil vorgesehen, das z. B. in Notfällen für eine Druckentlastung des Fluids 17 sorgen kann, sowie ein weiterer über ein Rückschlagventil 19 an die Zuleitung zu den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 gekoppelter Tank vorgesehen, aus dem die Zylinder-Kolbenflächenräume 16 ggf. durch Ansaugen Hydraulikfluid aufnehmen können, damit sich bei einer Ausfahrbewegung der Kolben 9 kein Vakuum in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 bilden kann.
  • Im folgenden wird ausführlich ein Verfahren zum Betrieb der Kolben-Zylinder-Anordnungen beschrieben, das in diesem Ausführungsbeispiel den kompletten Ausformvorgang eines Presslings aus der Matrize 20 ermöglicht. Ausgangspunkt für das Verfahren ist die in Fig. 1 dargestellte Situation, in der das lose Schüttgut bereits von der hydraulischen Presse 100 zu einem Stein 110 verpresst wurde, wobei nun die Marize 105 gegen den Widerstand der Haftreibungskraft FH mittels der Kolben-Zylinder-Anordnungen 109 nach unten verfahren werden soll.
  • Zunächst wird die Druckvorspannung in dem Fluid 17 in den Zylinder-Ringflächenräumen 8 und dem Rohrleitungssystem 18 durch Druckerhöhung aus dem Speichersystem 6 erzeugt. Dies ist durch die Pfeile a - I in Fig. 2b dargestellt. Der Druck in dem Fluid 17 wird so auf einen vorbestimmten Druckvorspannwert gebracht, der gleich hoch eingestellt ist wie der an dem Pilotventil 4 eingestellte Druckkontrollwert, so dass beim Erzeugen der Druckvorspannung das Pilotventil 4 geöffnet wird, aber die Hauptstufe des Last-Kompensationsventil 1 noch geschlossen bleibt, aber "quasi-vorgeöffnet" wird, da deren Öffnung nun durch eine nur noch verhältnismäßig kleine zusätzliche Druckerhöhung (entsprechend der umgerechneten 4 bar Federkraft) in dem Fluid 17 bewirkbar ist. Gleichzeitig kann das 2/2 Wegeventil 12 bereits auf die in Fig. 2c gezeigte Schaltstellung der vollen Ansteuerung des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms in Richtung der Zylinder-Kolbenflächenräume 16 geschaltet werden. Die Ventilgruppe wird in die Druckaufbauansteuerung geschaltet, was ebenfalls in Fig. 2c zu sehen ist. Wie bereits erläutert, ist in dieser Druckaufbauansteuerung das Speicher-Zuschaltventil 29 zuverlässig geschlossen. Diese Ansteuerung ist in Fig. 3a dargestellt, wobei der Druck im ersten Leitungssystem 28 höher sein soll als der Druck im Speichersystem 6, so daß das Wechselventil 5 entlang der in Fig. 3a dargestellten Pfeile a, b' bis f das erste Leitungssystem 28 mit der Steuerfläche C des Speicher-Zuschaltventils 29 druckverbindet. Die Verbindungen der Grundfläche A und der Ringfläche B erfolgen wie in den weiteren Ansteuerungen auch durch die in Fig. 3a dargestellten Pfeile a, b bzw. g bis i.
  • Nun beginnt der Druckaufbau in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16. Dazu wird der erste Hydraulikfluidvolumenstrom aus dem Pumpsystem 15 durch Schaltung des 2/2 Wegeventils 14 in die in Fig. 2c gezeigte Schaltstellung auf die Zylinder-Kolbenflächenräume 16 gelenkt. Da, wie erläutert, nicht genau bekannt ist, wann die nötige Kraft zur Überwindung der Haftreibungskraft F H bzw. der zum Erreichen dieser Kraft nötige Druck in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 erreicht ist, wird der Druck einfach solange langsam erhöht, bis mit schlagartiger Überwindung der Haftreibungskraft F K die Bewegung der Matrize 20 und der Kolben 9 einsetzt.
  • In der Folge der schlagartigen Überwindung der Haftreibungskraft F H wird die Achse durch das in den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16 gespeicherte und nun schlagartig freiwerdende Kompressionsvolumen nach unten beschleunigt. Allerdings entstehen durch die Wirkung der Druckvorspannung in dem Fluid 17 und die "quasi-Voröffnung" des Last-Kompensationsventils 1 trotz der auftretenden Druckbelastung keine Schäden an der Steuervorrichtung und den Kolben-Zylinder-Anordnungen. Ein sicheres Auffangen der Matrize 20 ist gewährleistet.
  • Mit der Registrierung der einsetzenden Bewegung der Matrize 20 bzw. der Kolben 9 durch das Wegmeßsystem 27 und dem Signalisieren dieser Information an die Steuereinrichtung 23 wird die nächste Verfahrensphase eingeleitet. Es soll die Matrize 20 in eine Entnahmeposition gefahren werden. Dies geschieht zunächst in einer Verdrängersteuerung mittels des vom Pumpsystem 15 ausgehenden ersten Hydraulikfluidvolumenstroms. Die Pumpleistung des Pumpsystems 15 wird dabei von der Steuereinrichtung 23 auf einen Leistungswert geschaltet, der über einen entsprechenden ersten Hydraulikfluid,volumenstrom die Verfahrbewegung der Matrize 20 gemäß einem von der Steuereinrichtung 23 berechneten Geschwindigkeitswert erfolgen läßt. Dabei ist der Druck in dem ersten Leitungssystem (28) geringer als der Druck im Speichersystems 6. Die Verfahrbewegung könnte nun durch Verminderung des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms pumpsystemseitig zu Ende geführt werden. Erfindungsgemäß ist aber eine unterschiedliche Weiterführung der Bewegung vorgesehen.
  • Die Ventilgruppe wird in der Bremsansteuerung angesteuert, so daß sich die in Fig. 3b dargestellte Drucksituation am Speicher-Zuschaltventil 29 ergibt. Wie immer sind Grundfläche A des Speicher-Zuschaltventils 29 mit dem ersten Leitungssystem 28 und Ringfläche B mit dem zweiten Leitungssystem 7 verbunden, hier durch die Pfeile a, b bzw. c bis e dargestellt. Die Steuerfläche C ist ebenfalls mit dem zweiten Leitungssystem 7 verbunden, wie durch die Pfeile c, d, e', f bis h in Fig. 3b dargestellt. In dieser Situation ist das Speicher-Zuschaltventil 29 geschlossen, kann allerdings geöffnet werden, sobald der Druck im ersten Leitungssystem 28 auf den Druck im Speichersystem 6 zuzüglich der in diesem Ausführungsbeispiel 4 bar zur Überwindung der Federkraft ansteigt.
  • An einem von der Steuereinrichtung 23 errechneten Bremszeitpunkt steuert die Steuereinrichtung 23 das 2/2 Wegeventil 12 so an, daß der Erster Hydraulikfluidvolumenstrom gedrosselt wird. Es erfolgt der Übergang von der Verdrängersteuerung in eine Drosselsteuerung, und die Matrizenbewegung wird entsprechend abgebremst. Dabei bleibt der von dem Pumpsystem 15 ausgehende erste Hydraulikfluidvolumenstrom auf dem gleichen Wert justiert. Durch die Drosselung bei gleichbleibender Pumpleistung erhöht sich der Druck im ersten Leitungssystem'28. Erreicht der Druck im ersten Leitungssystem 28 dabei die gerade angesprochene Druckschwelle, öffnet das Speicher-Zuschaltventil 29, und es ergibt sich die in Fig. 3c dargestellte Situation.
  • Der von dem Pumpsystem 15 ausgehende verbleibende überschüssige Anteil des ersten Hydraulikfluidvolumenstroms wird durch das geöffnete Speicher-Zuschaltventil 29 in das Speichersystem 6 geleitet. Dies erfolgt entlang der in Fig. 3c dargestellten Pfeile a bis f. Dieses Ableiten ist wichtig, da das Pumpsystem 15 langsamer (250 ms) reagiert als die Drosselung bewirkt wird (50 ms), und sich während des Reaktionszeitunterschieds (200 ms) sonst Druckspitzen im ersten Leitungsystem bilden würden. Die Druckverhältnisse um das Speicher-Zuschaltventil 29 sind nun hoch dynamisch. Es besteht nämlich nicht nur die durch die in Fig. 3c gezeigten Pfeile g bis j angedeutete Verbindung der Steuerfläche C zum Speichersystem 6, sondern auch eine durch die Pfeile a bis d, i, j angezeigte Verbindung des ersten Leitungssystems 28 zu der Steuerfläche C. Damit befindet sich das Speicher-Zuschaltventil 29 unmittelbar nach dem Öffnen in einem labilen Gleichgewicht.
  • In einer weiteren Verfahrensphase wird nun dieser labile Gleichgewichtszustand des Speicher-Zuschaltventils 29 beendet, und es wird für eine Hydraulikfluidversorgung der Verfahrbewegung aus dem Speichersystem 6 gesorgt. Der Sensor 30 registriert nämlich unmittelbar die erfolgte Öffnung des Speicher-Zuschaltventils 29 und signalisiert diese Information der Steuereinrichtung 23. Daraufhin steuert die Steuereinrichtung 23 die Ventilgruppe in der Positionieransteuerung an. Die sich daraus ergebende Situation ist in Fig. 3d dargestellt. Durch Schließen des Ventils 25 wird die Verbindung der Steuerfläche C zu dem Speichersystem 6 und dem ersten Leitungssystem 28 gekappt. Gleichzeitig wird durch Öffnen des Ventils 24 die Steuerfläche C zu dem Tank hin entlastet, wie durch die Pfeile a bis e in Fig. 3d angezeigt. Die Entlastung der Steuerfläche C bewirkt natürlich die sichere Öffnung des Speicher-Zuschaltventils 29, und damit die Herstellung einer Verbindung von dem Speichersystem 6 zu den Zylinder-Kolbenflächenräumen 16. Über diese Verbindung erfolgt nun entlang der in Fig. 3d gezeigten Pfeile f - k die für die Vollendung der Verfahrbewegung der Matrize 20 nötige Hydraulikfluidversorgung.
  • Durch die Drosselung des 2/2 Wegeventils 12 wurde ja bereits das Abbremsen der Verfahrbewegung eingeleitet Jetzt geht es in der letzten Verfahrensphase noch um die genaue Positionierung der Matrize in die gewünschte Endposition. Dazu wird die nun aus dem Speichersystem 6 erfolgende Hydraulikfluidversorgung durch Ansteuerung des 2/2 Wegeventils 12 von der Steuereinrichtung 23 weiter gedrosselt, und damit in Drosselsteuerung die gewünschte Parkposition der Matrize bis auf 0,01 mm genau erreicht. Mit dem Erreichen der Parkposition ist der Ausformvorgang beendet.
  • Eine VJiederaufwärts-Verfahrbewegung der Matrize 20 auf eine Füllhöhe für einen weiteren Arbeitsyklus kann dann analog zu der entsprechenden Verfahrensphase des Ausformvorgangs erfolgen, wobei natürlich das 2/2 Wegeventil für die Aufwärtsbewegung in gerader Schaltstellung geschaltet wird. Dabei erfolgt wieder die Beschleunigung und Eilgangfahrt der Matrize 20 in einer vom Pumpsystem 15 versorgten Verdrängersteuerung, der Übergang der Verdrängersteuerung in eine Drosselsteuerung mit darauffolgendem Umschalten der Hydraulikfluidversorgung, die für die Positionierung wiederum aus dem Speichersystem 6 erfolgt.
  • Die die gesamte Abfolge steuernde Steuereinrichtung 23 ist eine elektronische Steuerung, welche derart ausgelegt ist, daß sie nicht nur immer wieder die gleiche zeitliche Abfolge der Funktionsabläufe mit gleichen Verfahrgeschwindigkeiten und Verfahrwegen bewirken kann, sondern vielmehr die zeitliche Abfolge der Funktionsabläufe variieren kann, in dem etwa Verfahrgeschwindigkeiten und Verfahrwege oder auch der Bremszeitpunkt von Zyklus zu Zyklus unterschiedlich aufgeschaltet werde können. Diese Verfahrgeschwindigkeiten, Verfahrwege und der Bremszeitpunkt können dabei einerseits von der elektronischen Steuerung 23 berechnet werden, andererseits ist auch an die Möglichkeit gedacht, daß diese manuell eingegeben werden können.
  • Die Erfindung ist nicht allein auf das eben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können die in der Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (15)

  1. Steuervorrichtung für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Zylinder und einen zumindest teilweise in dem Zylinder aufgenommenen und den Zylinderinnenraum längs der Zylinderachse in zwei Teilräume (8, 16) unterteilenden Kolben (9) aufweist, mit einer mit einem ersten Teilraum (8) verbundenen Ventilanordnung (1), die eine ein Ausströmen eines in dem ersten Teilraum (8) aufgenommenen Fluids (17) aus diesem Teilraum (8) verhindernde
    Schließstellung einnimmt, wenn der Druck in dem Fluid (17) kleiner als ein an der Ventilanordnung (1) eingestellter Druckkontrollwert ist, und die in eine dieses Ausströmen ermöglichende Öffnungsstellung öffnet, wenn der Druck in dem Fluid (17) größer als der eingestellte Druckkontrollwert ist,
    gekennzeichnet durch eine an die Ventilanordnung (1) und den ersten Teilraum (8) gekoppelte und die Dämpfung einer durch eine von einer auf den Kolben (9) in Richtung des ersten Teilraums wirkenden, durch Entspannen eines in dem zweiten Teilraum (16) gebildeten Kompressionsvolumens hervorgerufenen Last verursachten Bewegung des Kolbens (9) ausgelösten Druckbelastung in Form einer schlagartigen Druckerhöhung in dem Fluid (17) vorbereitenden Vorspanneinrichtung, mittels der unabhängig von der Last eine Druckerhöhung in dem Fluid (17) auf einen vorbestimmten Druckvorspannwert erzeugbar ist.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druckvorspannwert im wesentlichen gleich dem Druckkontrollwert, oder um 0,1% oder mehr, bevorzugt um 0,5% oder mehr und insbesondere um 1% oder mehr größer als der Druckkontrollwert ist.
  3. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Differenz aus Druckvorspannwert und Druckkontrollwert 20% oder weniger, bevorzugt 10% oder weniger und insbesondere 5% oder weniger des Druckkontrollwerts beträgt.
  4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Ventilanordnung (1) mindestens zweistufig aufgebaut ist, wobei sie eine Hauptstufe (2) aufweist, deren Freigabe/Sperrstellung der Öffnungs-/Schließstellung der Ventilanordnung (1) entspricht, und die ihre Freigabestellung nur einnehmen kann, wenn eine Vorstufe (4), an der der Druckkontrollwert eingestellt ist, geöffnet ist, wobei zur Einnahme der Freigabestellung nach Öffnung der Vorstufe (4) nur ein im Vergleich zu dem Druckkontrollwert kleiner Druck erforderlich ist.
  5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei der Vorstufe (4) und Hauptstufe (2) derart mit dem ersten Teilraum (8) hydraulisch verbunden sind, dass der Druck in dem Fluid (17) einerseits an einer Lastseite der Hauptstufe (2), deren Druckbeaufschlagung der Sperrung der Hauptstufe (2) entgegenwirkt, und andererseits an einer Steuerseite der Hauptstufe (2), deren Druckbeaufschlagung der Freigabe der Hauptstufe (2) entgegenwirkt, sowie an der Vorstufe (4) anliegt, wobei vorzugsweise die Länge einer zumindest abschnittweise eine Umgehungsleitung- aufweisenden Verbindung
    zwischen dem ersten Teilraum (8) und der Steuerseite größer ist als die Länge einer Verbindung zwischen dem ersten Teilraum (8) und der Lastseite.
  6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Vorspanneinrichtung ein Speichersystem (6) aufweist, von dem die Erzeugung der Druckerhöhung über ein Leitungssystem (7) bewirkt wird.
  7. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, bei der das Leitungssystem (7) einen Abschnitt (62) aufweist, der mit einer die Vorstufe (4) und die Steuerseite der Hauptstufe (2) verbindenden Vorsteuerleitung (42) verbunden ist.
  8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Umgehungsleitung und/oder die Vorsteuerleitung (42) und/oder der Abschnitt (62) ein Drosselsystem (13, 3) aufweisen/aufweist.
  9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem statischen Zustand des Fluids (17) die von der Vorspanneinrichtung erzeugte Druckerhöhung dauerhaft ist, insbesondere im statischen Zustand der Druck des Fluids (17) gleich dem in dem Speichersystem (6) vorhandenen Druck ist.
  10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Druckkontrollwert einstellbar und insbesondere manuell einstellbar ist.
  11. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Druckkontrollwert einstellbar und proportional steuerbar ist, wobei insbesondere die Steuerung des Druckkontrollwerts über eine insbesondere von einer Steuereinrichtung (23) vorgegebenen Steuerspannung und dessen Einstellung auf die Ventilanordnung (1)/Vorstufe (4) magnetisch erfolgt.
  12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Ansprechzeit der Ventilanordnung (1) im Bereich 1 - 50 ms, bevorzugt 1 - 20 ms und insbesondere 1 - 5 ms liegt.
  13. Verfahren zur Steuerung einer Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere mit einer Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Zylinder und einen zumindest teilweise in dem Zylinder aufgenommenen und den Zylinderinnenraum längs der Zylinderachse in zwei Teilräume (8, 16) unterteilenden Kolben (9) aufweist, und der erste Teilraum (8) mit einer Ventilanordnung (1) verbunden ist, die .eine ein Ausströmen eines indem ersten Teilraum (8) aufgenommenen Fluids (17) aus diesem Teilraum (8) verhindernde Schließstellung einnimmt, wenn der Druck in dem Fluid (17) kleiner als ein an der Ventilanordnung (1) eingestellter Druckkontrollwert ist, und die in eine dieses Ausströmen ermöglichende Öffnungsstellung öffnet, wenn der Druck in dem Fluid (17) größer als der eingestellte Druckkontrollwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von einer auf den Kolben (9) in Richtung des ersten Teilraums (8) wirkenden Last eine Druckerhöhung in dem Fluid (17) auf einen vorbestimmten Druckvorspannwert erzeugt wird, so dass die Dämpfung einer durch eine von einer auf den Kolben (9) in Richtung des ersten Teilraums wirkenden, durch Entspannen eines in dem zweiten Teilraum (16) gebildeten Kompressionsvolumens hervorgerufenen Last verursachten Bewegung des Kolbens (9) ausgelösten Druckbelastung in Form einer schlagartigen Druckerhöhung in dem Fluid (17) vorbereitet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem weiter mittels eines von einem Pumpsystem (15) erzeugten Hydraulikfluidvolumenstroms der Druck in einem in dem zweiten Teilraum (16) aufgenommenen Hydraulikfluid und damit die Last erhöht wird, bis eine insbesondere mit Überwindung einer der Last entgegenwirkenden Haltekraft einsetzende Bewegung des Kolbens (9) in Richtung des ersten Teileraums (8) ausgelöst wird.
  15. Verwendung einer Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Kolben-Zylinder-Anordnung einer hydraulischen Presse insbesondere im Einsatz der Feuerfest- und Fliesenindustrie, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung insbesondere bei einem Ausformvorgang eines aus von der Presse gepressten Schüttgut bestehenden Presslings aus einer die Form des Presslings mitbestimmender Matrize in einer Neben-Arbeitsachse eingesetzt ist.
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