DD256850A1 - Steuerung des momentenverlaufes druckmittelbetaetigter reibungskupplungen bzw. -bremsen an pressen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetaetigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen an mechanischen Pressen, deren Kolben zur Beseitigung von ruck- und stossartigen Belastungen waehrend der Beschleunigungs- bzw. Bremsphase mit veraenderbarem Druck beaufschlagbar sind. Erfindungsgemaess ist der Druck im Kupplungs- bzw. Bremszylinder mit Hilfe einer zusaetzlichen Steuereinrichtung stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes derart steuerbar, dass sich waehrend der Beschleunigungsphase bei Erreichen der halben Betriebsdrehzahl ein Maximaldruck einstellt, der bis zum Drehzahlangleich wieder bis auf den Anlegedruck der Rueckstellfedern absenkbar und erst nach dem Drehzahlangleich auf den vollen Nenndruck anhebbar ist bzw. waehrend der Bremsphase ein Minimaldruck einstellt, der bis zum Stillstand wieder kontinuierlich bis auf den Ansprechdruck der Bremsfedern anhebbar ist. Fig. 1

Description

-2- Z56S50 Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen an Pressen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches, insbesondere mechanischen Pressen zur Blech- und Massivumformung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In druckmittelbetätigten Reibungskupplungen bzw. -bremsen der vorstehend genannten Art wirkt, wenn nicht zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, in Schließstellung ein Momentenangebot, welches auf Grund der sprunghaften Druckveränderung zu hohen dynamischen Belastungen der Antriebselemente, Schwingungen, Lärm und erhöhtem Verschleiß führt.

Bei bekannten Lösungen wurde deshalb versucht, durch einen verzögerten Druckaufbau im Kupplungszylinder bzw. einen verzögerten Druckabbau im Bremszylinder ein weicheres Eingreifen der Kupplung bzw. der Bremse zu erreichen (DE-OS 1502319; 1777422; 1577264). Als Mittel dazu wurden beispielsweise das gleichzeitige Ablassen eines Teiles der zugeführten Druckluft aus dem Kupplungszylinder mittels eines zusätzlichen steuerbaren Wegeventils, das verzögerte Einströmen von Druckluft in den Kupplungszylinder durch eine zeitweise zuschaltbare Blende in der Einlaßrichtung oder das zeitweise Vorschalten eines zusätzlichen, auf das Volumen des Kupplungs- bzw, Bremszylinders abgestimmten Druckmittelspeichers vorgeschlagen. Die Steuerung der Ventile kann dabei in Abhängigkeit vom Luftdruck im Kupplungszylinder oder dem Weg des Kupplungskolbens erfolgen.

Bei diesen Lösungen ist der Kupplungskolben am Ende des Beschleunigungsprozesses mit annähernd denh maximalen Luftdruck beaufschlagt bzw. der Bremskolben am Ende des Bremsprozesses nahezu druckentlastet, so daß auf Grund des hohen Beschleunigungsmomentes bei Erreichen des Synchronlaufes der beiden Kupplungshälften bzw. des hohen Bremsmomentes bei Erreichen des Stillstandes ein Momentenüberschuß in den drehmassebehafteten und elastischen Antriebswellen entsteht, was in der graphischen Darstellung des Momentenverlaufes als Knicke bzw. Sprünge erkennbar ist. Der Momentenknick zu Beginn des Anlauf- bzw. Bremsprozesses einerseits sowie der Momentensprung am Ende des Beschleunigungs- bzw. Bremsprozesses führen zu ruck-und stoßbehafteten Dreh bewegungen und sind damit eine wesentliche Ursache der vorstehend genannten hohen dynamischen Belastungen der Antriebselemente, Schwingungen und Lärmbelästigungen. Bei weiteren Varianten (DE-OS 2308192) erfolgt das Betätigen der Kupplung während der Beschleunigungsphase durch Druckluft mit gleichbleibend niedrigem Druck, der nach Erreichen des Drehzahlangleichs zwischen den beiden Kupplungshälften in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel der Presse auf den vollen Betriebsdruck umschaltbar ist — beispielsweise durch die Anordnung von zwei stufenweise zuschaltbaren Druckluftspeichern mit unterschiedlichem Druck oder einem zusätzlichen Arbeitszylinder, dessen Volumen so auf den Kupplungszylinder abgestimmt ist, daß bei Verschiebung des Kolbens in seine andere Endlage der Luftdruck so weit erhöht wird, daß das volle Drehmoment der Presse im Arbeitsbereich übertragen werden kann.

In analoger Weise wird zur Steuerung einer hydraulisch betätigbaren Kupplung bzw. Bremse vorgeschlagen (DE-OS 3523163), den Kupplungs-bzw. Bremskolben mit Hilfe von in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel der Presse während der Anlauf- bzw. Bremsphase zuschaltbaren Druckbegrenzungsventilen mit Drucköl mit einem niedrigen Druck zu beaufschlagen und nur während der Arbeitsphase der Presse (120-270° Kurbelwinkel) auf den vollen Betriebsdruck umzuschalten. Bei den beiden letztgenannten Lösungen werden durch das Aufrechterhalten eines gleichbleibend niedrigen Luft- bzw. Öldruckes bis zum Erreichen des Drehzahlangleichs die vorstehend beschriebenen Mängel etwas gemindert — dafür muß jedoch eine wesentlich längere Zeit für den Beschleunigungsprozeß bis zum Erreichen des Drehzahlangleichs der beiden Kupplungshälften in Kauf genommen werden, was eine Verringerung der möglichen Schaltzahlen der Kupplung pro Minute und damit der Produktivität der Presse zur Folge hat.

Zur weiteren Reduzierung des harten Überganges beim Erreichen des Synchronlaufes bzw. des Stillstandes der Abtriebswelle wird bei einer anderen bekannten Lösung (EP 0051684) vorgeschlagen, daß der Druck während des Kuppeins bzw. Bremsens nach Erreichen eines Zwischendruckes, aber noch vor Erreichen der angestrebten Drehzahl η (Betriebsdrehzahl bzw. Stillstand) auf einen Teildruck für einen mindestens bis zum Erreichen der angestrebten Drehzahl η reichenden Zeitraum umschaltbar ist. Dadurch, daß zunächst der gegenüber dem Teildruck höhere (Kupplung) bzw. niedrigere (Bremse) Zwischendruck eingesteuert wird, ergibt sich bei Beginn des Vorganges ein rasches Ansprechen der Kupplung bzw. der Bremse und ein rascher Aufbau eines hohen Kupplungs- bzw. Bremsmomentes. Die nachfolgende Umsteuerung auf den niedrigeren (Kupplung) bzw. höheren (Bremse) Teildruck führt zu einer Abnahme des Drehmomentes bis zum Erreichen der angestrebten Drehzahl η (Nenndrehzahl bzw. Stillstand), wodurch sich ein weicherer Übergang ergibt. Nachfolgend ist wieder der maximale Luftdruck in der Kupplung bzw. mindestens annähernde Druckentlastung der Bremse einzustellen, damit das volle Kupplungsmoment für den Arbeitsvorgang der Presse bzw. das volle Bremsmoment zur Verfügung steht. Die Wirkzeit des Teildruckes und damit des reduzierten Drehmomentes ist durch ein Zeitsteuergerät einstellbar. Die gestufte Druckeinstellung und die Wirkzeit ist auch durch ein Proportionaldruckminderventil realisierbar, das durch eine Programmsteuerung ansteuerbar ist. Die vorgeschlagene Steuerung ermöglicht zwar auf Grund des durch den niedrigen Teildruck bedingten geringen wirksamen Drehmomentes in der Phase des Drehzahlangleichs eine Reduzierung der ruck- und stoßartigen Belastungen beim Erreichen des Drehzahlangleichs, aber auch bei dieser Lösung treten sprungartige Veränderungen des wirksamen Drehmomentes beim Anlegen der Kupplungs- bzw. Bremsscheiben bei Erreichen des Ansprechdruckes der Rückstellfedern, beim Erreichen des Zwischendruckes, beim Umschalten auf Teildruck, beim Erreichen des Drehzahlangleichs auf. Diese Momentensprünge bzw. Momentenknicke sind die Ursache von ruck- und stoßbehafteten Drehbewegungen mit den bereits vorstehend beschriebenen Nachteilen. Eine Beseitigung der ruck- und stoßartigen Belastungen der Antriebselemente während des gesamten Beschleunigungs- bzw. Bremsprozesses ist auch durch diese Lösung nicht erreichbar.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die bei den bekannten Lösungen zu Beginn, während und am Ende des Beschleunigungs- bzw. Bremsprozesses auftretenden Stöße als Erregerquellen für Schwingungen nicht entstehen zu lassen und die dadurch verursachten zusätzlichen hohen dynamischen Belastungen der Antriebselemente zu beseitigen sowie die Lärmentwicklung und den Verschleiß im Getriebe zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einen gesteuerten Druckaufbau in der Kupplung bzw. Druckabbau in der Bremseden Momentenverlauf so zu gestalten, daß ein stoß-und ruckfreies Beschleunigen bzw. Abremsen der Abtriebswelle während des gesamten Beschleunigungs- bzw. Bremsprozesses gewährleistet ist, ohne die erforderlichen Zykluszeiten für das Beschleunigen bzw. Bremsen zu verlängern.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Druck im Kupplungszylinder während der gesamten Beschleunigungsphase — vom Anlegen der Reibscheiben bei Erreichen des Anlegedruckes des Kupplungskolbens bis zum Drehzahlangleich zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle — mit Hilfe einer zusätzlichen Steuereinrichtung stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes derart steuerbar ist, daß sich bei Erreichen der halben Betriebsdrehzahl ein Maximaldruck einstellt, der bis zum Drehzahlangleich wieder stufenlos so weit absenkbar ist, daß die wirksame Kolbenkraft gleich oder nur geringfügig größer als die Federkraft der Rückstellfedern ist und erst nach dem Drehzahlangleich auf den vorgegebenen Betriebsdruck umschaltbar ist bzw. der Druck im Bremszylinder während der gesamten Bremsphase — vom Anlegen der Reibscheiben beim Erreichen des Ansprechdruckes der Bremsfedern bis zum Stillstand der Antriebswelle — mit Hilfe einer zusätzlichen Steuereinrichtung stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes derart steuerbar ist, daß bei Erreichen der halben .Betriebsdrehzahl ein Minimaldruck erreichbar ist, der bis zum Stillstand der Abtriebswelle wieder kontinuierlich so weit anhebbar ist, daß im Moment des Stillstandes die wirksame Kolbenkraft des Bremskolbens gleich oder nur geringfügig kleiner als die Federkraft der Bremsfedern ist und erst nach dem Stillstand auf die vollständige Druckentlastung des Bremskolbens umschaltbar ist.

Die zusätzliche Steuereinrichtung weist ein mechanisches Steuerelement auf, das mit dem Kolben eines Arbeitszylinders in Wirkverbindung steht, dessen Druckmittelanschluß über ein Rückschlagventil und eine Drossel mit der Druckmittelquelle und über ein zwischengeschaltetes Wegeventil mit dem Einlaß des Pressensicherheitsventiles der Kupplung bzw. mit dem Auslaß des Pressensicherheitsventiles der Bremse und über ein zusätzliches nachgeschaltetes Wegeventil mit der bremsseitigen Auslaßleitung des Druckmittels verbunden ist, wobei dem Wegeventil ein Druckmittelspeicher in bekannter Weise vorgeschaltet ist. . _ ' ' · '

Als mechanisches Steuerelement ist eine mit einem separaten Antrieb versehene Steuerkurve bzw. ein Kurbelantrieb oder ein anderes Koppelgetriebe angeordnet, dessen Abtriebsglied mit dem Kolben des Arbeitszylinders in Wirkverbindung steht. Zweckmäßigerweise besteht der Antrieb des mechanischen Steuerelementes aus einem separaten, in Abhängigkeit vom Einschaltimpuls für das Pressensicherheitsventil der Kupplung bzw. der Bremse einschaltbaren Elektromotor oder Hydraulikbzw. Pneumatikmotor.

In gleicher Weise könnte das mechanische Steuerelement über ein Zwischengetriebe und eine schaltbare Kupplung mit einem ständig umlaufenden Getriebeglied des Primärantriebes der Presse oder einem ständig umlaufenden separaten Elektromotor kuppelbar sein.

Der Hub des Kolbens des Arbeitszylinders ist durch Verstellung der Kurbel des Kurbeltriebes bzw. mindestens einer Druckstange des Koppelgetriebes in ihrer Länge einstellbar. :

Durch den Einschaltimpulsfür die Presse wird zunächst in bekannter Weise durch Betätigung des Pressensicherheitsventiles der Bremse der Bremskolben zügig mit Druckmittel beaufschlagt und damit die Bremse gelöst. Gleichzeitig strömt nach Betätigung des Pressensicherheitsventiles der Kupplung Druckmittel aus einem zwischengeschalteten Druckmittelspeicher in den Kupplungszylinder ein, so daß der Ansprechdruck der Federn schnell erreicht und der Kupplungskolben zügig, jedoch lärmarm, in seine Arbeitstellung bewegt wird. Anschließend wird durch die Betätigung der zusätzlichen Steuereinrichtung der Druck in dem aus Kupplungszylinder, Druckmittelspeicher und zusätzlichem Arbeitszylinder bestehenden Kupplungssystem stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes bis zum Erreichen der halben Betriebsdrehzahl auf einen Maximalwert angehoben und dann bis zum Drehzahlangleich wieder kontinuierlich bis auf bzw. geringfügig über den Ansprechdruck der Federn abgesenkt. Nach Erreichen des Drehzahlangleichs wird der Kupplungszylinder in bekannter Weise durch Umschalten eines dem Pressensicherheitsventil vorgeschalteten Wegeventiles unmittelbar mit der Druckmittelquelle verbunden und der Kupplungskolben mit dem vollen Nenndruck beaufschlagt.

Beim Stillsetzen der Presse wird durch Umschalten des Pressesicherheitsventiles der Kupplung der Kupplungskolben zügig entlastet und damit die Kupplung gelöst. Gleichzeitig wird in bekannter Weise durch Umschalten des Pressesicherheitsventiles der Bremse zunächst sehr schnell so viel Druckmittel aus dem Bremszylinder in einem nachgeschalteten Druckmittelspeicher abgelassen, daß der Druck im Bremssystem geringfügig unter den Ansprechdruck der Bremsfedern absinkt, wodurch der Bremskolben schnell und lärmarm in seine Arbeitsstellung bewegt wird. Anschließend wird mit Hilfe der zusätzlichen Steuereinrichtung der Druck im Bremssystem stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes so weit abgesenkt, daß bei Erreichen der halben Betriebsdrehzahl ein Tiefstwert erreicht wird, der bis zum Stillstand der Abtriebswelle wieder annähernd bis auf den Ansprechdruck der Federn stufenlos angehoben wird. Mit dem Stillstand wird durch Umschalten eines zusätzlichen Wegeventiles der Bremskolben vollständig druckentlastet.

Zur Gewährleistung der erforderlichen kurzen Bremszeiten beim Notstop im Gefahrenfalle ist das nachgeschaltete Wegeventil während des Abwärtshubes des Pressenstößels in die lagekontrollierte Auslaßstellung geschaltet, wodurch eine sehr schnelle vollständige Druckentlastung des Bremskolbens realisierbar ist.

Ausführungsbeispiele

Mehrere zweckmäßige Varianten zur Realisierung der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Steuerungssystem einer druckmittelbetätigten Reibungskupplung und-bremse in getrennter Ausführung mit den

zusätzlichen Steuereinrichtungen zur Steuerung des Momentenverlaufes in abstrahierter Form,

Fig.2: eine graphische Darstellung des Druck-, Drehmomenten- und Drehzahlverlaufes während des Kupplungsprozesses,

Fig. 3: den Druck-, Drehmomenten-und Drehzahlverlauf während des Bremsprozesses,

Fig.4: die zusätzliche Steuereinrichtung an einer pneumatisch betätigbaren Reibungskupplung,

Fig.5: die Steuereinrichtung an einer pneumatisch betätigbaren Reibungsbremse,

Fig.6: die Steuereinrichtung an einer hydraulisch betätigbaren Reibungsbremse.

In der abstrahierten Darstellung gemäß Fig. 1 ist das von einem hier nicht gezeigten Antriebsmotor angetriebene Schwungrad der Presse direkt oder über ein Zwischengetriebe mit der Kupplung 2 verbunden. Die spielbehafteten Getriebeelemente sind durch die Position 6 symbolisch dargestellt. Alle Drehmassen des Sekundärgetriebes sind auf die Drehmasse 3 reduziert und zusammengefaßt. Die Bremse 4 mit ihrem Betätigungselement 5 ist getrennt von der Kupplung 2 am gegenüberliegenden Ende der Kupplungswelle angeordnet und bewirkt das Abbremsen des gesamten Sekundärteiles des Getriebes einschließlich des über das Pleuel 7 mit diesem verbundenen Stößels 8, sowie das Festhalten desselben während des Stillstandes der Presse. Zwischen der Druckmittelquelle 12 und dem Kupplungs- bzw. Bremszylinder sind Pressensicherheitsventile 9,16 in bekannter Weise zwischengeschaltet. Dem Pressensicherheitsventil 9 der Kupplung 2 ist ein weiteres Wegeventil 10 vorgeschaltet, durch das die Kupplung 2 während der Anlaufphase bis zum Drehzahlangleich mit einer zusätzlichen Steuereinrichtung 11 (Schaltstellung b) und nach Erreichen des Drehzahlangleichs direkt mit der Druckmittelquelle 12 (Schaltstellung a) verbunden ist. Die zusätzliche Steuereinrichtung 11 ist mit dem Einlaß des Wegeventiles 10 sowie über ein zwischengeschaltetes Rückschlagventil 13 und eine Drossel 14 mit der Druckmittelquelle 12 verbunden und durch mechanische Steuerelemente so betätigbar, daß während der Beschleunigungsphase vom Anlegen der Kupplung 2 bis zum Drehzahlangleich der beiden Kupplungshälften eine Druckveränderung in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes ermöglicht wird, der beim Erreichender halben Betriebsdrehzahl ein Maximum erreicht, das bis zum Drehzahlangleich.wieder bis auf bzw. geringfügig über den Anlegedruck der Kupplung 2 absinkt. An Stelle des Rückschlagventils 13 könnte auch ein Wegeventil angeordnet sein, das zwangsweise durch die zusätzliche Steuereinrichtung 11 betätigbar ist. Zur Realisierung kurzer Schaltzeiten der Kupplung 2 ist zwischen der Drossel 14 und dem Rückschlagventil 13 ein Druckmittelspeicher 15 mit abgestimmtem Volumen in bekannter Weise zugeschaltet, der einen schnellen Druckaufbau im Kupplungszylinder bis zum Überwinden des Ansprechdruckes der Kupplungsfedern und das Anlegen des Kupplungskolbens bewirkt.

Dem Pressensicherheitsventil 16 der Bremse 4 ist ebenfalls in bekannter Weise ein stellungsüberwachtes Wegeventil 17 nachgeschaltet, das zur Druckentlastung der Bremse 4 annähernd des Stillstandes der Presse sowie zur Gewährleistung sehr kurzer Bremszeiten bei Notstop in den kollissionsgefährdeten Phasen während des Abwärtshubes des Stößels 8 geöffnet ist (Schaltstellung a) und so einen schnellen Druckabbau im Bremszylinder ermöglicht. Zwischen dem Pressensicherheitsventil und dem Wegeventil 17 ist ein Druckmittelspeicher 18 mit abgestimmtem Volumen installiert, der beim Umschalten des Pressesicherheitsventiles 16 (Schaltstellung b) und geschlossenem Wegeventil 17 durch die Aufnahme eines bestimmten Druckmittelvolumens ein schnelles Absenken des Druckes im Bremszylinder bis auf bzw. geringfügig unter dem Ansprechdruck der Bremsfedern und damit ein weiches Anlegen des Bremskolbens bewirkt.

Erfindungsgemäß ist in analoger Weise wie bei der Kupplung parallel zum Druckmittelspeicher 18 eine zusätzliche Steuereinrichtung 19 angeschlossen, die die gezielte Veränderung des Druckes im Bremszylinder während der Verzögerungsphase vom Anlegen des Bremskolbens bis zum Stillstand der Presse ermöglicht. ,

In Fig. 2 ist der Druck-, Momenten- und Drehzahlverlauf während des Kupplungsprozesses in Abhängigkeit von der Zeit t graphisch dargestellt. Es bedeutet:

p-Kurve — den Druckverlauf inderKupplung in Abhängigkeit von derZeitt; M-Kurve — das Beschleungigungsmoment der Kupplung — der Druckverlauf entspricht im wesentlichen dem Momentenverlauf, wenn der Reibfaktor des Reibwerkstoffes während des Angleichprozesses konstant angenommen wird und die Reibverluste in Kupplung und Bremse durch Dichtungen und Führungen vernachlässigt werden;

n-Kurve — den Drehzahlverlauf desSekundärgetriebes;

Punkt a — Einschaltimpuls für die Pressensicherheitsventile 9 und 16—die Zeitspanne a-b entspricht der Schaltzeit für Pressensicherheitsventile;

Punkt b — Beginn des Druckaufbaues in der Kupplung und in der Bremse—die Pressensicherheitsventile 9 und 16 der Kupplung 2 und der Bremse4sind in Schaltstellung a geschaltet. Während derZeitspanne b-c wird die Bremse zügig gelöst. Gleichzeitig strömt aus dem Druckmittelspeicher 15 eine dosierte Menge Druckmittel über das dem Pressesicherheitsventil 9 vorgeschaltete geöffnete Wegeventil 10 in den Kupplungszylinder, wodurch die Kraft der Kupplungsfedern überwunden und der Kupplungskolben in seine Arbeitsstellung bewegt wird.

Punkte — die Kupplung befindet sich in Schließstellung und der Beschleunigungsprozeß beginnt. Während der Zeitspanne c-d wird durch Betätigung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 11 der Druck im Kupplungszylinder kontinuierlich in Form einer knickfreien Kurve erhöht.

Punkt d — der Druck im Kupplungszylinder und damit das wirksame Moment hat bei der halben Nenndrehzahl einen Maximalwert erreicht. Während derZeitspanne d-e wird der Druck mit Hilfe der Steuereinrichtung 11 wieder kontinuierlich stufenlos bis auf bzw. geringfügig über den Anlegedruck pA der Kupplung abgesenkt.

Punkte — der Synchronlauf der Antriebswelle und der Abtriebswelle ist erreicht—der Druck ist bis auf bzw. geringfügig über den Anlegedruck reduziert, so daß nur noch ein geringeres Beschleunigungsmoment wirksam ist. Während der Zeitspanne erfolgt durch Umschalten des Wegeventiles 10 ein schneller Druckaufbau in der Kupplung.

- 5 - έΟΟ ÖOU

Punktf — der volle Betriebsdruck ist erreicht, so daß das max. Kupplungsmomentzur Verfügung steht.

In Fig.3 ist der Druck-, Momenten- und Drehzahlverlauf während des Bremsprozesses graphisch dargestellt. Es bedeuten (analog zu Fig.2)

p-Kurve — den Druckverlauf inderBremse4in AbhängigkeitvonderZeitt; M-Kurve — das wirksame Bremsmoment;

n-Kurve — den Drehzahlverlauf;

Punkt g — den Ausschaltimpuls für die Pressensicherheitsventile 9 und 16 der Kupplung 2 und der Bremse 4. Die Zeitspanne

g-h entspricht der Sch'altzeit für die Pressensicherheitsventile 9 und 16. Punkt h — die Pressensicherheitsventile 9 und 16 und das dem Pressensicherheitsventil 16 nachgeschaltete Wegeventil 17 sind in die Schaltstellung b umgeschaltet. Während der Zeitspanne h-i wird die Kupplung zügig gelöst.

Gleichzeitig strömt ein Teil des Druckmittels aus dem Bremszylinder in den nachgeschalteten Druckmittelspeicher

18, wodurch der Druck im Bremszylinder bis auf bzw. geringfügig unter den Ansprechdruck der Bremsfedern • absinkt und der Bremskolben durch die Kraft der Bremsfedern inseine Endlage geschoben wird. Punkt i — die Bremse ist geschlossen und der Bremsprozeß beginnt. Während der Zeitspanne i-k wird durch die Betätigung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung der Druck im Bremszylinder kontinuierlich in Form einer knickfreien

Kurve abgesenkt.

Punkt k — der Druck im Bremszylinder erreicht einen Tiefstwert und damit das wirksame Bremsmoment einen Maximalwert.

Während der Zeitspanne k-l wird der Druck mit Hilfe der Steuereinrichtung 19 wieder kontinuierlich stufenlos bis auf bzw. geringfügig unter den Anlegedruck pA der Bremse erhöht, so daß das wirksame Bremsmoment am Ende

des Bremsprozesses allmählich gegen Null geht

Punkt I — die Abtriebswelle befindet sich im Stillstand. Während der Zeitspanne l-m wird die Bremse durch Umschalten des Wegeventiles 17 vollständig druckentlastet, so daß das volle Bremsmoment zum sicheren Halten des Stößels in

der oberen Endlage zur Verfügung steht

Punkt m — der Bremsprozeß ist abgeschlossen.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsvariante der zusätzlichen Steuereinrichtung 11 an einer pneumatisch betätigbaren Kupplung 2. Die Steuereinrichtung 11 besteht aus einer mit einem separaten Antrieb versehenen Steuerkurve 20, die auf die Kolbenstange eines Arbeitszylinders 21 wirkt, dessen Druckanschluß über ein Rückschlagventil 13 und eine Drossel 14 mit der Druckmittelquelle 12 und über ein zwischengeschaltetes Wegeventil 10 mit dem Pressensicherheitsventil 9 der Kupplung 2 verbunden ist. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Arbeitszylinders 21 wäre es ggf. auch realisierbar, daß das Volumen desselben ausreicht, um beim Umschalten des Pressensicherheitsventiles 9 den Anlegedruck der Rückstellfedern zu erreichen und die Kupplung 2 zu schließen, so daß der Arbeitszylinder 21 die Funktion des Druckmittelspeichers 15 mit übernimmt und der Druckmittelspeicher 15 in diesem Fall gar nicht erforderlich wäre. Durch die Verschiebung des Kolbens 22 entsprechend der der Steuerkurve 20 aufgetragenen Funktion wird durch die Kompression bzw. Entspannung der Druckluft in dem durch das Rückschlagventil 13 abgeschlossenen Kupplungssystem der erforderliche Druckverlauf realisiert.

Die im Beispiel als umlaufende Kurvenscheibe dargestellte Steuerkurve 20 könnte in gleicherweise auch als ein schwenkbares Kurvensegment oder als translatorisch bewegbarer Schieber ausgeführt werden.

Nachdem sich die Kupplung 2 durch die Betätigung des Pressensicherheitsventiles 9—wie bereits vorstehend beschrieben — in die Schließstellung bewegt hat, erfolgt die Zuschaltung der Steuerkurve 20. Der Druck in der Kupplung erreicht bei Hubende des Kolbens 22 einen Höchstwert, der bei Rückzug des Kolbens 22 in seine Ausgangslage wieder bis nahezu auf den Anlegedruck absinkt.

Die Ausführung wäre in gleicherweise auch an hydraulisch betätigbaren Kupplungen möglich, wobei dann der in seinem Volumen auf den Kupplungszylinder abgestimmte Druckmittelspeicher 15 unmittelbar zwischen dem Wegeventil 10 und dem Rückschlagventil 13 angeschlossen wird. Anstelle der Steuerkurve könnte auch ein mit einem separaten Antrieb versehener umlaufender Kurbeltrieb oder ein mehrgliedriges Koppelgetriebe, dessen Bewegungscharakteristik den geforderten kontinuierlichen stufenlosen Druckaufbau und Druckabbau ermöglicht, mit der Kolbenstange des Arbeitszylinders 21 verbunden sein.

Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist sinngemäß auch für den Bremsprozeß anwendbar. In Fig. 5 wird an einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung an einer pneumatisch betätigbaren Bremse 4 dargestellt. Mit Bezug auf Fig. 1 ist zwischen dem Auslaß des Pressensicherheitsventiles 16 und dem steuerbaren Wegeventil 17 ein zusätzlicher Arbeitszylinder 21 angeschlossen, dessen Kolben 22 mit einem durch den separaten Antrieb betätigbaren Kurbeltrieb 23 verbunden ist. Parallel zum Arbeitszylinder 21 ist ein Druckmittelspeicher 18 angeschlossen, der so dimensioniert ist, daß beim Umschalten des Pressensicherheitsventiles 16 der Druck in der Bremse bis auf den Anlegedruck pA absinkt. Zur Vermeidung des zusätzlichen Energieverbrauches für die Entspannung und Kompression des im Druckmittelspeicher 18 befindlichen Luftvolumens ist es zweckmäßig, während der Betätigung der zusätzlichen Steuereinrichtung 19 den Druckmittelspeicher 18 durch ein mechanisch durch die Steuereinrichtung 19 — beispielsweise durch die Bewegung des Kolbens 22—schaltbares Wegeventil 24 abzusperren. Bei entsprechender Dimensionierung des Arbeitszylinders 21 könnte auch der Ausgang des Wegeventiles 24 mit dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum des Arbeitszylinders 21 durch eine Leitung 25 (gestrichelte Linie) verbunden sein, so daß dieser die Funktion des Druckmittelspeichers 18 mit übernimmt und der Druckmittelspeicher 18 nicht erforderlich wäre. Vor Beginn des Bremsprozesses befindet sich der Kurbeltrieb, wie in Fig. 5 dargestellt, in gestreckter Lage. Das Wegeventil 17 ist geschlossen (Schaltstellung b). Beim Umschalten des Pressensicherheitsventils 16 (Schaltstellung b) strömt die Druckluft über das Wegeventil 24 (Schaltstellung a) in den Druckmittelspeicher 18, wodurch der Druck in der Bremse auf den Anlegedruck pA absinkt. Nach dem Anlegen der Bremse 4 erfolgt das Einschalten des Kurbeltriebes 23. Mit Beginn der Kolbenbewegung wird die Verbindung zum Druckmittelspeicher 18 durch Umschalten des Wegeventiles 24 (Schaltstellung b) abgesperrt und der Druckmittelspeicher 18 entlüftet. Durch die weitere Kolbenbewegung wird der Druck im Bremssystem auf Grund der Expansion der Druckluft in der erforderlichen Weise abgesenkt, um nach einer halben Umdrehung der Kurbel wieder annähernd bis auf den Ansprechdruck der Bremsfedern anzusteigen. Nach dem Stillstand erfolgt die vollständige Druckentlastung der Bremse 4 durch Umschalten des lagekontrollierten Wegeventiles in die Schaltstellung a. .

Fig. 6 zeigt in analoger Weise die Anwendung der Erfindung an einer hydraulischen betätigbaren Bremse 4, wobei als Druckmittelspeicher 18 ein federbelasteter Kolbenspeicher vorgesehen ist. Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen Ausführung gemäß Fig. 5 ist das Wegeventil 24 auf Grund der geringen Kompressibilität des Drucköles nicht erforderlich. Der Druckmittelspeicher 18könnnteauch auf einfache Weise mit dem Arbeitszylinder 21 kombiniert sein, indem zwischen dem Kolben 22 und dem Kurbeltrieb 23 eine Feder angeordnet wird.

Zur Anpassung des wirksamen Kupplungs- bzw. Bremsmomentes beim Pressen mit veränderbaren Hubzahlen ist es zweckmäßig, die Kurbel des Kurbeltriebes 23 bzw. mindestens eine Druckstange des Koppelgetriebes in ihrer Länge und damit den Hub des Kolbens 22 einstellbar auszuführen und ggf. die Drehzahl des separaten Antriebes regelbar zu gestalten. Die Erfindung ist in abgewandelter Form auch zur Steuerung von Kupplungs-Brems-Kombinationen, bei denen nur ein durch ein Pressensicherheitsventil steuerbarer Kolben gleichzeitig die Bremse löst und die Kupplung schließt, anwendbar. Dabei könnte die vorstehend beschriebene, dem Eingang des Pressensicherheitsventiles 9 der Kupplung 2 vorgeschaltete und die dem Ausgang des Pressensicherheitsventiles 16 der Bremse 4 nachgeschaltete Steuereinrichtung dem Eingang und dem Ausgang des gemeinsamen Pressensicherheitsventiles in analoger Weise vor- und nachgeschaltet werden.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen knick- und sprungfreien Momentenverlaufes wäre natürlich auch durch die Anordnung von durch eine Programmsteuerung betätigbaren Proportionaldruckminderventilen an Stelle der vorstehend beschriebenen mechanischen Steuereinrichtungen möglich, wobei der Einsatz von Proportionaldruckminderventilen zur Kupplungs- bzw. Bremssteuerung aus ökonomischen Gründen nur dann gerechtfertigt wäre, wenn die Presse bereits mit einer elektronischen Programmsteuerung ausgerüstet ist und diese zur Steuerung der Proportionalventile zusätzlich mitgenutzt werden kann.

Claims (7)

1. - 1 - ZSb 8ÖU

   Patentansprüche:

   1. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen an Pressen, mit einem durch Federkraft rückstellbaren Kupplungskolben bzw. einen der Kraft der Bremsfedern entgegenwirkenden Bremskolben, der wahlweise während der Beschleunigungsphase vor Erreichen des Drehzahlarigleichs zwischen der Antriebswelle bzw. während der Bremsphase vor Erreichen des Stillstandes der Abtriebswelle durch zusätzliche Steuereinrichtungen mit veränderbarem Druck beaufschlagbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck im Kupplungszylinder während der gesamten Beschleunigungsphase — vom Anlegen der Reibscheiben bei Erreichen des Anlegedruckes des Kupplungskolbens bis zum Drehzahlangleich zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle — mit Hilfe einer zusätzlichen Steuereinrichtung (11) stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes derart steuerbar ist, daß sich beim Erreichen der halben Betriebsdrehzahl ein Maximaldruck einstellt, der bis zum Drehzahlangleich wieder stufenlos so weit absenkbar ist, daß die wirksame Kolbenkraft gleich oder nur geringfügig größer als die Federkraft der Rückstellfedern ist und erst nach dem Drehzahlangleich auf den vorgegebenen Betriebsdruck umschaltbar ist bzw. der Druck im Bremszylinder während der gesamten Bremsphase — vom Anlegen der Reibscheiben beim Erreichen des Ansprechdruckes der Bremsfedern bis zum Stillstand der Abtriebswelle — mit Hilfe einer zusätzlichen Steuereinrichtung (19) stufenlos in Form eines knickfreien Kurvenverlaufes derart steuerbar ist, daß sich bei der halben Betriebsdrehzahl ein Minimaldruck einstellt, der bis zum Stillstand der Abtriebswelle wieder kontinuierlich so weit anhebbar ist, daß im Moment des Stillstarides die wirksame Kolbenkraft des Bremskolbens gleich oder nur geringfügig kleiner als die Federkraft der Bremsfedern ist und erst nach dem Stillstand auf die vollständige Druckentlastung des Bremskolbens umschaltbar ist.
2. 2. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zusätzliche Steuereinrichtung (11; 19) ein mechanisches Steuerelement aufweist, das mit dem Kolben (22) eines Arbeitszylinders (21) in Wirkverbindung steht, dessen Druckmittelanschluß über ein Rückschlagventil (13) und eine Drossel (14) mit der Druckmittelquelle (12) und über ein zwischengeschaltetes Wegeventil (10) mit dem Einlaß des Pressensicherheitsventiles (9) der Kupplung (2) bzw. mit dem Auslaß des Pressensicherheitsventiles (16) der Bremse (4) und über ein zusätzliches nachgeschaltetes Wegeventil (17) mitder bremsseitigen Auslaßleitung des Druckmittels verbunden ist, wobei dem Wegeventil (10; 17) ein Druckmittelspeicher (15; 18) in bekannter Weise vorgeschaltet ist.
3. 3. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw.- bremsen nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als mechanisches Steuerelement eine mit einem separaten Antrieb versehene Steuerkurve (20) angeordnet ist, die mit dem Kolben (22) des Arbeitszylinders (21) in Wirkverbindung steht.
4. 4. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als mechanisches Steuerelement ein mit einem separaten Antrieb versehener Kurbelantrieb (23) oder ein anderes Koppelgetriebe angeordnet ist, dessen Abtriebsglied mit dem Kolben (22) des Arbeitszylinders (21) in Wirkverbindung steht.
5. 5. Steuerung des Mpmentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Antrieb des mechanischen Steuerelementes aus einem separaten, in Abhängigkeit vom Einschaltimpuls für das Pressensicherheitsventil (9; 16) der Kupplung (2) bzw. der Bremse (4) einschaltbaren Elektromotor oder Hydraulik- bzw. Pneumatikmotor besteht.
6. 6. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das mechanische Steuerelement über ein Zwischengetriebe und eine in Abhängigkeit vom Einschaltimpuls für das Pressensicherheitsventil (9; 16) der Kupplung (2) bzw. der Bremse (4) schaltbare Kupplung mit einem ständig umlaufenden Getriebeglied des Primärantriebes der Presse oder einem ständig umlaufenden separaten Elektromotor kuppelbar ist.
7. 7. Steuerung des Momentenverlaufes druckmittelbetätigter Reibungskupplungen bzw. -bremsen nach den Ansprüchen 1,2 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Hub des Kolbens (22) des Arbeitszylinders (21) durch Verstellung der Kurbel des Kurbeltriebes (23) bzw. mindestens einer Druckstange des Koppelgetriebes in ihrer Länge einstellbar ist.

   Hierzu 4 Seiten Zeichnungen