DE10015785A1 - Einfache, sichere und schnelle Ventileinrichtung insbesondere für hydraulische Überlasteinrichtungen an Pressen - Google Patents

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventileinrichtung für hydraulische Überlastsicherungen an Pressen so auszubilden, daß sie folgenden Anforderungen gerechnet wird: DOLLAR A * Einfacher, kostengünstiger Aufbau DOLLAR A * Geringste Leckage im Betriebszustand DOLLAR A * Sehr schnelle Reaktion bei Überlastung der Presse DOLLAR A * Hohe Zuverlässigkeit DOLLAR A * Möglichkeit einer sehr schnellen elektronischen Ansteuerung DOLLAR A * Absicherung von Mehrpunktpressen mit geringem Aufwand. DOLLAR A Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit der in den Ansprüchen angegebenen Ausführung gelöst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinrichtung, insbesondere für hydraulische Überlastsicherungen an Pressen. Beispielsweise werden die Pleuel schwungradun­ terstützter mechanischer Pressen mit hydraulischen Druckkissen abgestützt, die bei Überlastung der Pressen vom anstehenden Öldruck entlastet werden und den weiteren Pleuelweg aufnehmen.

Die Ansteuerung dieser hydraulischen Druckkissen erfolgt in der Regel mit Ventilen, die ab einem bestimmten, maschinenspezifisch eingestellten Druck die Druckkissen zum Tank entlasten. Mit bekannten Überlastventilen ist es derzeit bei Pressen mit Hubzahlen unterhalb von 200/min gut möglich, einen unzulässigen Kraftanstieg der Presse im unteren Arbeitsbereich zu verhindern. Bei größeren Hubzahlen ergeben sich jedoch zunehmend Probleme für die Absicherung der Pressen gegen Überlastung. Infolge der Schaltzeiten bekannter Überlastventile nimmt die Überlastung der Pressen mit größer werdenden Hubzahlen immer mehr zu.

Aus der AS DE 25 44 507 ist eine Ventileinrichtung für hydraulische Überlastsicherun­ gen von Pressen bekannt mit einem konischen, kreisringförmigen Ventilverschlußteil. Der auf das Ventilverschlußteil wirkende, genau eingestellte Vorspanndruck hält den Ventilkolben gegen den Druck des unterhalb des Pleuls gelegenen Kissens zu. Eine unzulässige Vergrößerung des Kissendrucks bewirkt die Öffnung des Ventilkolbens. Zum Zwecke des Abbremsens des Ventilkolbens in seiner Endlage wird über eine ko­ nische Ringfläche am Ende des Öffnungsvorgangs der Ölabfluß aus dem Raum für den Vorspanndruck abgeriegelt und die Druckerhöhung im Vorspanndruckraum bremst den Kolben ab. Die hier angegebene Ausführung hat nun folgende Nachteile: Die Abdich­ tung der Tankseite gegen den Kissendruck erfolgt mit einer Spaltdichtung. Hieraus re­ sultieren insbesondere Leckageverluste während des Betriebs. Eine überschlägige Berechnung ergibt, daß sich bei einem Ventil der Nennweite 40 mm, einem Spalt von 0.02 mm, einer Dichtlänge von 2 mm und einem Druck von 250 Bar ein permanenter Energieverlust von 0,5 kW ergibt, der jährlichen Kosten in der Größenordnung von 500 DM verursacht. Ein weiterer Nachteil der hier angegebenen Lösung ist die Art der Endlagendämpfung. Bei der angegebenen Dämpfung baut sich ein Druck auf der Zuhalteseite auf. Bei Mehrpunktpressen ist man jedoch bestrebt, den Zuhaltedruck möglichst schnell abzusenken um so ein schnelles und gleichzeitiges Ablassen des Öls aus den einzelnen Druckkissen zu erreichen.

Im Stanzereibetrieb erlangt weiter der Einsatz elektronisch basierter Überwachungs­ systeme eine zunehmende Bedeutung. Es existieren derzeit elektronische Werk­ zeugüberwachungssysteme, deren Beschaffungskosten bei steigender Zuverlässigkeit sinken. Gleichzeitig werden die zu fertigenden Teile immer komplexer, vereinen immer mehr Funktionen in einem Teil. Damit einher geht eine Steigerung der Kosten für die eingesetzten Werkzeuge. Wünschenswert ist es daher, die Presse bei Feststellung einer Störung während des Stanzereibetriebs möglichst schnell mittel eines elek­ trischen Signals stillzusetzen. Registriert eine Sensorik beispielsweise das Abbrechen eines Schneidstempels im Werkzeug, so weist der Stößel einer Schneidpresse bei ei­ nem Hub von 50 mm und einer Hubzahl von 200/min eine Geschwindigkeit von ca. 0,3 mm/msec auf, wenn der Kurbelwinkel 30 Grad vor dem unteren Umkehrpunkt beträgt. Derzeitige Systeme zum elektronischen Abschalten der hydraulischen Über­ lastsicherung der Pressen weisen jedoch Schaltträgheiten von deutlich über 10 ms auf. Ein Abbrechen von gehärteten Teilen kann damit erhebliche Schäden am Werkzeug verursachen. Je früher der Kraftfluß der Maschine in solch einem Fall unterbrochen wird, um so geringer werden die Schäden am Werkzeug sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein schnelles Abschalten der Presse bei Überlastung - das aus Gründen der Zuverlässigkeit des Systems mecha­ nisch initiiert sein sollte - wahlweise mit der Möglichkeit eines schnellen elektronisch initiierten Abschaltens zu kombinieren. Die Lösung der gestellten Aufgaben soll gleichzeitig noch bei gleichem oder sogar geringerem Aufwand durch kostengünstig herzustellende Bauelemente realisiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es insgesamt, eine Ventileinrichtung für hydraulische Über­ lasteinrichtungen so auszubilden, daß sie folgenden Anforderungen gerecht wird:

• - Einfacher, kostengünstiger Aufbau
• - Geringste Leckage im Betriebszustand
• - Sehr schnelle Reaktion bei Überlastung der Presse
• - Hohe Zuverlässigkeit
• - Möglichkeit einer sehr schnellen elektronischen Ansteuerung
• - Absicherung von Mehrpunktpressen mit geringem Aufwand

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Ausführungen gelöst.

Die Ausführung des Ventilkolbens mit zwei Sitzdichtungen gewährleistet einen einfachen und kostengünstigen Aufbau. So besteht die Ausführung nach Fig. 1 - abgesehen von Kaufteilen wie Schrauben oder Federn - aus lediglich vier zu fertigenden Stahlteilen: Gehäuse, 2 Kolbenteile und Deckel.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung des Überlastventils, bei dem zwischen dem Kolbenoberteil 2 und dem Kolbenunterteil 3 der Distanzraum 17 ausgeführt ist. Der vom der Zuleitung 12 kommende Vorspanndruck und die Feder 9 halten das Kolbenoberteil 2 auf der Zuhaltedichtkante 4. Der Druck des abzusichernden Kissens wirkt im statischen Zustand gleichzeitig an der Oberseite und Unterseite des Kolbenunterteils 3. Die Feder 10 sowie die an der Kolbenoberseite gegenüber der Kolbenunterseite des Kolbenunterteils 3 leicht vergrößerte druckbeaufschlagte Fläche sorgen für eine sichere Abdichtung an der Kissendichtkante 5. Im statischen Zustand findet nun ein völliger Druckausgleich zwischen der Kolbenoberseite und der Kolbenunterseite des Kolbenunterteils 3 statt.

Wie bei Ventilen zur Absicherung der Pleuel mechanischer Pressen üblich, öffnet das Ventil bei Überschreitung einer bestimmten Drucküberhöhung. Diese ist hier durch die Flächenverhältnisse zwischen den druckbeaufschlagten Flächen an Ober- und Unterseite des Kolbenoberteils 2 gegeben. Überschreitet nun der Druck im Distanzraum 17 den durch die Flächenverhältnisse eingestellten Wert, so bewegt sich das Kolbenoberteil 2 nach oben, löst sich damit von der Zuhaltedichtkante 4. Diese Bewegung findet zunächst in einem Bereich von wenigen Hundertstel mm statt. Infolge der dadurch initiierten ganz geringfügigen Vergrößerung des Distanzraums 17 findet im Distanzraum 17 ein kleiner Druckabfall statt. Dieser bewirkt, daß aufgrund der unterschiedlichen Drücke am Kolbenunterteil 3 eine Beschleunigung des Kolbenunterteils 3 erreicht wird.

Durch Freigabe eines Querschnitts im Bereich der Zuhaltedichtkante 4 bei bereits geringfügigen Öffnungsbewegung des Kolbenoberteils 2 wird bei der kleinsten Öffnungsbewegung der Vorspanndruck zum Tank entlastet. Damit ändern sich schlagartig die Druckverhältnisse im System und die Öffnungsbewegung findet in extrem kurzer Zeit statt.

Die Düse 18 ist nun so ausgelegt, daß im statischen Zustand (geschlossener Zustand oder während der durch die Feder 9 realisierten langsamen Schließbewegung) ein völliger Druckausgleich zwischen Anschluß Kissendruck 13 und dem Distanzraum 17 stattfindet. Bei der rasanten Öffnungsbewegung der Kolbenteile fließt jedoch praktisch kein Volumenstrom über die eng gehaltene Düse 18. Die beiden Kolbenteile bilden somit für die Zeit des hochdynamischen Öffnungsvorgangs praktisch eine Einheit. Damit wird folgendes abgesichert:

• - Gleichzeitige Öffnungsbewegung der Kolbenteile 2 und 3
• - Keinerlei Belastung des Sprengrings 19 während der Öffnungsphase, da keine größere Relativbewegung der Kolbenteile 2 und 3 während des Öffnungsvorgangs erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung bei der die Kolbenteile 2 und 3 mit der Zylinderschraube 20 gesichert sind. Die Kissenseite 16 des gesamten Ventilkolbens ist wieder über die Düse 18 mit dem Distanzraum 17 verbunden. Die Düse 18 wird gebildet als Abflachung der Hülse 21. Vorteilhafterweise sind 2 Düsen 18 angeordnet. Auf diese Weise hat das Zusetzen einer Düse 18 keinen Einfluß auf die Gesamtfunktion. Weiterhin ist jede der Düsen 18 kleiner als die Düsen 25 und 25 ausgebildet. Damit wird sichergestellt, daß Partikel die über die Düsen 18 in den Distanzraum 17 gelangen auch wieder über die Düsen 24 und 25 abgeführt werden können, die Düsen 24 und 25 damit nicht zugesetzt werden können. Zusätzlich sind die Düse 24 und die Sitzdüse 25 angeordnet. Im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 1 kann damit während des Öffnungsvorgangs Öl gleichzeitig zum Zufluß über die Düse 18 in den Distanzraum 17 wieder über die Düse 24 und die Sitzdüse 25 zum Tank abfließen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Ventilöffnung eine Relativbewegung der Kolbenteile 2 und 3 zueinander stattfindet. Die sichernde Zylinderschraube 20 ist damit keinerlei Belastungen ausgesetzt. Lediglich nach Beendigung des Öffnungsvorgangs überträgt die Zylinderschraube die Kraft der Feder 10. Die Zylinderschraube 20 ist gegen Lösen gesichert, beispielsweise stoffschlüssig. Das durch die Schraube 20 und Kolbenoberteil 2 ausgebildete Gewinde 22 kann wahlweise gegen Leckage gesichert sein oder aber auch gezielt eine Mikroleckage erlauben. Eine Mikroleckage in der Größenordnung von kleiner als 0,02 L/min hat keinen Einfluß auf die Funktion des Ventils. Die Druckerhöhung auf der Zuhalteseite 15 des Ventilkolbens beträgt weniger als 2 Bar während eines Arbeitshubs. Die Mikroleckage stellt sicher, daß insbesondere bei Mehrpunktpressen im gesamten System ein ständiger Druckausgleich stattfindet, Druckunterschiede in den Kissen infolge kleinerer Differenzen bei den Leckagen über die Kissendichtkante 5 somit nicht auftreten können.

Fig. 3 zeigt den Wegverlauf der Kolbenteile 2 und 3 während eines Öffnungsvorgangs des Ventils. Lediglich zu Beginn des Öffnungsvorgangs eilt der obere Kolben 2 wenige Hundertstel mm vor. Grund ist, daß zu Beginn des Öffnungsvorgangs die Sitzdüse 25 noch geschl­ ossen ist. Sobald die Sitzdüse 25 einen geringfügigen Querschnitt freigibt, verringert sich der relative Anstand der Kolbenteile 2 und 3, das sichernde Element, die Zylinderschraube 20, ist damit in keiner Weise möglichen, aus dem hohen Druck resultierenden Kräften ausgesetzt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung für den oberen Kolben 2 und das Gehäuse 1 bei dem zwischen oberen Kolben 2 und Gehäuse 1 ein Bund 26 und der Dämpfungsraum 27 ausgebildet sind. Eine Sitzdüse 25 ist aus Platzgründen (kleine Ventile) nicht vorhanden. Der Bund 26 und der Dämpfungsraum 27 haben nun die Funktion, die Schließbewegung berechenbar zu verzögern. Damit wird erreicht, daß nach einer Ventilöffnung auf der Kissenseite 16 ein vollständiger Druckabbau stattfindet. Ohne den Bund 26 und dem Dämpfungsraum 27 würde sich ein Druck vorgegeben von der Feder 9 einstellen. Durch den vollständigen Druckabbau an der Kissenseite 16 wird sichergestellt, daß auch ohne die Sitzdüse 25 entsprechend Fig. 2 Öl aus dem Distanzraum 17 für die Ausführung der Schließbewegung verdrängt werden kann. Das überschüssige Öl wird in diesem Falle durch die Feder 9 als Kompressionsöl in das Druckkissen der Presse verdrängt.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Kolbenoberteil

3

Kolbenunterteil

4

Zuhaltedichtkante

5

Kissendichtkante

6

Deckel

7

Dichtung

8

Rückschlagventil

9

Druckfeder Oberteil

10

Druckfeder Unterteil

11

Tankanschluß

12

Zuleitung Vorspanndruck

13

Anschluß Kissendruck

14

Überströmkanal

15

Zuhalteseite Ventilkolben

16

Kissenseite Ventilkolben

17

Distanzraum

18

Düse

19

Sprengring

20

Zylinderschraube

21

Hülse

22

Gewinde

23

Mutter gesichert

24

Düse

25

Sitzdüse

26

Bund

27

Dämpfungsraum

Claims (6)

1. Ventileinrichtung für hydraulische Überlastsicherungen an Pressen mit einem Ventil­ kolben, an dessen unterschiedlich dimensionierten Stirnseiten ein Zuhaltedruck und der Druck eines abzusichernden Kissendrucks gegensinnig angreifen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiteilig ausgeführter, an zwei Kanten dichtender Ventilkolben im statischen Zustand eine langsame Verschieblichkeit der Ventilkolbenteile 2 und 3 über eine oder mehrere Düsen 18 gewährleistet und während des kurzzeitigen Öffnungsvorgangs der Ventilkolben quasi einteilig wirkend reagiert durch enge Eingrenzung des die Verschieblichkeit im statischen Zustand gewährleistenden Volumenstroms.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse 18 einen Querschnitt besitzt, der jedoch auch ausreichend groß ist, während der Druckerhöhung an der Kissenseite 16 infolge des Arbeitsvorgangs der Presse einen Druckausgleich zwischen der Kissenseite 16 und dem Distanzraum 17 sicherzustellen.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom zwischen den Ventilkolbenteilen 2 und 3 ausgebildeten Distanzraum 17 eine Düse 25 in Richtung oberer Ventilsitz 4 führt und daß diese Düse im geschlossenen Zustand des Ventils durch den oberen Sitz verschlossen ist und daß diese Düse 25 während der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventils freigegeben wird.

4. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen, über die Öl in den Distanzraum 17 gelangt, kleiner als die Öl aus dem Distanzraum 17 abführenden Düsen 24 und 25 ausgebildet sind.

5. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuhalteseite des oberen Ventilkolbens 2 und dem Distanzraum 17 eine hydraulische minimale Verbindung ausgebildet sein kann, insbesondere ein Gewinde mit Schraube, über die ein Austausch von Mikroleckageöl möglich ist.

6. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließbewegung des Ventilkolbens zeitlich verzögert wird, insbesondere durch zwischen oberen Kolben 2 und Gehäuse 1 angeordneten Bund 26 und Dämpfungsraum 27.