SCHABER HUBERT (DE)
SCHULZE ECKEHART (DE)
SCHABER HUBERT (DE)
DE3110210A1 | 1982-09-30 | |||
US4873912A | 1989-10-17 | |||
US3253683A | 1966-05-31 | |||
US3605554A | 1971-09-20 |
1. | Einrichtung zur Sicherung einer elektrohydraulischen Antriebseinheit gegen ein störungsbedingtes Ausrücken ihres beweglichen Elements aus einer Stillstandsposi tion, in der im Arbeitsbereich einer Fertigungsmaschine, bei der die Antriebseinheit als Werkzeug oder Werkstück Vorschub oder Positionierungsantrieb eingesetzt ist, gefahrlos manuelle Eingriffe möglich sein sollen, wobei a) die Antriebεeinheit NC oder CNCgesteuert ist, b) zur Positionsεteuerung des beweglichen Elements des hydraulischen Antriebes ein mit inkrementaler elek¬ trischer PositionsSollwertvorgabe und mechanischer PositionsIstwertRückmeldung arbeitendes Nachlauf Regelventil vorgesehen ist und c) die inkrementale PositionsSollwertvorgabe durch im¬ pulsweise Ansteuerung eines Elektromotors zur Aus¬ führung von Drehungen seines Rotors um inkrementale Winkelbeträge erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der SollwertVorgabemotor (49) mit einer FeststellBremseinrichtung (67) ausgerü¬ stet ist, die, gesteuert durch Ausgangssignale der elek¬ tronischen Steuereinheit der Maschine (10) im Falle ei¬ ner kontrollierten Stillstandsphase der Antriebseinheit (11) in einen aktivierten Zustand gelangt, in dem auf den Rotor (53) des SollwertVorgabeMotors (49) ein Bremsmoment wirkt, das einem Mehrfachen des durch den Motor entfaltbaren Drehmoments entspricht, im Falle des 34 BewegungsSteuerungsbetriebes des Motors (49) aktiv durch Ansteuerung mindestens eines Aktuators (76,77) gelöst ist, der die Lüftungsbetätigung der Feststell¬ bremseinrichtung (67) gegen eine von einem Kraftspeicher (78) permanent ausgeübte Stellkraft vermittelt, durch die die Bremse (67) in ihre Bremsfunktionsstellung drängbar ist und bei einer Fehlfunktion des hydrauli¬ schen und/oder des elektrischen Versorgungs und Steuer¬ kreises durch die permanent wirksame Stellkraft eben¬ falls in ihren den Rotor (53) des SollwertVoigabemotors (49) kraftschlüssig fixierenden Funktionszustand ge¬ langt. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das allein durch die Stellkraft des Kraft¬ speichers (108) auf den Rotor (53) des Sollwertvorgabe¬ motors (49) ausübbare Bremsmoment deutlich kleiner ist als das von dem SollwertVorgabemotor erzeugbare Dreh¬ moment und zwischen 1/5 und 1/2, vorzugsv/eise um 1/4 des MotorDrehmoments beträgt. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im aktivierten Zustand der Fest¬ stellbremseinrichtung (67) zusätzlich zu dem aus der Betätigungskraft des Kraftspeichers resultierenden Bremsmoment erzeugte Bremsmoment zwischen dem doppelten und dem fünffachen, vorzugsweise etwa dem dreifachen Wert des maximalen Motordrehmoments beträgt, und daß die von dem Aktuator (76,77) zum Lösen der Feststellbrems¬ einrichtung (67) entfaltbare Kraft zwischen dem doppel¬ ten Wert der in Schließrichtung der Bremse (67) wirken¬ den Kraft des Kraftspeichers (108) und deren vierfachem 35 Wert beträgt und vorzugsweise etwa dem 2,5fachen dieses Wertes entspricht. Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellbremseinrich¬ tung (67) als Backenbremse mit radial verschiebbar ge¬ führten, an die äußere Mantelfläche eines mit der Ro¬ torwelle (53) des Sollwertvorgabemotors (49) koaxialen, mit dieser drehfest verbundenen, ringflanschförmigen Reibkörpers (72) andrückbaren Backen (68,69) ausgebildet ist, die durch vorgespannte, den Kraftspeicher bildende Federn (108) in Anlage mit der Reibfläche des Reibkör perε (72) drängbar und durch Ansteuerung des Aktuators (76,77) von der Reibfläche abhebbar sind, wobei die Bremsbacken (68,69) axialsymmetrisch bezüglich der Achse (71': der Rotorwelle gruppiert sind, und wobei vorzugs¬ weise zwei Bremsbacken (68 und 69) vorgesehen sind. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sowohl zum Lösen der Feststellbremse (67) als auch zu deren die Entfaltung des höchstmöglichen Bremsmoments vermittelnden Aktivierung vorgesehene Ak tuatoren als doppeltwirkende lineare Hydrozylinder (76 und 77) mit einseitigen Kolbenstangen ausgebildet sind, mit denen die Bremsbacken (68,69) fest verbunden sind, wobei diese Hydrozylinder (76 und 77) durch Druckbeauf¬ schlagung ihrer Kolben (73,74) auf deren stangenseiti ger, ringförmiger Kolbenfläche und Druckentlastung ihrer durch die Kolben (73,74) großflächig begrenzten Druck räurr.e (93,94) zum Lösen der Bremse (67) und durch Druck¬ beaufschlagung ihrer großflächig begrenzten Druckräume (93,94) und Entlastung ihrer stangenseitigen Druckräume (102,103) zum aktiven Anlegen der Bremεe mit hoher Bremskraft ansteuerbar sind. |
2. | 6 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die den Kraftspeicher bildenden vorges¬ pannten Federn (78) als DruckWendelfedern ausgebildet sind, die sich an den axial gehäusefesten Begrenzungs¬ wänden der durch die Kolben (73,74) großflächig begrenz¬ ten Antriebsdruckräume (93,94) der Hydrozylinder (76,77) abstützen und auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge von Sackbohrungen (109) der Zylinderkolben (73, 74) aufge¬ nommen sind. |
3. | 7 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Betätigung der Bremsbacken (68,69) vorgesehenen Hydrozylinder (76,77) hydraulisch parallel geschaltet sind und daß mindestens ein Druck¬ schalter (118,119) vorgesehen ist, der für niedrigen und hohen Druck in den großflächig begrenzten Druckräumen (93,94) der Hydrozylinder (76,77) charakteristische elektrische Ausgangssignale erzeugt. |
4. | 8 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Druckschalter (118) vorgesehen ist, der für niedrigen und hohen Druck in den stangenεeitigen Druckräumen der Hydrozylinder (76, 77) charakteriεtische elektrische Ausgangεεignale erzeugt. |
5. | Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbacken (68,69) eine Gestaltung haben, die im angelegten Zustand der Eremεe (67) eine linienförmige Eerührung mit deren Reibkörper ( 72 ) ergibt . |
6. | 10 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bremsbacken (68,69) den Reibkörper (72) im angelegten Zustand der Bremse (67) jeweils ent¬ lang zweier parallel zur zentralen Längsachse (71) des Rotors (53) verlaufender Linien (116) berühren und, in Richtung dieser Längsachse gesehen, ihr azimutaler Ab¬ stand (φ) einen Wert zwischen 30 und 120°, vorzugsweise einen Wert um 90" hat, und daß der radiale Verschiebeweg der Bremsbacken zwischen dem gelösten Zustand der Bremse und deren Konfiguration, in der die Bremsbacken (68, 69) am Reibkörper (72) anliegen, kleiner ist als der durch den Ter r(lcosφ) gegebene Wert, in dem mit r der Ra¬ dius der Reibfläche (114) des Reibkörpers (72) bezeich¬ net ist. |
7. | 11 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bremsbacken (68,69), gesehen in einer rechtwinklig zur zentralen Rotorachse (71) verlaufenden Schnittebene die Form eines dickwandigen üProfils ha¬ ben, dessen freie Schenkel im Reibungsbereich einen Krümmungsradius haben, der einem kleinen Bruchteil von 1/10 bis 1/100 des Krümmungsradius der Reibfläche (114) des Reibkörpers (72) entspricht. |
8. | 12 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Backen (68,69) zwiεchen ihren paral¬ lelen Anlagekanten (116) eine kreiszylindrisch gekrümm¬ te, konkave Wölbung (113) haben, deren Krümmungsradiuε kleiner iεt als derjenige der äußeren Mantelfläche (114) des Reibkörperε (72). |
9. | 13 Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zur RotorDreh¬ achse (71) gemessene Ausdehnung der Bremsbacken (68,69) kleiner ist als die in derselben Richtung gemessene Dicke des Reibkörperε (72) der Feststellbremse (67), dieser jedoch annähernd gleich ist. |
10. | 14 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Material, aus dem die Bremsbacken (68,69) bestehen, zumindest in einer Oberflächenschicht härter iεt als das Material des Reibkörpers (72). |
11. | 15 Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibkörper als außen zylindrische Hülse (72) ausgebildet iεt, die auf die Rotorwelle (53) aufsteckbar ist und durch wechselseiti¬ gen formschlüssigen Eingriff mit dieser drehtest kop¬ pelbar ist. |
12. | 16 Sicherungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Reibkörper (72) aus einem Leichtmetall besteht. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherung einer elektrohydraulischen Antriebseinheit gegen ein störungsbe¬ dingtes Ausrücken ihres beweglichen Elements aus einer Stillstandsposition, in der im Arbeitsbereich einer Ferti¬ gungsmaschine, bei der die Antriebseinheit als Weikzeug- oder Werkstückvorschub oder Positionierungsantrieb einge¬ setzt ist, gefahrlos manuelle Eingriffe möglich sein sollen und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten gattungsbesti menden Merkmalen.
Derartige Sicherheitseinrichtungen werden bei NC- oder CNC- gesteuerten Antriebseinheiten, bei denen, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzt, zur Positionssteuerung des beweglichen Elementes des hydraulischen Antriebes ein mit inkrementaler elektrischer Positions-Sollwertvorgabe und mechanischer Positions-Istwertrückmeldung arbeitendes Nach¬ laufregelventil vorgesehen ist, wobei die inkrementale Po¬ sitions-Sollwertvorgabe durch impulsweise Ansteuerung eines Elektromotors zur Ausführung von Drehungen seines Rotors um inkrementale Winkelbeträge erfolgt, benötigt, um in den ge¬ nannten Stillstandsphasen sicherzustellen, daS eine Fehl¬ funktion der elektronischen Steuereinheit oder ein Ausfall der elektrischen Versorgung und/oder eine Fehlfunktion der hydraulischen Versorgung der Antriebseinheit nicht zu Bewe¬ gungen des von der An riebseinheit angetriebenen Maschinen¬ elements führen können, durch die eine an der Maschine ar¬ beitende Person verletzt werden könnte.
Die Antriebseinheit darf - üblicherweise - erst dann wieder ihren automatisch gesteuerten Betrieb aufnehmen können, nachdem die Bedienungsperson mit beiden Händen je einen Schalter betätigt, die weit außerhalb des Arbeitsbereiches der Maschine angeordnet sind, wodurch insoweit sicherge¬ stellt wird, daß sich die Bedienungsperson außerhalb des Gefahrenbereiches befindet. Typische Bearbeitungsmaschinen, die eine Sicherungseinrichtung der geschilderten Art benöti¬ gen, sind z.Ξ. Tiefzieh- oder Prägepressen, bei denen minde¬ stens von Zeit zu Zeit die Notwendigkeit besteht, ein Werk¬ stück manuell zu entnehmen oder Einrichtarbeiten im Arbeits¬ bereich der Maschine vorzunehmen, z.B. wenn der Material¬ vorrat aufgebraucht ist und die Maschine auf die Verarbei¬ tung eines anderen Materialvorrats eingestellt werden muß, oder wenn eine irgendwie geartete Störung auftritt, deren Beseitigung Manipulationen im Arbeitsbereich der Maschine erfordert.
Die hydraulische Antriebseinheit einer derartigen Presse umfaßt in üblicher Gestaltung einer solchen einen linearen Hydrozylinder, der mit nach unten aus dem Gehäuse austreten¬ der Kolbenstange, mit der das Pressenwerkzeug - der Bär - fest verbunden ist, und vertikalem Verlauf seiner zentralen Längsachse ar. Maschinengestell montiert ist, wobei der Kol¬ ben dieses Hydrozylinders die druckdicht-bewegliche Abgren¬ zung eines oberen - zylindrischen - Antriebsdruckraumes, durch dessen Druckbeaufschlagung der Kolben zur Ausführung seines Arbeitshubes ansteuerbar ist, gegen einen unteren, ringförmiger- Antriebsdruckraum bildet, durch dessen Druckbe¬ aufschlagung bei gleichzeitiger Druckentlastung des oberen Druckraumes Rückzugsbewegungen des Pressenbärs steuerbar
sind und die hierbei wirksamen Kolbenflächen F1 und F2, in- nerhalb derer der Kolben zur Ausführung seines Arbeitshubes bzw. seines Rückzugshubes mit Druck beaufschlagbar ist, im Verhältnis F 1/F2 von etwa 10/1 stehen.
Zur Absicherung einer Stillstandsphase einer solchen An¬ triebseinheit gegen Verrückungen des Kolbens, die zu Gefähr¬ dungen einer Bedienungsperson führen könnten, ist es be¬ kannt, zum einen den kleinerflächig begrenzten Ringraum "nach außen" durch zwei hydraulisch in Reihe geschaltete Magnetventile sowohl gegen den Tank als auch die Hochdruck¬ pumpe des Druckversorgungsaggregats abzusperren, und, ander¬ erseits, ebenfalls durch zwei hydraulisch in Reihe geschal¬ tete Magnetventile das Regelventil, über das allenfalls eine Druckeinspeisung in den oberen, größerflächig begrenzten Antriebsdruckraum erfolgen kann, gegen die Pumpe des Druck¬ versorgungsaggregats abzusperren, wobei diese Schutzventile als 2,'2-Wege-Ventile ausgebildet sind, die stromlos sperrend und i erregten Zustand ihrer Steuermagnete durchlässig sind, sowie elektrisch, z.B. durch Endschalter, überwacht sind, so daß ihre jeweilige Funktionsstellung anhand des Endschalter-Ausgangssignals erkennbar und dadurch feststell¬ bar ist, cb das jeweilige Ventil seine funktionsgerechte Schalt- oder Grundstellung einnimmt. Ist eines dieser Si¬ cherheitsventile, die bei jeder Stillstandsphase in ihre - sperrende - Grundstellung gelangen sollen, defekt, so führt dies, solange das jeweils andere mit dem defekten Ven¬ til in Serie liegende Ventil funktionsfähig ist, nicht dazu, daß der Kcϊben des Antriebs-Hydrozyiinders sich bewegen kann, so daß insoweit eine Bedienungsperson nicht gefährdet ist. Außerdem ist anhand der Ausgangssignale der Überwa- chungs-Endschalter erkennbar, daß ein Fehler vorliegt, und
bei Auftreten eines solchen Fehlers die Maschine abgeschal¬ tet, wobei eine Inbetriebnahme derselben erst wieder möglich ist, nachdem das fehlfunktionsbehaftete Ventil, das anhand des Ausgangssignals seines Überwachungsschalters identifi¬ zierbar ist, repariert oder ausgetauscht worden ist.
Um in einer gleichsam schlechtesten Situation, die sich in einer Stillstandsphase der Antriebseinheit durch eine Fehl¬ funktion der Steuerelektronik ergeben kann, und darin be¬ steht, daß bei nach außen abgesperrtem kleinflächig begrenz¬ ter:. Ringraum der hohe Ausgangsdruck des Druckversorgungsag- gregats in den großflächig begrenzten Antriebsdruckraum ein¬ gespeist v/erden kann, mit der Folge, daß in dem Ringraum ein Druck aufgebaut wird, der wegen der durch das Flächenver¬ hältnis F_/F „ bedingten 10-fachen Druckübersetzung zu einer
Selbstzerstörung des Antriebs-Hydrozylinders führen kann, ist bei der bekannten Sicherheitseinrichtung ein Überdruck¬ ventil vorgesehen, das zwischen den kleinflächig begrenzten Ringraum und den Tank des Druckversorgungsaggregats geschal¬ tet ist und im Falle eines überhöhten Druckes in diesem F.ingraum ein Abspritzen von Hydraulikmedium in den Tank er¬ möglicht, zwar mit der Folge, daß der Kolben der Antriebs- einheit sich bewegen kann und der dadurch bedingten Folge einer Verletzungsgefahr, jedoch unter Vermeidung einer höhe¬ ren Gefahr, die mit einer Zerstörung des Antriebs-Hydrozy¬ linders unter 10-fach-übersetztem Druck verknüpft wäre.
Die insoweit erläuterte, einschlägigen Sicherheitsvorschrif¬ ten genügende und gängigem Stand der Technik entsprechende Ξicherheitseinrichtung ist mit zumindest den folgenden Nach¬ teilen behaftet:
1. Das Überdruckventil ist selbst ein sicherheits-relevantes Element, das bei einer Beschädigung, z.B. einem Bruch seiner Schließfeder, unter dem aus der Last des Kolbens des Antriebszylinders resultierenden Druck in dessen Ringraum zwangsläufig öffnet, mit der Folge, daß der An¬ triebskolben, der z.B. bei einer Presse zusammen mit dem Preßwerkzeug ein Gewicht von mehreren 1000 N haben kann, gleichsam nach unten fällt, da der Sicherheits-Ventil- block durch das schadhafte Überdruckventil überbrückt ist und über dieses eine direkte Verbindung des Ringraumes des Antriebszylinders zum Vorratsbehälter des Druckver¬ sorgungsaggregats besteht. Eine solche Fehlersituation ist sehr gefährlich, da das Überdruckventil, wenn es sei¬ ner Sicherheitsfunktion genügen soll, auf einen großen Durchflußquerschnitt in seinem geöffneten Zustand ausge¬ legt sein muß, was andererseits im Fehlfunktionsfall be¬ deutet, daß der Kolben sehr rasch nach unten fallen kann.
2. Die "doppelte" Sicherung, einerseits des Ringraumes des Antriebszylinders gegen ein Ausströmen des Betriebsme¬ diums und, andererseits, des großflächig begrenzten An- triebsdruckraumes gegen einen Zustrom von unter Druck stehendem Betriebsmedium mittels je zweier hintereinander geschalteter Magnetventile ist technisch sehr aufwendig. Dies gilt insbesondere dann, wenn nicht nur mit einer Druckversorgungspumpe gearbeitet wird, sondern eine Zwei- kreis-Druckversorgung vorgesehen ist, weil sich dann der bezüglich der Pumpensicherung zu treibende Aufwand ent¬ sprechend multipliziert.
3. Das insoweit erläuterte bekannte Konzept der Sicherung von Stillstandsphasen eines "vertikalen" Hydraulikantrie-
bes ist auch unter betriebstechnischen Gesichtspunkten nachteilig, da . in der "doppelt" gesicherten Stillstands¬ phase des Antriebszylinders dessen beide Druckräume gegen das Druckversorgungsaggregat abgesperrt sind und daher eine Positionsregelung, die den Antriebszylinderkolben in der Stillstandsposition halten könnte, nicht möglich ist, der Kolben jedoch aufgrund unvermeidbarer Leckölströme ständig langsam - nach unten - wandert. Eine Fortsetzung eines NC- oder CNC-gesteuerten Betriebes der Maschine aus der jeweils aktuellen Kolbenposition des Antriebes heraus ist zwar dann möglich, wenn, wie bei elektrohydraulischen Antriebssteuerungen die mit elektrischer Positions-Ist- wertrückmeldung arbeiten, erforderlich, ein - teures - Absolutwegmeßsystem vorhanden ist, dessen momentane Posi- tions-Istwertausgabe von der elektronischen Steuereinheit als Ausgangspunkt für die weitere BewegungsSteuerung be¬ rücksichtigbar ist, nicht jedoch dann, wenn zur Bewe¬ gungssteuerung des Antriebes ein mit mechanischer Posi- tions-Istwertrückmeldung arbeitendes Nachlaufregelventil vorgesehen ist, bei dem lediglich die Positions-Sollwert- eingabe elektrisch inkremental erfolgt und die Informa¬ tion über die absolute Position des Kolbens aus einer Abzahlung von Positions-Steuerimpulsen gewinnbar sein muß, die, ausgehend von einer bekannten Position des Kol¬ bens zu dessen BewegungsSteuerung erzeugt worden sind. Bei einem auf diese Weise numerisch gesteuerten hydrauli¬ schen Antrieb muß daher nach einer sicherheitsüberwachten Stillstandsphase zunächst eine Referenzposition angefah¬ ren werden, was natürlich mit unerwünschtem Zeitbedarf verknüpft ist, bevor der numerisch gesteuerte Betrieb der hydraulischen Antriebseinheit wieder aufgenommen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei gleichwohl einfa¬ chem Aufbau dem Erfordernis weitestmöglicher Sicherheit in Stillstandsphasen der Antriebseinheit genügt und darüber hinaus eine geregelte Einhaltung der Stillstandsposition des beweglichen Elements der Antriebseinheit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmaie des Patentanspruchs 1 gelöst.
Hiernach ist der Sollwert-Vorgabemotor mit einer Feststell- Bremseinrichtung ausgerüstet, die, gesteuert durch Ausgangs- signale der elektronischen NC- bzw. CNC-Steuereinheit der Maschine, im Falle einer kontrollierten Stillstandsphase der Antriebseinheit in einen aktivierten Zustand gelangt, in dem auf den Rotor des Sollwerts-Vorgabemotors ein Bremsmoment wirkt, das einem mehrfachen des durch den Motor entfaltbaren Drehmoments entspricht; hierdurch wird der Motor in einer Stillstar-άsphase, während derer im Arbeitsbereich der Ma¬ schine hantiert werden kann, in der der Stillstandsposition des Hydraulikantriebes entsprechenden Sollwert-Vorgabeposi- tion kraftschlüssig festgesetzt, so daß die Stillstandsposi¬ tion immer noch der Regelung unterworfen und in einem gleichsam stationären Zustand derselben aktiv aufrechterhal¬ ten wird und deswegen keinerlei leckagebedingtes Ausrücken des Zylinάerkolbens aus seiner - geregelten - Stillstandspo¬ sition eintreten kann, so lange die Steuerelektronik und das Druckverεcrgungsaggregat intakt sind.
Im Falle des durch die Nachlaufregelung vermittelten Bewe- gungs-Ste erungsbetriebes des Motors ist die Feststell-
Bremseinrichtung aktiv durch Ansteuerung mindestens eines Aktuators gelöst, der die Lösebetätigung der Bremse gegen eine von einem Kraftspeicher permanent ausgeübte Stellkraft vermittelt, durch die die Bremse in ihre Feststell-Funk- tionsstellung drängbar ist; der Motor kann in diesem aktiv gelösten Zustand der Bremse frei drehen und einer raschen Impulsansteuerung folgen.
Bei einer Fehlfunktion des hydraulischen und/oder des elek¬ trischen Versorgungs- und Steuerkreises gelangt die Fest¬ stellbremse durch die permanent wirksame Stellkraft des Kraftspeichers ebenfalls in ihre den Rotor des Sollwert-Vor¬ gabemotors kraftschlüssig fixierenden Funktionszustand, so daß auch in einer solchen Fehlfunktionssituation, nunmehr allein durch die Wirkung der mechanischen Istwert-Rückmel¬ dung das Nachlaufregelventil in eine Funktionsstellung ge¬ langt, in der der Ringraum des Antriebszylinders gegen ein Abströmen von Betriebsmedium gesichert ist und ein Zustrom von unter Druck stehendem Betriebsmedium zum großflächig begrenzten Antriebsdruckrau des Antriebs-Hydrozylinders ausgeschlossen ist und dieser - über das Nachlaufregelventil Verbindung zum drucklosen Vorratsbehälter des Druckversor¬ gungsaggregats hat, so daß auch für einen Fall, daß, bedingt durch eine hydraulische Fehlschaltung, Druck aus einem Druckspeicher dem Antriebs-Hydrozylinder zugeführt werden sollte, dieser unmittelbar zum Vorratsbehälter hin abgebaut werden kann und ein Aufbau eines übersetzten Druckes im Ringraum des Antriebshydrozylinders auch insoweit ausge¬ schlossen ist. Ein Überdruckventil als seinerseits sicher¬ heitsrelevantes Funktionselement wird nicht benötigt, was sowohl der Funktionssicherheit als auch der Vereinf chung der Antriebseinheit zugute kommt. Dasselbe gilt sinngemäß
mit Bezug auf die nicht benötigten elektrisch ansteuerbaren Sicherheitsventile. Der für die Realisierung der erfindungs¬ gemäßen Sicherungseinrichtung spezifische technische Aufwand für eine elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbare Mo¬ torbremse ist deutlich geringer als der hierdurch vermiedene Aufwand für mindestens vier Magnetventile mit elektrisch überwachbaren Funktionsstellungen und ein Überdruckventil, so daß die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung insgesamt bei verbesserter Sicherheitsfunktion auch preisgünstiger realisierbar ist.
In bevorzugter Auslegung der Sicherungseinrichtung ist das allein durch die Stellkraft des Kraftspeichers auf den Rotor des Sollwertvorgabemotors ausübbare Bremsmoment deutlich kleiner als das vom Sollwertvorgabemotor erzeugbare Drehmo¬ ment und beträgt zwischen 1/5 und 1/2, vorzugsweise um 1/4 des Motordrehmoments .
Bei dieser Auslegung der Feststell-Bremseinrichtung ist es, ohne diese lösen zu müssen möglich, Einrichtarbeiten an der Maschine durchzuführen, z.B. eine Referenzposition, die von der elektronischen Steuereinheit erfaßt werden muß, bevor danach wieder im selbsttätig gesteuerten Betrieb gearbeitet werden kann, "langsam" anzufahren, ohne die Sicherheitsein¬ richtung außer Funktion setzen zu müssen, wobei in einem solchen Einrichtbetrieb die Betriebsmedium-Zufuhr zum An- triebszylinder über einen gedrosselten Strömungspfad er¬ folgt, der bei vorgegebenem Betriebsdruck den Volumenstrom auf einen Wert begrenzt, mit dem maximale Bewegungsgeschwin¬ digkeiten des Kolbens des Antriebszylinders von nur etwa 5 mm pro Sekunde möglich sind. Desweiteren wird durch diese Auslegung der Feststell-Bremseinrichtung auf einfache Weise
sichergestellt, daß die mechanische Rückmeldeeinrichtung des Nachlaufregelventils nicht beschädigt werden kann, wenn der Kolben des Antriebszylinders im Verlauf einer längeren Stillstandsphase, in der allein die durch den Kraftspeicher erzeugbare Bremskraft wirksam ist, durch Leckage bedingt, sich weiter aus seiner bei Einleitung der Stillstandsphase eingenommenen Position entfernt, als es dem mit einem maxi¬ malen Aussteuerhub des Nachlauf-Regelventils verknüpften Ab¬ senkungsweg entspricht.
In Kombination hiermit ist eine zweckmäßige Auslegung der Sicherungseinrichtung dadurch näher spezifiziert, daß das im aktivierten Zustand der Feststell-Bremseinrichtung zusätz¬ lich zu dem aus der Betätigungskraft des Kraftspeichers re¬ sultierenden Bremsmoment erzeugte Bremsmoment zwischen dem doppelten und dem 5-fachen, vorzugsweise etwa dem 3-fachen Wert des maximalen Motordrehmoments beträgt, und daß die von dem Aktuator zurr. Lösen der Feststell-Bremseinrichtung ent¬ faltbare Kraft zwischen dem doppelten Wert der in Schlie߬ richtung der Feststellbremse wirkenden Kraft des Kraftspei¬ chers und deren 4-fachtem Wert beträgt und vorzugsweise etwa dem 2,5-fachen dieses Wertes entspricht.
Wenn, wie gemäß Anspruch 4 vorgesehen, die Feststell-Brems¬ einrichtung als Backenbremse mit radial verschiebbar geführ¬ ten, an die äußere Mantelfläche eines mit der Rotorwelle des Sollwertvorgabemotors koaxialen, mit dieser drehtest verbun¬ denen, ringflanschförmigen Reibkörpers andrückbaren Backen ausgebildet ist, die durch vorgespannte, den Kraftspeicher bildende Federn in Anlage mit der Reibfläche des Reibkörpers drängbar und durch Ansteuerung des Aktuators von der Reib¬ fläche abhebbar sind, wobei die Bremsbacken axialsymmetrisch
bezüglich der Achse der Rotorwelle gruppiert und vorzugs¬ weise zwei Bremsbacken vorgesehen sind, ist eine in axialer Richtung nur wenig ausgedehnte Bauweise der Reibungsbremse der Feststell-Bremseinrichtung möglich.
Eine auch in radialer Richtung günstig raumsparende Bauweise der Reibungsbremse einschließlich ihrer Betätigungselemente wird in bevorzugter Gestaltung derselben dadurch erzielt, daß sowohl zum Lösen der Feststellbremse als auch zu deren die Entfaltung des höchstmöglichen Bremsmoments vermitteln¬ den Aktivierung vorgesehene Aktuatoren als doppelt-wirkende lineare Hy rozylinder mit einseitigen Kolbenstangen ausge¬ bildet sind, mit denen die Bremsbacken fest verbunden sind, wobei diese Hydrozylinder durch Druckbeaufschlagung ihrer Kolben auf deren stangenseitiger, ringförmiger Kolbenfläche und Druckentlastung ihrer durch die Kolben größerflächig begrenzten Druckräume zum Lösen der Bremse und durch Druck- beaufschiagung ihrer großflächig begrenzten Druckräume und -entlastung ihrer stangenseitigen Druckräume zum aktiven Anlegen der Bremse mit hoher Bremskraft ansteuerbar sind.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die den Kraft¬ speicher bildenden, vorgespannten Federn als Druckwendelfe- dern ausgebildet sind, die sich an den axial gehäusefesten Begrenzungen der durch die Kolben großflächig begrenzten Antriebsdruckräume der Hydrozylinder abstützen und auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge von Sackbohrungen der Zylin- derkoiber. aufgenommen sind, so daß sie nur mit einer Länge, die der. Lösehub der Bremsbacken entspricht, zur radialen Bohrgröße derjenigen "mechanischen" Baugruppe der Feststell- Bremseinrichtung beitragen, die die Reibungsbremse und deren Aktuatoren -umfaßt und diese Baugruppe mit radialen Abmessun-
gen realisierbar ist, die nicht größer sind als diejenigen des Sollwert-Vorgabemotors.
In besonders zweckmäßiger Gestaltung der Sicherungseinrich¬ tung sind deren zur Betätigung der Bremsbacken vorgesehene Hydrozylinder hydraulisch parallel geschaltet, so daß zu einer Funktionsüberwachung der Sicherungseinrichtung selbst ein einziger Druckschalter genügt, der für niedrigen und hohen Druck in den großflächig begrenzten Druckräumen der Hydrozylinder charakteristische elektrische Ausgangsεignale erzeugt, die der elektronischen Steuereinheit der Maschine als diesbezügliche Informationssignale zugeleitet sind.
Zur Funktionssteuerung der Feststell-Bremseinrichtung genügt dann ein einziges z.B. als 4/2-Wege-Ventil ausgebildetes Magnetventil.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn ein Druckschalter vorgesehen ist, der für niedrigen und hohen Druck in den stangenseiti- gen Druckräumen der Hydrozylinder charakteristische elektri¬ sche Ausgangssignale erzeugt, die in sinnfähigerweiεe analog zu einer Funktionsüberwachung der Feststell-Bremseinrichtung nutzbar sind.
In besonders vorteilhafter Gestaltung der Reibungsbremse liegen deren Backen im geschlossenen Zustand der Bremse mit linienförmiger Berührung an dem Reibkörper an, so daß sich zwischen diesem und den Backen eine hohe Flächenpressung ergibt, die in dem denkbar .ungünstigsten Fall, daß auf ir¬ gendwelche Weise Schmiermittel in die Bremse gelangt sein könnte und deren Reibkörper und/oder die Bremsbacken mit einem SchmiermittelfiIm überzogen sein könnten, gewährlei-
stet, daß dieser Schmiermittelfilm im Anlagebereich durch¬ trennt und abgestreift wird, so daß der Reibbeiwert mit dem die Kraft, mit der die Bremsbacken in Anlage mit dem Reib¬ körper gepreßt werden, in die für die Bremsverzögerung er¬ forderliche Tangentialkraft umgesetzt wird, stets konstant ist und dem für die in Anlage miteinander gedrängten Mate¬ rialien charakteristischen Wert entspricht, der für metal¬ lische Berührung der Backen und des Reibkörpers einen typi¬ schen Wert von 0,15 hat.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bremsbacken den Reibkörper im angelegten Zustand der Bremse jeweils ent¬ lang zweier parallel zur zentralen Längsachse des Rotors verlaufender Linien berühren und, in Richtung dieser Längs¬ achse gesehen, ihr azimutaler Abstand φ vorzugsweise einen Wert zwischen 30° und 90° hat und gleichzeitig der radiale Verschiebeweg Δr der Bremsbacken zwischen dem gelösten Zu¬ stand der Eremse und deren Konfiguration, in der die Brems¬ backen den Reibkörper berühren, kleiner ist als der durch den Term r(l - cosφ) gegebene Wert, in dem mit r der Ra¬ dius der Reibfläche des Reibkörpers bezeichnet ist. In die¬ ser Gestaltung der Bremsbacken ist gewährleistet, daß diese sich beim Anlegen der Bremse zwangsläufig so ausrichten, daß sich die zur zentralen Achse des Rotors parallele Orientie¬ rung ihrer Berührungsiinien ergibt und daher eine Sicherung der Bremsbacken gegen ein Verdrehen um die Längsachse ihrer Betätigungskolben nicht erforderlich ist. Eine derartige Gestaltung der 3remsbacken ist dadurch realisierbar, daß diese, gesehen in einer rechtwinklig zur zentralen Längsach¬ se des Rotors des Soiiwert-Vorgabemotors verlaufenden Schnittebene, die Form eines dickwandigen - stabilen - U- Profils haben, dessen freie Schenkel im Berührungsbereich
einen Krümmungsradius haben, der einem kleinen Bruchteil von 1/10 bis 1/100 des Krümmungsradius der Reibfläche des Reib¬ körpers entspricht.
Eine hersteilungstechnisch vorteilhafte Gestaltung eines Backenpaares der Reibbremse besteht in spezieller Gestaltung desselben darin, daß die Backen zwischen ihren parallelen Anlagekanten eine kreiszylindrisch gekrümmte, konkave Wöl¬ bung haben, deren Krümmungsradius kleiner ist als derjenige der äußeren Mantelfläche des Reibkörpers. Die gewölbten Flä¬ chen der beide Backen können bei dieser Gestaltung als Boh¬ rung eines einstückigen Teils - vorbereitend - gefertigt werden, das anschließend in die Backen bildende Hälften un¬ terteilt wird. In jedem Falle ist es vorteilhaft, wenn die in Richtung der Rotordrehachse gemessene Ausdehnung der Bremsbacken kleiner ist als die in derselben Richtung gemes¬ sene Dicke des Reibkörpers der Feststellbremse, damit ein gleichsam rinnenförmiges Verschleißbild der Bremsbacken aus¬ geschlossen ist, das ein sattes Anlegen der Bremse behindern könnte.
In Kombination hiermit kann es vorteilhaft sein, wenn das Material, aus dem die Bremsbacken bestehen, zumindest in einer Oberflächenschicht, härter ist als das Material des Reibkörpers.
Insbesondere in Kombination hiermit, darüberhinaus auch aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn der Reibkörper als außen zylindrische Hülse ausgebildet ist, die auf die Rotorwelle des Sollwert-Vorgabemotors aufsteckbar und durch wechselseitig formschlüssigen Eingriff mit dieser drehfest kooDelbar ist. Der das Verschleißteil der Fest-
stellbremse bildende Reibkörper ist dann von Zeit zu Zeit ohne nennenswerten Aufwand auswechselbar und einer Fertigung aus einem Leichtmetall zugänglich, so daß sein Beitrag zum Trägheitsmoment des Rotors des Sollwert-Vorgabemotors nied¬ rig gehalten werden kann.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Sicherungsein¬ richtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen
Fig. 1 ein schematisch stark vereinfachtes elektrohydrauli- sches Blockschaltbild einer unter Verwendung eines Nachlaufregelventils mit elektrischer Positions- Sollwertvorgabe und mechanischer Positions-Istwert- rückmeldung NC- oder CNC-gesteuerten Presse mit ei¬ nem stehend angeordneten doppelt-wirkenden Hydrozy¬ linder als Antriebseinheit und mit einer erfindungs¬ gemäßen Einrichtung zur Sicherung von Stillstands- p asen des Kolbens des HydroZylinders und
Fig. 2a und b Schnittdarstellungen alternativer Funktions- steliungen einer Feststell-Bremseinrichtung der Si¬ cherungseinrichtung gemäß Fig. 1, mittels der ein Scllwert-Vorgabe-Motor des Nachlaufregelkreises der Antriebseinheit gemäß Fig. 1 in einer der Still- standsposition entsprechenden Stellung seines Rotors festsetzbar ist, etwa im Maßstab 1,4/1.
Die in der Fig. 1 insgesamt mit IC bezeichnete, ohne Be¬ schränkung der Allgemeinheit als TiefZiehpresse dargestell¬ te, hydraulisch angetriebene Presse hat als Antriebseinheit
einen doppelt-wirkenden linearen Hydrozylinder 11, der in stehender Anordnung - mit vertikalem Verlauf seiner zentra¬ len Längsachse 12 - im oberen Teil des der Grundform nach rechteckig rahmenförmigen Pressengestells 13 montiert ist, in dessen unterem Teil der Amboß 14 der Presse und der zwi¬ schen diesem und einer oberen Endstellung vertikal ver¬ schiebbare mit der Antriebs-Kolbenstange 16 des Zylinderkol¬ bens 17 fest verbundene Pressenbär 18 in einem durch die vertikalen Rahmensäulen 19 und 21 des Pressengestells 13 seitlich begrenzten Arbeitsbereich 22 angeordnet sind.
Dieser Arbeitsbereich 22 ist im Betrieb der Presse 10 durch eine nicht dargestellte Schutzeinrichtung, z.B. eine selbst¬ tätig verriegelbare, elektrisch positions-überwachte Schutz¬ klappe gegen einen Zugriff von außen gesichert, wobei auch unbeschadet weiterer Sicherheitsbedingungen, deren kumulati¬ ve Erfüllung durch eine Sicherheits-Steuereinheit 23 über¬ prüfbar ist, eine Inbetriebnahme der Presse 10 nur möglich ist, wenn eine Bedienungsperson von Hand gleichzeitig zwei Steuerschalter 24,26 betätigt, die außerhalb des Arbeitsbe¬ reichs 22 so weit voneinander entfernt angeordnet sind, daß sie einhändig nicht betätigt werden können.
Der die druckdicht bewegliche Abgrenzung zwischen einem obe¬ ren Antriebsdruckraum 27 und einem unteren, von der An¬ triebskolbenstange 16 axial durchsetzten unteren Antriebs¬ druckraum 28 des Hydrozylinders 11 bildende Kolben 17 ist auf seiner Oberseite mit dem über ein Nachlaufregelventil 2S in den oberen Antriebsdruckraum 27 einkoppelbaren - geregel¬ ten Druck P_ auf einer Fläche F . beaufschlagbar, die wesent¬ lich, z.B. 10 bis 20 mal größer ist als die Ringfläche F_, auf der der Kolben 17 mit dem in den unteren, stangenseiti-
gen Antriebsdruckraum 28 einkoppelbaren Ausgangsdruck P des Druckversorgungsaggregats 31 beaufschlagbar ist.
Der Druckausgang 32 des Druckversorgungsaggregats 31 ist über ein Ausgangs-Rückschlagventil 33 und ein mit diesem hydraulisch in Reihe geschaltetes druckstabilisiertes Strom¬ regelventil 34 sowohl mit dem unteren, ringförmigen An¬ triebsdruckraum 28 des Hydrozylinders 11 als auch mit dem P- Versorgungsanschluß 36 des Nachlaufregelventils 29 verbun¬ den, wobei das Ausgangsrückschlagventil 33 durch relativ höheren Druck am Ausgang 32 des Druckversorgungsaggregats 31 als in dem zum Strombegrenzungsventil 34 führenden Strö¬ mungspfad in seine Offenstellung gesteuert und sonst sper¬ rend ist.
Zu dem Stromregelventil 34 ist ein Versorgungssteuerventil 37 parallel geschaltet, das als 2/2-Wege-Magnetventil mit federzentrierter Sperrstellung als Grundstellung 0 und einer Durchflußstellung als Schaltstellung I ausgebildet ist, in der ein Durchflußpfad 38 hinreichenden Querschnitts freige¬ geben ist, um den vom Druckversorgungsaggregat 31 lieferba¬ ren Ölström für möglichst schnell erfolgende Arbeits- und Rückzugsbewegungen des Pressenbärs 18 nutzen zu können, die entsprechend dem für den Hydrozylinder 11 vorgesehenen Dif¬ ferential-Betrieb allein durch Druckbeaufschlagung oder - -entlastung des oberen Antriebsdruckraumes 27 mittels des Nachlaufregelventils 29 gesteuert werden.
In Anpassung an diese Betriebsart ist das Nachlaufregelven¬ til 29, in einer für sich bekannten Bauweise, z.B. als Schieberventil oder als eine Kombination von Sitzventilen, die σemeinsam betätiσbar sind, so realisiert, daß in einer
dem Vorschubbetrieb des HydroZylinders 11, in dem sich der Kolben 17 und mit diesem der Bär 18 der Presse sich auf de¬ ren Amboß 14 zubewegt, zugeordneten Funktionsstellung I ein Strömungspfad 39 freigegeben ist, über den der P-Versor- gungsanschluß 36 des Nachlaufregelventils mit dem oberen Druckraum 27 des Hydrozylinders 11 verbunden, dieser Druck¬ raum 27 jedoch gegen den Tankanschluß 41 des Nachlaufregel¬ ventils 29 abgesperrt ist, desweiteren in einer Funktions¬ stellung II des Nachlaufregelventils ' 29, die dem Rückzugsbe¬ trieb des Hydrozylinders 11 zugeordnet ist, in dem sich der Kolben 17 des Hydrozylinders 11 aufwärts, d.h. der Bär 18 vom Amboß 14 der Presse wegbewegt, ein Durchflußpfad 42 freigegeben ist, der die Verbindung des Tankanschlusses 41 des Nachlaufregelventils 29 mit dem oberen Druckraum 27 des Hydrozylinders vermittelt und dieser Druckraum 27 gegen den P-Versorgungsanschluß 36 des Nachlaufregelventils 29 abge¬ sperrt ist, sowie "zwischen diesen beiden Funktionsstellun¬ gen I und II" eine Funktionsstellung 0 hat, in der im Sinne einer Null-Überdeckung von ventilkörperseitigen und gehäuse- seitigen Steuerkanten des Nachlaufregelventils 29 sowohl dessen P-Versorgungsanschluß 36 als auch dessen mit dem drucklosen Vorratsbehälter 43 verbundener T- (Tank)-Anschluß 41 gegen den oberen Antriebsdruckraum 27 des Antriebs-Hydro¬ zylinders 11 abgesperrt sind.
Das Nachlaufregelventil 29 ist so gestaltet, daß ein Über¬ gang von der einen Durchflußstellung I oder II in die dazu alternative Durchflußstellung II oder I stets über die Sperrsteliung C führt.
Solange das Nachlaufregelventil 29 - vor Inbetriebnahme der Presse IC - nicht angesteuert ist, ist/sind sein(e) Ventil-
körper, der/die in der Darstellung der Fig. 1 durch das 3/3- Wege-Ventilsymbol 44 repräsentiert ist/ sind durch eine oder mehrere Ventilfeder(n) 46 in die der Funktionsstellung II entsprechende Position gedrängt, in der sich der Pressenbär 18 beim Einschalten der Druckversorgung allenfalls nach oben bewegen kann, was unter dem Aspekt der Sicherheit der Presse
10 erwünscht ist. Ein hierdurch bedingter Aufwärtshub des Kolbens 17 ist, unabhängig davon in v/elcher Position dieser sich zuvor befunden hatte, auf einen kleinen Wert Δs be¬ grenzt, da das Nachlaufregelventil durch die Wirkung der insgesamt mit 47 bezeichneten mechanischen Rückmeldeeinrich¬ tung zur Einnahme seiner sperrenden - mittleren - Funktions¬ stellung 0 angesteuert wird, in der die Verbindung, die zu¬ vor zwischen dem oberen Antriebsdruckraum 27 und dem druck¬ losen Vorratsbehälter 43 über den in der Funktionsstellung
11 freigegebenen Durchflußpfad 42 bestanden hatte, aufgeho¬ ben ist, und daher der Kolben 17 nach Durchlaufen des klei¬ nen Hubes Δs stehen bleibt. Soweit sich der Kolben gering¬ fügig weiter nach oben bewegt, als es für das Erreichen der Sperrsteliung 0 des Nachlaufregelventils 29 erforderlich ist und dieses daher in eine der Funktionsstellung I entspre¬ chende Konfiguration seiner Steuerkanten gelangt, wobei der Öffnungsquerschnitt des in der Funktionsstellung I freigege¬ benen Strömungspfades 39 mit zunehmender Auslenkung aus der Sperrsteliung 0 heraus auch zunimmt, so wird durch die hier¬ durch zustandegekommene Verbindung des oberen Antriebsdruck¬ raumes 2 "" des Antriebshydrozylinders 11 mit dem P-Versor¬ gungsanschluß 36 des Nachlaufregelventils Druck in den obe¬ ren Antriebsdruckraum 27 eingekoppelt und dadurch der Kolben 17 wieder zurückbewegt, wobei der Kolben 17 umso stärker abgebremst wird, je mehr sich die Funktionsstellung des Nachlaufregelventils 29 der der Sperrstellung 0 entsprechen-
den Konfiguration seiner gehäusefesten und ventilkörpersei- tigen Steuerkanten nähert, da hiermit einhergehend sich der Durchflußquerschnitt des jeweils freien Strömungspfades 39 oder 42 verringert.
In einem gleichsam stationären Zustand, der sich nach weni¬ gen Regelspielen der geschilderten Art ergibt, bleibt der Kolben 17, abgesehen von kleinen Korrekturbewegungen deren Richtung durch die mechanische Rückmeldeeinrichtung 47 be¬ stimmt wird, stehen und seine Position als durch das Nach¬ laufregelventil 29 geregelte Stillstandsposition aufrechter¬ halten.
Dies gilt, intakten Zustand des Druckversorgungsaggregats 31 vorausgesetzt, auch dann, falls der Kolben sich aufgrund unvermeidbarer Leckölströ e, die vom unteren Antriebsdruck- rau 28 über das Nachlaufregelventil 29 zum Vorratsbehälter 43 oder von diesem über Kolbendichtungen 45 hinweg in den oberen Antriebsdruckraum 27 des Hydrozylinders 11 "kriechen" - übertreten - können, langsam nach unten bewegt, da dies ebenfalls ein Ansprechen der Rückmeldeeinrichtung 47 im Sin¬ ne einer kompensatorischen Ansteuerung des Nachlaufregelven- tiis in dessen Funktionsstellung II zufolge hat, wodurch der Zyiinderkolben 17 wieder in seine geregelte Stillstands- Position zurückgeholt wird.
Eine Änderung der Position des Kolbens 17 ist nur durch eine soliwertseitige Ansteuerung des Nachlaufregelventils 29 mit¬ tels der insgesamt mit 48 bezeichneten Sollwertvorgabeein¬ richtung möglich, wobei die Positions-Sollwertvorgabe elek¬ trisch gesteuert oder auch manuell gesteuert erfolgen kann. Für die Positions-Sollwertvorgabeeinrichtung 48 und die - -
mechanische - Positions-Istwertrück eldeeinrichtung, durch deren Zusammenwirken eine kontrollierte BewegungsSteuerung des Antriebszylinderkolbens 17 im Betrieb der Presse 10 er¬ zielbar sein muß, der CNC-gesteuert ablaufen kann, sei, zum Zweck der Erläuterung, ein nachfolgend im wesentlichen an¬ hand funktioneller Eigenschaften erläuterter Aufbau voraus¬ gesetzt, bei deren Kenntnis ein Fachmann der elektrohydrau¬ lischen Regelungstechnik in der Lage ist, das Nachlaufregel¬ ventil 29 einschließlich der Positions-Sollwertvorgabeein- richtung 48 und der mechanischen Positions-Istwertrückmelde- einrichtung 47 konstruktiv zu realisieren.
Die Positions-Sollwertvorgabeeinrichtung 48 umfaßt einen elektrischen Schrittmotor 49, der durch einen Ansteuerim- puls, der dem Schrittmotor 49 an einem Abwärts-Steueran¬ schluß 51 zugeleitet wird, gesehen in Richtung des Pfeils 52 der Fig. 1 zur Ausführung einer Drehung seines Rotors um einen inkrementalen Drehwinkel definierten Betrages Δφ im Gegenuhrzeigersinn ansteuerbar ist und durch einen Ansteuer- impuls, der ihm an einem Aufwärts-Steuereingang 55 zugelei¬ tet wird, zur Ausführung einer inkrementalen Drehbewegung gleichen Winkelbetrages im Uhrzeigersinn ansteuerbar ist. Mit der Rotorwelle 53 des Schrittmotors 49 ist eine Hohlwel¬ le 54 durch wechselseitig in Eingriff stehende Geradverzah¬ nungen rotatorisch drehfest, jedoch axial verschiebbar ge¬ koppelt, die auf einem vom Schrittmotor 49 entfernt angeord¬ neten Endabschnitt mit einem Innengewinde versehen ist, mit dem eine Gewindespindel 56 der mechanischen Positions-Ist- wertrückmeideeinrichtung 47 in kämmendem Eingriff steht. Diese Gewindespindel 56 ist drehbar, in axialer Richtung jedoch nicht-verschiebbar an einem mit dem nicht dargestell¬ ten Gehäuse des Nachlaufregelventils 29 fest verbundenen
22 -
Gestellteil 57 der Presse 10 gelagert.
Mit der Gewindespindel 56 ist ein Ritzel 58 der Rückmelde¬ einrichtung 47 drehfest verbunden, das mit einer Zahnstange 59 in kämmendem Eingriff steht, welche die Verschiebung des Antriebszylinderkolbens 17 mit ausführt und mit diesem durch eine Kolbenstange 61 geringen Durchmessers fest verbunden ist, die druckdicht-verschiebbar durch einen den axial-ge- häusefeεten Abschluß des oberen Antriebsdruckraumes 27 bil¬ denden Deckel 62 des Antriebszylinders 11 hindurchgeführt ist.
Die Steigung der Gewinde, über die die Hohlwelle 54, die mittels des Schrittmotors 49 rotatorisch antreibbar ist, sowie der Gewindespindel 56, die über den durch das Ritzel
58 und die Zahnstange 59 gebildeten Zahnstangentrieb rota¬ torisch antreibbar ist, sowie die Anordnung der Zahnstange
59 bezüglich des Ritzels 58 sind dahingehend aufeinander abgestimmt, daß eine Ansteuerung des Schrittmotors 49 über seinen Abwärtssteueranschluß 51, die zu einer Drehbewegung seineε Rotors im Gegenuhrzeigersinn führt, eine axiale Ver¬ schiebung der Hohlwelle 54 - gemäß der Darstellung der Fig. 1 nach links - zur Folge hat, durch die über ein nicht dar¬ gestelltes Betätigungselement das Nachlaufregelventil in seine Funktionsstellung I gelangt, und eine daraus resultie¬ rende Abwärtsbewegung des Antriebszylinderkolbens 17 zu ei¬ nem rotatoriεchen Antrieb der Rückmeldeεpindel 56 führt, deεεen Drehεinn derselbe ist, wie derjenige der Hohlwelle 54, so daß in einer Betriebsphase des Hydrozylinders 11, in der dessen Kolben sich mit konstanter oder annähernd kon¬ stanter Geschwindigkeit auf den Amboß 14 zubewegt, das Nach¬ laufregelventil 29 mit demjenigen Querschnitt des jeweils
wirksamer- Durchfluß-Steuerungspfades 39 oder 42 aufgesteuert ist, bei dem der jeweils erforderliche Hydraulikölstrom über das Nachlaufregelventil 29 fließen kann. Entsprechendes gilt sinngemäß, wenn der Schrittmotor 49 über seinen Aufwärts- steueranschluß 55, gesehen in Richtung des Pfeils 52 im Uhr¬ zeigersinn angetrieben ist, das Nachlaufregelventil in seine Funktionsstellung II gesteuert ist und der Zylinderkolben 17 sich im Rückzugsbetrieb des AntriebsZylinders 11 aufwärts bewegt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben 17 ab¬ wärts oder aufwärts bewegt, wird durch die Ausgabefrequenz gesteuert, mit der die von einer NC- oder CNC-Steuereinheit 23' erzeugten Steuerimpulse an den Abwärtsεteuereingang 48 oder den Aufwärtεεteuereingang 55 des Schrittmotors 49 abge¬ geben werden.
Die Infcrmationen über die jeweilige Istposition des Zylin¬ derkolbens 17 wird, abgesehen von dem auslegungsbedingten Nachlaufweg Δs durch algebraische Summation der dem Schritt¬ motor 49 an seinem Abwärtssteuereingang 48 und an seinem Aufwärtssteuereingang 55 zugeleiteten, jeweils inkrementalen Hubabschnitten entsprechenden Ansteuerimpulse gewonnen, de¬ ren Abzahlung mit Bezug auf eine Referenzposition erfolgt, die mittels eines Positionsgebers 63 erfaßbar ist, der z.B. ein Poεitions-Referenzsignal erzeugt, wenn die Zahnstange 59 des Zahnstangenritzeltriebes 59,58 der Rückmeldeeinrichtung 47 eine einem oberen Bereich der möglichen Kolbenstellungen entsprechende Position einnimmt, die am Beginn eines Arbeits¬ zyklus der Presse 10 angefahren wird, auf den anschließend eine Vielzahl von selbsttätig gesteuerten Presεenzyklen fol¬ gen können, innerhalb derer die Positionssteuerung des Kol- benε 17 mit Bezug auf die solchermaßen erfaßte Referenzposi¬ tion erfclσt.
Um für die Dauer von Stillstandsphasen des AntriebsZylinders 11, innerhalb derer im Arbeitsbereich 22 der Presse 10 manu¬ elle Eingriffe einer Bedienungsperson, z.B. zum Zweck der Entnahme eines bearbeiteten Werkstückes 64 oder einer Posi¬ tions-Justierung eines solchen vornehmbar sein müssen, si¬ cherzustellen, daß der Zylinderkolben 17 in der Stillstands¬ position bleibt und eine Verletzungsgefährdung der Bedie¬ nungsperson weitestmöglich ausgeschlossen ist, ist eine ins¬ gesamt mit 66 bezeichnete Sicherungseinrichtung vorgesehen, die zumindest dann wirksam wird, wenn die Bedienungsperson, nachdem die Presse 10 stillgesetzt worden ist, eine im Nor¬ malfall den Zugang zum Arbeitsbereich 22 der Presse verhin¬ dernde nicht dargestellte Schutzeinrichtung öffnet und da¬ durch ein elektromechanisch erzeugtes Signal auslöst, durch das die Sicherheitssteuereinheit 23 und die Sicherungsein¬ richtung 66 aktiviert werden.
Die Sicherungseinrichtung 66, zu deren Erläuterung nunmehr auch auf die Fig. 2a und 2b Bezug genommen sei, umfaßt eine insgesamt mit 67 bezeichnete Feststellbremse, mittels derer der in den Fig. 1 sowie 2a und 2b lediglich durch seine Ro¬ torwelle 53 repräsentierte Rotor des Schrittmotors 41 fest¬ setzbar ist. In der Fig. 2a ist der angelegte, in der Fig. 2b der gelöste Zustand der Feststellbremse dargestellt.
Die Feststellbremεe 67 ist als Backenbremse mit zwei Brems¬ backen 68 und 69 ausgebildet, die bezüglich der zentralen Längsachεe 71 diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind und radial an die äußere Mantelfläche einer als Reib¬ körper vorgesehenen ringzylindrischen Bremshülse 72 andrück¬ bar sind, welche drehfest mit einem aus dem Gehäuse des
Schrittmotors 49 an dessen dem Nachlaufregelventil abgewand¬ ten Seite austretenden freien Endabschnitt der Rotorwelle 53, diese koaxial umschließend, verbunden ist.
Die Bremsbacken 68 und 69 sind durch radial innere Flansche von Kolben 73 und 74 zweier doppelt-wirkender Hydrozylinder 76 und 77 gebildet, die, zum einen, ein Anlegen der Brems¬ backen mit hohem Bremsmoment der Feststellbremse 67 ermögli¬ chen, alternativ dazu ein aktives Öffnen der Feststellbremse 67 gegen die Wirkung vorgespannter Bremsfedern ermöglichen, welche die Kolben 73 und 74 in eine Anlagestellung der Fest¬ stellbremse 67 drängen, in der diese noch ein Mindestbrems- moment entfaltet, wenn die Druckversorgung für die Antriebs- Hydrozylinder 76 und 77 der Bremse 67 ausgefallen ist.
Die Kolben 73 und 74 sind als Stufenkolben ausgebildet, de¬ ren die Bremsbacken 68 und 69 bildende, dem Durchmesser d nach kleinere Kolbenstufen in miteinander fluchtenden Boh¬ rungen 81 und 82 eines Bremsengehäuseblocks 83 druckdicht verschiebbar geführt sind, die über je eine radiale Ring- εchulter 84 an mit diesen Bohrungen 81 und 82 koaxiale Boh¬ rungsstufen 86 und 87 anschließen, in denen die Kolben 73 und 74 mit je einem Flansch 88 bzw. 89 entsprechend größeren Durchmessers D druckdicht verschiebbar geführt sind. Die größeren Bohrungsstufen 86 und 87 münden an einander gegen¬ überliegenden parallelen seitlichen Begrenzungsflächen 91 und 92 des Gehäuseblocks 83, zu denen die gemeinsame zentra¬ le Längsachεe 98 der Stufenbohrungen rechtwinklig verläuft, innerhalb deε lichten Querεchnittes flach-topfförmiger Ver¬ tiefungen von Zylinderabschlußflanεchen 96 und 97, die druckdicht an den Gehäuεeblock 83 anmontiert εind und die axial gehäusefeste Begrenzung der Antriebsdruckräume der
beiden Antriebszylinder 76 und 77 der Bremse 67 bilden, in¬ nerhalb der die großflächigen Kolbenflansche 88 und 89 der Zylinderkolben zum Anlegen der Bremse 64 mit hohem Bremsmo¬ ment mit hohem Druck beaufschlagbar sind. Die beiden durch die Vertiefungen 93 und 94 der Zylinderabschlußflansche 96 und 97 begrenzten Antriebsdruckräume sind über eine parallel zur zentralen Längsachse 98 der beiden Antriebszylinder 76 und 77 verlaufende Durchgangsbohrung 99 miteinander in kom¬ munizierender Verbindung und sind - in hydraulischer Par¬ allelschaltung - über einen gemeinsamen Versorgungsanschluß 101, der an einem der Zylinderabschlußflansche angeordnet ist, mit Druck beaufschlagbar oder entlaεtbar.
Durch die radialen Ringschultern 84 der Stufenbohrungen 81, 86 sowie 82,87 und die jeweils größeren Kolbenstufen 88 und 89 der Stufenkoiben 73 und 74 sind zum einen die axial ge- häusefesten und zum anderen die axial beweglichen Begrenzun¬ gen je eines Ringraumes 102 bzw. 103 der Bremsenantriebszy¬ linder 76,77 gebildet. Diese Ringräume 102 und 103 stehen über nach außen abgestopfte Radialbohrungen 104 und eine diese miteinander verbindende, nach außen ebenfalls abge¬ stopfte Querbohrung 106 miteinander sowie mit einem Versor¬ gungsanschluß 1C7, der am Gehäuseblock 83 angeordnet ist, in Verbindung und sind über diesen in hydraulischer Parallel¬ schaltung mit Druck beaufschlagbar bzw. entiastbar.
Die Stufenkolben 73 und 74 werden durch die vorgeεpannten Druckwendelfedern 78, die auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge von Sackbohrungen 109 der Stufenkolben 73 bzw. 74 auf¬ genommen sind und sich außenseitig an den Zylinderabschlu߬ flanschen 96 bzw. 97 abstützten, radial nach innen in Anlage ihrer die Bremsbacken 68 und 69 bildenden Kolbenflansche mit
der Bremshülse 72 gedrängt, woraus das Mindestbrems oment resultiert, das bei ausgefallener Druckversorgung noch auf den Rotor des Schrittmotors 49 wirkt.
Die Bremsfedern 78 sind so ausgelegt, daß das allein aus den Federkräften resultierende Bremsmoment den Rotor des Schritt¬ motors 49 zwar hinreichend sicher gegen "Mitnahme"-Kräfte festhalten kann, die z.B. infolge von Reibung zwischen der Sollwert-Vorgabewelle 54 und der Istwert-Rückmeldespindel 56 auftreten könnten, wenn sich der Kolben 17 des An'-riebszy- linders 11 aufgrund von Lecköl-Strömen unter seinem Eigenge¬ wicht langsam nach unten bewegt und dadurch die Rückmelde¬ einrichtung 47 langsam angetrieben wird, daß jedoch das al¬ lein durch die Wirkung der Bremsfedern 78 erzeugte Bremsmo¬ ment deutlich geringer ist als das von dem Schrittmotor 49 entfaltbare Drehmoment, so daß in diesem allein durch die Federkräfte geschlossenen Zustand der Feststellbremse 67 ein z.B. zum Anfahren der Referenzposition des Hydrozylinderkol- bens 17 erforderlicher Vorschub- oder Rückzugsbetrieb des Hydrozylinders 11 durch z.B. manuell gesteuerte Beaufschla¬ gung des Schrittmotors 49 mit Positions-Sollwert-Vorgabeim¬ pulsen erfolgen kann, oder der Rotor des Schrittmotors auch manuell mittels eines am freien Ende seiner Rotorwelle 53 angeordneten Handrädchens 111 mit mäßiger Anstrengung ge¬ dreht werden kann, und ansonsten - wegen der reibungsschlüε- sigen Fixierung des Schrittmotor-Rotors eine Abwärtsbewegung des Antriebszylinderkolbens 17 ausschließlich dazu führen kann, daß das Nachlauf-Regelventil 29 in seine Funktions¬ stellung II gelangt, in der der obere Antriebsdruckraum 27 des Hydrozylinders 11 druckentlastet ist und keinerlei Ver¬ bindung zwischen dem unteren Antriebsdruckraum 28 und dem oberen Antriebsdruckraum 27 besteht, d.h. in diejenige Funk-
tionsstellung, die gleichsam selbstsichernd ist.
In zweckmäßiger Auslegung entspricht das mittels der Brems¬ federn 108 entfaltbare Bremsmoment zwischen 1/4 und 1/3 des vom Schrittmotor 49 entfaltbaren Drehmoments.
Für den normalen, elektronisch gesteuerten Betrieb der Pres¬ se 10, in dem der Schrittmotor 49 mit hoher Impulsfolgefre¬ quenz der Sollwert-Vorgabe-Impulse angesteuert wird und leichtgängig drehbar sein muß, wird die Feststellbremse 67 durch Einkopplung des Betriebsdruckes des Druckversorgungs- aggregatε 31 in die Ringräume 102 und 103 bei gleichzeitiger Druckentlastung der Antriebsdruckräume 93 und 94 der Brem¬ sen-Antriebszylinder 76 und 77 " gelüftet. Die hierbei als An- triebsflächen benutzten Ringflächen, deren Betrag der Diffe¬ renz der Querschnittsflächen der größeren Bohrungsstufen 86 und 87 und der kleineren Bohrungsstufen 81 und 82 entspricht, εind dahingehend dimensioniert, daß die durch die Druckbe¬ aufschlagung dieser Flächen erzielte, die Stufenkolben 73 und 74 radial nach außen drängende Kraft K mindestens dem doppelten Wert der von den Bremsfedern 78 im gelüfteten Zu¬ stand der Bremse entfalteten Rückstellkraft K R entspricht, wobei ein zweckmäßiger Wert dieses Verhältnisses um 2,4 liegt.
Zum "aktiven" Anlegen der Feststellbremse 67 mit einem Bremsmoment, das deutlich, d.h. mindestens 3x höher ist, als das vom Schrittmotor 49 entfaltbare Drehmoment, werden die Ringräume 102 und 103 der beiden Bremsen-Antriebszylinder 76 und ~ druckentlastet und deren durch die größeren Koiben- fianεche 88 und 89 großflächig begrenzten Antriebsdruckräume 93 und 94 mit dem hohen Ausgangsdruck des Druckversorgungs-
aggregats 31 beaufschlagt.
Ein hierzu vorgesehenes Bremsen-Steuerventil 112 ist als 4/2-Wege-Magnetventil ausgebildet, in dessen Grundstellung 0 der Betriebsdruck in die großflächig begrenzten Antriebs¬ druckräume 93 und 94 der Bremsen-Antriebszylinder 76 und 77 eingekoppelt ist und deren Ringräume 103 und 104 mit dem drucklosen Vorratsbehälter 43 verbunden sind, und in dessen erregter Stellung I die großflächig begrenzten Antriebs- druckräume 93 und 94 dieser Antriebszylinder 76 und 77 druckentlastet und die Ringräume 103 und 104 mit dem Druck¬ ausgang 32 des Druckversorgungsaggregats 31 verbunden sind so daß die Feststellbremse 67 gelüftet ist.
Die der zylindrischen Bremshüse 72 zugewandten Stirnseiten der die Bremsbacken 68 und 69 bildenden Flansche der Kolben 73 und 74 haben beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine zylindrisch-konkave Wölbung 113, deren Krümmungsradius klei¬ ner ist als der Radiuε der äußeren Mantelfläche 114 der Bremshülse 72, wobei die geradlinigen Kanten 116, über die die konkav gewölbten Bereiche 113 an die im übrigen ebenen Stirnflächen 117 der Antriebszylinderkolben 73 und 74 an¬ schließen und entlang derer die Kolben 73 und 74 im ge¬ schlossenen Zustand der Feststellbremse 67 an deren Brems¬ hülse 72 anliegen, bezogen auf die zentrale Längsachse 71 der Festεtellbremεe 67 einen Winkelabstand φ von etwa 90° haben. Die geradlinigen "Kanten" 116 sind als mit einem kleinen Krümmungsradiuε von 1/5 mm bis 1 mm konvex gewölbte Übergangsbereiche zwischen den konkaven Wölbungen 113 und den ebenen Stirnflächenbereichen der Kolben 73 und 74 ausge¬ bildet. Durch diese glatt gewölbte Ausbildung der geradlini¬ gen Berührungsbereiche der Kolben 73 und 74 wird sowohl de-
ren Verschleiß als auch ein Verschleiß der Bremshülse 72 hinreichend niedrig gehalten, daß deren Standzeit dem Si¬ cherheitsbedürfnis bei weitem genügt.
Der Lüftungshub der Kolben 73 und 74 ist deutlich kleiner gewählt als die Höhe h des sich zwischen je zwei Berührungs¬ linien 116 erstreckenden Querschnittssegments der Bremshül¬ se, so daß die Kolben 73 und 74, auch wenn Sie beim Lüften der Bremse eine Drehung um ihre zentrale Längsachse 98 er¬ fahren sollten, beim Anlegen der Bremse 67 stetε wieder in diejenige Konfiguration zurückgedreht werden, in der die Berührungslinien parallel zur zentralen Längsachse 71 der Rotorwelle 53 bzw. der Bremshülse 72 verlaufen. In einer typischen Auslegung der. Feststellbremse 67 beträgt deren maximaler Kolbenhub etwa der halben Höhe des Kreissegments.
Um den Beitrag der Bremsscheibe 72 zum Gesar.tträgheitsmoment des Rotors des Sollwert-Vorgabemotors 49 möglichst gering zu halgen, ist die Bremsscheibe 72 aus einem Leichtmetall ge¬ fertigt und durch eine härtende Oberflächenbehandlung gegen Verschleiß geschützt. Auch die Kolben 73 und 74 können aus einem Leichtmetall bestehen, das einer entsprechenden Ober¬ flächenbehandlung unterzogen ist oder aus einem gut glättba¬ ren Metall, z.B. Stahl.
In einer den Fig. 2a und 2b entsprechenden Gestaltung der Feststellbremseinrichtung 67 war diese mit folgenden Werten der Parameter r (Radius der Reibfläche 114 der Bremshülse 72), d (Durchmesser der kleineren Bohrungsstufen 81 und 82 der Antriebszylinder 76 und 77 der Bremse " , D (Durchmes¬ ser der größeren Bohrungsstufen der Zylinderbohrungen der Antriebszylinder 76 und 77), φ (Winkelabstand der Anlage-
kanten 116 der Bremsbacken 68 und 69) und 1 (axiale Ausdeh¬ nung der Bremshülse 72) realisiert:
r = 7,5 mm., d = 12 mm, D = 14 mm, φ = 90° und 1 = 15 mm.
Die Stellkraft der Wendelfedern 78 in der Bremstellung be¬ trug jeweils 80 N und ihre Rückstellkraft in der gelösten Konfiguration der Bremse 67 100 N. Bei einem Betriebsdruck von ca. 12 bar entfaltete die Bremse in ihrem elektrisch gesteuert, hydraulisch betätigten Zustand einschließlich der unterstützenden Wirkung der Bremsfedern 78 ein Gesamt-Brems- moment von 400 Ncm, wobei der durch die Federkräfte bedingte Bremsmoment-Anteil ca. 30 Ncm betrug.
In dieser Auslegung ist die Feststellbremse 67 geeignet, ei¬ nen Schrittmotor 49, der ein Drehmoment von 120 Ncm entfal¬ tet, hinreichend sicher festzusetzen. Die Bremse 67 ist hin¬ sichtlich einer gleichmäßig guten Bremswirkung unempfindlich gegen eine z.B. durch Lecköl bedingte Bildung eines Ölfilms auf der Reibfläche 114 der Bremshüise 72 und/oder den Brems¬ backen 68 und 69, da wegen deren Linienberührung miteinander eine so hohe Flächenpressung entsteht, daß ein solcher Schmierfilm im Reibbereich zuverläsεig zertrennt wird und stets blanke Flächen der Bremsenelemente mit einem für deren Materialpaarung charakteristischen - konstanten Reibbeiwert in kraftschlüssig-feste Verbindung miteinander gelangen.
Zur Überwachung der Drücke, die in den großflächig begrenz¬ ten Antriebεdruckräumen 93 und 94 sowie in den Ringräumen 102 und 1CΞ der Feststellbremse 6 " herrschen, ist je ein Druckschaiter 118 und 119 vorgesehen, die für den druckbe- aufschiagten und den drucklosen Zustand der jeweiligen
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Druckräume charakteristische elektrische Ausgangssignale abgeben, die der Sicherheits-Stelleinheit 23 als Informa¬ tions-Eingaben zugeleitet sind.
Next Patent: HIGH-PRESSURE GAS SUPPLY