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Vorrichtung zum Steuern eines reversierbaren Hydraulik-Antriebes Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines reversierbaren Hydraulik-Antriebes
beispielsweise für eine Werkzeugmaschine, mit einem einstellbaren überdruckventil
und mit einer von dem Druckmittel betätigten elektrischen Schalteinrichtung, die
den Antrieb beim Erreichen des eingestellten Druckes mittels eines Magnetventils
umsteuert.
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Bislang wurde das Umsteuern der Antriebvorrichtung bei derartigen
Maschinen auf grundsätzlich zwei verschiedene Weisen durchgeführt. Entweder wurde
durch ein sich bewegendes Teil der Maschine ein herkömmlicher Schalter betätigt,
der üblicherweise über ein Schaltschütz den Antrieb umschaltet, oder es war ein
herkömmlicher Druckschalter vorgesehen, der beim Erreichen des eingestellten Maximaldrucks
vom Druckmittel auf mechanische Weise betätigt wurde.
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Alle bekannten, für diese Zwecke verwendeten Druckschalter sind besonders
ausgebildete mechanische Schalter mit Kontakten, die auf mechanischem Weg, beispielsweise
durch Stößel, aus ihrer einen in ihre andere Schaltstellung bewegt wurden.
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Nun lassen sich zwar die Kontakte von elektrischen Schaltern so ausbilden,
daß sie den ihrer Konstruktion zugrunde gelegten elektrischen Strom über lange Zeit
hinweg störungsfrei an- und abschalten können, sie erfüllen ihre genannte Aufgabe
jedoch nur so lange störungsfrei, als sie nicht durch äußere, nichtelektrische Einflüsse
beschädigt werden. Bei diesen äußeren Einflüssen handelt es sich im wesentlichen
um direkten Eintritt von Öl in den Schalter oder aber um das Eintreten von ölhaltiger
Luft. Die Folgen davon sind ein Verschmoren bzw. Verkleben der Kontaktflächen, die
ihrerseits einen vollständigen Ausfall der Steuerung zur Folge haben. Zur Vermeidung
dieser gefährlichen Nachteile wurden diese Schalter bislang mit aufwendigen Maßnahmen
gekapselt und an den Durchführungsstellen des mechanischen Betätigungsgliedes abgedichtet.
Diese Abdichtung an dem den Schaltvorgang auslösenden Schalter hatte jedoch regelmäßig
auf Grund des rauhen Dauerbetriebes nur eine zeitlich begrenzte Wirkung, so daß
nach einiger Zeit ölhaltige Luft und Öl in den Schalter eindringen und diesen dadurch
zerstören konnte. Außerdem war nicht zu vermeiden, daß sich nach einiger Zeit Staub
u. dgl. an dem mechanischen Betätigungsglied absetzte und dieses gelegentlich blockierte,
so daß der Schalter in seiner einen oder anderen Stellung festgehalten war.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Mängel der bekannten
Schalter zu vermeiden und eine Steuerung zu schaffen, die über praktisch unbegrenzte.
Zeit mit Sicherheit störungsfrei arbeitet, ohne daß einzelne ihrer Teile routinemäßig
ausgewechselt werden müssen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
die elektrische Schalteinrichtung aus einem im Hydraulikkreislauf angeordneten und
von Spulen umgebenen Zylinder sowie einem im Zylinder verschiebbaren, federnd vorgespannten
Kolben besteht, der den Kern einer an einer Wechselspannung liegenden Primärspule
und einer Sekundärspule bildet, und seine Stellung relativ zu den Spulen und damit
die Kopplung zwischen den Spulen abhängig von der Stellung des Überdruckventils
ändert, wobei ein Steuerorgan eines elektrischen Ventils mit der Sekundärspule verbunden
ist und die Änderung der durch die druckabhängige Verschiebung des Kolbens in der
Sekundärspule induzierten Spannung das elektrische Ventil auf- und zusteuert.
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Dadurch entfällt der bisherige, mit dem Druckmittel mechanisch verbundene
Schalter vollständig und wird durch die beiden Spulen und das elektrische Ventil
ersetzt. Bis auf die ebenfalls mit dem Druckmittel nicht direkt in Verbindung stehenden
Spulen können alle Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung unabhängig und mit Abstand
von der Hydraulikanlage angeschlossen werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß
die Anlage weniger störanfällig und damit sicherer als die bekannten Anlagen wird,
und zwar ohne daß - über einen längeren Zeitraum gesehen - die Vorrichtung teurer
als bekannte Vorrichtungen wird. Dem steht auch nicht entgegen, daß die Erstellungskosten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
größer sein können als bei bekannten
Vorrichtungen, denn es ist nicht zu übersehen, daß der häufige Ersatz des unmittelbar
vom Druckmittel mechanisch betätigten Schalters mit Kosten verbunden ist, die insbesondere
durch den hierzu erforderlichen Ausfall der gesteuerten Maschine beträchtlich sein
können.
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Für eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß das elektrische Ventil von einem Thyratron gebildet ist, in dessen Gitterkreis
die Sekundärspule und in dessen Anodenkreis ein magnetisch betätigter Schalter liegt,
der das Magnetventil schaltet.
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Eine andere vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, daß das elektrische Ventil von einer Drossel gebildet ist, die eine
Steuerwicklung besitzt, welche mit der Sekundärspule verbunden ist, und eine gesteuerte
Wicklung, welche in Reihe mit dem magnetbetätigten Schalter und einer Diode an der
Wechselspannung liegt, wobei der magnetbetätigte Schalter das Magnetventil steuert.
In vorteilhafter Weise hat dabei die Drossel einen Ringkern.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine schematische
Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung als Umsteuervorrichtung für eine
hydraulische Presse und F i g. 2 in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform
der Erfindung.
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Der hydraulische Teil des in F i g. 1 gezeigten Systems weist eine
Druckfiüssigkeitsquelle in Form einer von einem nicht gezeigten Elektromotor angetriebenen
Pumpe 10 auf. Die Pumpe 10 saugt hydraulische Flüssigkeit aus einem Reservoir 11
über eine Leitung 12 an und drückt diese Flüssigkeit durch eine Leitung 13, ein
Oberdruckventil 14 und eine Leitung 15 nach einem Magnetventil 16, das zwei Stellungen
einnehmen kann. Von dem Magnetventil 16 fließt die Druckflüssigkeit über eine Leitung
17 nach einem handbetätigten, in drei Stellungen einstellbaren Umkehrventil
18. Das Umkehrventil 18 ist ein übliches, mit einer Mittelbohrung versehenes Vierwegeventil.
In der normalen neutralen Ruhestellung dieses Ventils fließt Flüssigkeit von der
Leitung 17 durch das Umkehrventil 18 über eine Leitung 19 zum
Magnetventil 16 und über eine Leitung 20 zum Reservoir 11 zurück. Wenn der Ventilkörper
des Umkehrventils 18 aus seiner neutralen Stellung von der Bedienungsperson mittels
des Handgriffs 21 nach unten bewegt wird, wird die Verbindung zwischen den Leitungen
17 und 19 unterbrochen und eine Verbindung zwischen der Leitung 17 und einer zu
einem doppeltwirkenden Hydraulikantrieb 23 führenden Leitung 22 hergestellt. Die
durch diese Leitungen strömende Flüssigkeit treibt dann diesen Antrieb in einer
seiner beiden Richtungen an. Die aus dem Antrieb 23 austretende Flüssigkeit fließt
über Leitung 24, Umkehrventil 18, Leitung 19, Magnetventil 16 und Leitung 20 zum
Reservoir 11 zurück. Das Magnetventil 16 verbindet in seiner Ruhestellung, in welcher
das Solenoid nicht erregt ist, Leitung 15 mit Leitung 17 und Leitung 19 mit
Leitung 20.
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Wenn das Solenoid des Magnetventils 16 erregt wird, werden die beschriebenen
Verbindungen unterbrochen und dafür Leitung 15 mit Leitung 19 und Leitung
17 mit Leitung 20 verbunden. Das überdruckventil14 wird geöffnet,
wenn der Druck in den Leitungen 13 und 15 einen bestimmten Maximalwert
erreicht.
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Das überdruckventil ist mit einem Durchlaß 50
versehen, der
über eine Leitung 51 mit dem einen Ende des aus nichtmagnetischem Material bestehenden
Zylinders 52 in Verbindung steht. Das andere Ende des Zylinders 52 ist durch eine
Leitung 53 mit der Leitung 15 verbunden. Der Zylinder 52 enthält einen Ankerteil
in Form eines Kolbens 54, der aus magnetischem Material besteht und der durch
eine Druckfeder 55 in die in den Figuren gezeigte Stellung gedrückt wird. Der Kolben
54 wird aus seiner gezeigten Stellung durch Druckunterschiede in den an gegenüberliegenden
Enden des Zylinders 52 angeordneten Kammern 56, 57 bewegt. Aus dem Vorstehenden
ist ersichtlich, daß, wenn das überdruckventil 14
geschlossen ist, der Druck
in den Kammern 56 und 57 gleich ist und der Kolben 54 durch die Druckfeder
55 in seiner dargestellten normalen Lage gehalten wird, daß aber beim Öffnen des
überdruckventils 14 der Druck in der Kammer 56 abfallen und der in der Kammer 57
herrschende Druck den Kolben 54 aus seiner normalen Stellung entgegen der
Druckfeder 45
nach links bewegen wird.
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Zylinder 52, Kolben 54 und Druckfeder 55 bilden Teile einer elektrischen
Schalteinrichtung 57. Der Zylinder 52 erstreckt sich durch eine Primärspule
58
und eine Sekundärspule 59 derart hindurch, daß der Kolben 54 in seiner
gezeigten Normalstellung eine maximale Spannung von der Primärspule 58 in der Sekundärspule
59 induziert.
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Die Primärspule 58 wird mit einer Wechselspannung von beispielsweise
110 Volt über Netzleitungen 60 und 61 gespeist und steht dauernd unter Strom, solange
sich die Vorrichtung im Betriebszustand befindet. Die in der Sekundärspule 59 induzierte
Spannung wird bei einer Bewegung des Kolbens 54 nach links in der Zeichnung
verringert.
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Die in der Sekundärspule 59 induzierte Spannung dient zur Steuerung
eines elektrischen Ventils in Form einer Thyratronröhre 62, welche den normalerweise
offenen magnetisch betätigten Schalter 63 steuert. Wenn der Schalter 63 sich schließt,
wird eine elektrische Verbindung zwischen einer mit der Netzleitung 61 verbundenen
Leitung 64 und einer Leitung 65 hergestellt, die mit der einen Seite einer Spule
66 eines zweiten magnetisch betätigten Schalters 67 verbunden ist. Die andere Seite
der Spule 66 ist über eine Leitung 68, über einen normalerweise offenen, mit dem
Handgriff 21 verbundenen, handbetätigten Schalter 69 und über eine Leitung 70 mit
der Netzleitung 60 verbunden. Der Schalter 67 weist zwei Sätze von normalerweise
offenen Kontakten 71, 72 auf, welche, wenn der Schalter unter Strom steht, geschlossen
sind, um einen Haltestromkreis für die Solenoidspule 66 über die Leitung 73 zur
Netzleitung 61 zu schließen. Durch die ebenfalls bei Betätigung des Schalters 67
geschlossenen Kontakte 72 wird ein Stromkreis von der Netzleitung 61 über die Magnetspule
74 des Magnetventils 16 zur anderen Netzleitung 60 geschlossen.
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Die Thyratronröhre 62 weist den üblichen Glühfaden 75, die Kathode
76, das Gitter 77 und die Anodenplatte 78 auf. Die Kathode 76 ist an eine zwischen
zwei Widerständen 80 und 81 verlaufende Lei-
tung 79 angeschlossen,
wobei der Widerstand 80 mit der Netzleitung 61 und der Widerstand 81 reit der
Netzleitung
60 verbunden ist. Die zum einen Ende der Sekundärspule 59 führende
Leitung 82 ist über ein Gleitstück mit dem Widerstand 81 verbunden,
während das andere Ende der Sekundärspule 59
durch eine Leitung 83 über einen
Widerstand 84 mit dem Gitter 77 des Thyratrons 62 verbunden ist. Die
Anodenplatte 78 des Thyratrons ist mit dem einen Ende der Magnetspule 86
des Schalters 63 durch eine Leitung 85 verbunden. Das andere Ende dieser
Spule 86 ist über eine Leitung 87 mit der Netzleitung 61
verbunden.
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Wenn sich der Kolben 54 in seiner gezeigten normalen Stellung
befindet und in der Sekundärspule 59 eine maximale Spannung induziert ist, so verhindert
diese am Gitter 77 anliegende Spannung einen Stromfluß durch das Thyratron
62. Wenn aber der Kolben 54 aus seiner dargestellten Stellung bewegt und
die Spannung an der Sekundärspule 59 und damit am Gitter 77 abfällt, wird ein pulsierender
Gleichstrom durch das Thyratron fließen. Dieser pulsierende Gleichstrom wird den
magnetisch betätigten Schalter 63 betätigen und den Stromkreis für die Magnetspule
66 schließen. Dadurch wird der Schalter 67 für den Stromkreis des Magnetventils
16 geschlossen, und dieses Ventil veranlaßt dann eine Umkehr der Bewegung des Hydraulikantriebs
23.
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Um ein Rattern des Schalters 63 zu verhüten, ist ein Kondensator
88 zwischen den Leitungen 85 und 87 vorgesehen.
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Wenn der Bedienungsmann beispielsweise einer mit dem beschriebenen
Steuersystem versehenen Presse die Stoßstange 89 des Hydraulikantriebs aus der in
den Figuren gezeigten Stellung bewegen will, drückt er den Handgriff 21 nach unten
und schließt dadurch den handbetätigten Schalter 69. Dadurch wird der Ventilkörper
des Umkehrventils 18 so bewegt, daß nunmehr Druckflüssigkeit aus der Leitung
15 über Leitung 22 in das obere Ende des Hydraulikantriebs gelangen
kann, wobei das andere Ende des Hydraulikantriebs 23 über Leitung
24, Umkehrventil 18, Leitung 19, Magnetventil 16 und
Leitung 20 mit dem Reservoir 11 in Verbindung steht. Wenn der Bedienungsmann
den Handgriff 21 in seiner niedergedrückten Lage hält und der Kolben mit
der Stoßstange 89 das Ende seines Hubes erreicht oder auf ein Werkstück auftrifft,
so daß der Druck im Oberdruckventil 14 so weit ansteigt, daß sich dieses
Ventil öffnet, dann wird der Kolben 54 nach links bewegt werden, und die
in der Sekundärspule 59 induzierte Spannung wird abfallen.
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Dieser in der Spule 59 auftretende Spannungsabfall verursacht einen
Strom durch das Thyratron 62, der das Solenoid 86 erregt und den Schalter
63
schließt. Durch das Schließen des Schalters 63 wird die Spule 66
erregt und schließt Schalter 67, wodurch das Magnetventil 16 erregt wird.
Kolben und Stoßstange 89 des Hydraulikantriebs werden dann nach oben bewegt.
Der Kolben wird, falls der Handgriff 21
niedergedrückt bleibt, seine Umkehrbewegung
so lange fortsetzen, bis er das Ende seines Hubes erreicht hat. Sollte die Bedienungsperson
den Handgriff 21 nicht freigeben, wenn der Kolben das Ende seines Hubes erreicht
hat, so wird sich das Oberdruckventil 14 öffnen und über die Leitung 32 die von
der Pumpe geförderte Flüssigkeit wieder dem Reservoir 11 zuleiten. Wenn der Handgriff
21 freigegeben und der Ventilkörper des Umkehrventils 18
seine mittlere oder
neutrale Stellung einnimmt, wird der Schalter 69 und damit der Haltestromkreis
der Spule 66 geöffnet werden. In der Leitung 17 befindliche Druckflüssigkeit wird
dann über das Umkehrventil 18 in die zum Reservoir 11 führende Leitung
fließen. Wenn der Ventilkörper des Umkehrventils 18
sich in seiner neutralen
Stellung befindet, sind die Leitungen 22 und 24 blockiert, und der
Kolben wird seine Stellung beibehalten. Wenn der Handgriff 21
angehoben wird,
um den Ventilkörper des Umkehrventils 18 in seine oberste Stellung zu bringen,
dann wird die Leitung 17 mit der Leitung 24 und die Leitung 22 mit
der Leitung 19 verbunden, so daß der Kolben in seine oberste Stellung zurückkehrt.
Wenn der Handgriff 21 in seiner oberen Stellung verbleibt, nachdem der Motorkolben
seine oberste Stellung erreicht hat, wird das überdruckventil14 geöffnet und die
von der Pumpe 10 geförderte Flüssigkeit über Leitung 32 zurückgeführt
werden.
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In F i g. 2 ist die Thyratronröhre durch einen sättigungsfähigen Drosselkern
90 ersetzt. Die Sekundärspule 59 ist mit der Steuerspule
91 des Drosselkerns 90 über eine Diode 92 verbunden, während
die gesteuerte Spule 93 des Drosselkerns und dadurch eine Seite der Magnetspulen
86 des magnetbetätigten Schalters 63 über eine Diode 94 an der Netzleitung
60 anliegen. Die andere Seite der Magnetspule 86
ist über eine Leitung
87 mit der Netzleitung 61 verbunden.
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Beim Betrieb dieser Anordnung wird, wenn in der Sekundärspule
59 die Maximalspannung induziert und der Steuerspule 91 zugeführt
wird, nur ein zum Erregen der Solenoidspule 86 unzureichender Strom durch
die gesteuerte Spule 93 fließen. Wenn die an der Steuerspule 91 anliegende
Spannung abgefallen ist, wird jedoch ein zum Erregen der Spule 86 ausreichender
Strom durch die Spule 93 fließen.