DE68927021T2

DE68927021T2 - Versorgungsvorrichtung und Verfahren für Pressenantrieb mit Zurückgewinnung der Hebeenergie

Info

Publication number: DE68927021T2
Application number: DE68927021T
Authority: DE
Inventors: Victor Gheorghita
Original assignee: Pomini SpA
Current assignee: Pomini Long Rolling Mills SRL
Priority date: 1988-05-06
Filing date: 1989-05-01
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: US5074192A; DE68927021D1; ATE141852T1; JP2554165B2; EP0340869A2; IT1217518B; EP0340869B1; JPH0215898A; EP0340869A3; IT8820486A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Versorgungsvorrichtung mit Rückgewinnung der Hebeenergie für Pressenantriebe sowie das dazugehörige automatische Betriebsverfahren.
Für gewisse Operationen und Fertigungsverfahren werden pneumatische Antriebe eingesetzt, um Preßarbeiten durchzuführen, bei denen ein Teil des Preßhubs, bekannt als Annäherungs- oder Leerhub, erfolgt, ohne daß irgendein spezieller Widerstand angetroffen wird, während der Rest des Hubs, im folgenden als Arbeitshub bezeichnet, eine spezielle vorbestimmte Druckkraft erfordert.
Ein spezieller Fall auf diesem Gebiet betrifft Innenmischer für Gummi und Elastomere, bei denen ein Preßgewicht von einem zugehörigen pneumatischen Antrieb angehoben wird, so daß man die Beschickungsluke für das zu verarbeitende Material öffnen kann, woraufhin das Gewicht abgesenkt wird, bis es in Berührung mit dem eingegebenen Material gelangt und anschließend dieses Material mit einem vorbestimmten Druckwert in die Mischkammer drückt, um die Verarbeitung des gesamten Materials abzuschließen. In diesem Fall ist eine beträchtliche Menge Druckluft erforderlich, die in die obere Kammer des Antriebs eingespeist wird, um einen Hub durchzuführen, wobei ein Teil der Druckluft lediglich dazu benötigt wird, das an den Antrieb gekoppelte Gewicht abzusenken, nachdem es zum Öffnen der Zugriffsluke der Mischkammer angehoben wurde, während der Abschnitt des Hubs, in welchem aktiver Druck erforderlich ist, beschränkt ist.
Ein Beispiel für den oben erwähnten Stand der Technik ist in der US-3 608 431 offenbert, gegenüber der der unabhängige Anspruch 1 abgegrenzt ist.
Wegen der Notwendigkeit, beträchtliche Volumina komprimierter Luft zuzuführen, fallen hohe Kosten für die pneumatische Anlage ebenso an, wie ein hoher Energieverbrauch durch die Anlage, so daß das Bedürfnis besteht, Einsparungen bei der Druckluft vorzunehmen, die für einen Fertigungszyklus zur Verfügung zu stellen ist, indem man die seitens des Kompressors benötigte Menge beschränkt.
Ein weiteres Erfordernis ergibt sich aus der Verringerung der Bewegungszeiten des Antriebs mit dem Zweck, den Ausstoß zu steigern.
Entsprechende Ergebnisse werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, welche eine Versorgungsvorrichtung mit Rückgewinnung der Hebeenergie für Pressenantriebe gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 liefert.
Durch die Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Bereitstellung von Leistung mit Rückgewinnung der Hebeenergie für Pressenantriebe gemäß den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruchs 5 offenbart.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 einen Innenmischer des Typs, der sich zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet;
Figur 2 ein Pneumatik-Schaltbild der Versorgungsvorrichtung für den Pressenantrieb des Mischers gemäß der Erfindung, uns zwar in der Hebephase des Preßgewichts;
Figur 3 die Vorrichtung nach Figur 2 in der Phase der Vorbereitung für das Absenken des Gewichts;
Figur 4 die Sinkphase des Gewichts mit Energierückgewinnung;
Figur 5 die Endphase des Sinkvorgangs mit Energierückgewinnung;
Figur 6 die Kompressionsphase für das zu mischende Material;
Figur 7 die Bremsphase beim Sinkvorgang;
Figur 8 die Kompressionsphase des gemischten Materials bei verringertem Druck mit Energierückgewinnung.
Wie Figur 1 zeigt, enthält ein Innenmischer zur Herstellung von Gummi, Elastomermaterial oder dergleichen einen Körper 1 mit Rotoren 2 zum Mischen des Materials im Inneren einer Kammer 3. Eine Austragluke 4 ermöglicht das Entnehmen des Materials nach dessen Verarbeitung, während eine Beschickungsöffnung 5 das Eingeben der zu mischenden Materialien ermöglicht. Diese Materialien werden mit Hilfe eines Preßgewichts 6 in die Kammer 3 eingetrieben, wobei das Gewicht durch eine ausgezogene Linie in seiner vollständig abgesenkten Stellung und durch eine gestrichelte Linie in seiner angehobenen Stellung dargestellt ist.
Das Preßgewicht 6 ist über eine Welle 7 mit einem Kolben 8 verbunden, der im Inneren eines Zylinders 9 zu gleiten vermag, in welchem er eine obere und eine untere Kammer begrenzt. Mit Hilfe des Kolbens 8 kann das Gewicht 6 zur Beschickung angehoben und zum Komprimieren des zu verarbeitenden Materials abgesenkt werden.
Der Kolben 8 und der Zylinder 9 bilden einen Antrieb, der in seiner Gesamtheit mit der Ziffer 10 bezeichnet ist, und der mit pneumatischer Leistung gespeist wird, um die obigen Vorgänge des Anhebens und Pressens durchzuführen.
Für das Speisen des Antriebs 10 ist eine pneumatische Schaltung vorgesehen, von der in Figur 2 ein Diagramm in der Anhebephase des Gewichts und in den Figuren 3 und 8 aufeinanderfolgende Phasen des Senkens und Pressens dargestellt sind.
Gemäß diesem Diagramm wird der pneumatische Antrieb 10 von einer Hauptdruckluftquelle 11 über eine Hauptsteuereinheit 12 bekannter Art gespeist, welche eine Schmiermittel- und Kondensat-Abscheideeinheit 13 enthält, auf deren stromabwärts gelegener Seite die Speiseleitung für die untere Kammer des Zylinders ein elektromagnetisches Ventil 14 enthält, außerdem ein Ventil 15, welches von einem elektromagnetischen Ventil 16 pneumatisch gesteuert wird, ein Rückschlagventil 17 und eine Drossel 18. In der Speiseleitung für die obere Kammer des Zylinders befinden sich ein Druckreduzierer 19, der von einem Wählglied 20 auf den gewünschten Druckpegel eingestellt wird, und ein elektromagnetisches Ventil 21.
Die Spareinheit 22 wird von der Steuereinheit 12 gespeist und enthält ein in der Speiseleitung für die obere Kammer des Zylinders befindliches Ventil 23, welches von einem elektromagnetischen Ventil 25 über ein pneumatisches Servostellglied 24 gesteuert wird, ein Ventil 26, welches sich in der Speiseleitung für die untere Kammer des Zylinders befindet und über ein pneumatisches Servostellglied 27 von einem elektromagnetischen Ventil 28 gesteuert wird, und ein Ventil 29, welches die zu den Kammern führenden Speiseleitungen miteinander verbindet und von einem elektromagnetischen Ventil 31 über ein pneumatisches Servosteuerglied 30 gesteuert wird.
Für den Betrieb ohne die Verwendung der Spareinheit werden die Ventile 23, 26 und 29 in der in Figur 2 dargestellten Stellung eingestellt, nämlich so, daß die Ventile 23 und 26 geöffnet und das Ventil 29 geschlossen wird. Auf diese Weise speist die Steuereinheit 12 den Antrieb direkt, als ob dieser direkt mit ihr verbunden wäre, ohne daß die Einheit 22 eingreift.
Während des Anhebens des Kolbens 8 und des Gewichts 6 verbleibt das System in dieser Konfiguration, wie sie in Figur 2 gezeigt ist.
Durch Erregen des elektromagnetischen Ventils 14 und Öffnen dieses Ventils gelangt Luft über die Einheit 12 in die untere Kammer des Zylinders, während die obere Kammer über das Ventil 21 mit der Ausströmleitung verbunden ist, so daß der Kolben 8 zu steigen beginnt und dann an der obersten Stelle seines Hubs in der angehobenen Stellung gehalten wird.
Der Kolben 8 kann mit maximal möglicher Geschwindigkeit angehoben werden, die der verfügbare Druck zuläßt, da ein freier Durchstrom durch die Ventile 15 und 17 und die Drossel 18 möglich ist.
Um das Absenken des Kolbens 8 mit Energierückgewinnung einzuleiten, werden die elektromagnetischen Ventile 25 und 28 zum Schließen der Ventile 23 bzw. 26 erregt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Wenn dies geschehen ist, ermöglichen die Stellungsgeber 32 und 33 für die Ventile 23 bzw. 26 die Erregung des elektromagnetischen Ventils 31, welches das Ventil 29 zum Öffnen veranlaßt und dadurch die Einheit in den in Figur 4 dargestellten Zustand versetzt, während das elektromagnetische Ventil 14 in die entregte Position zurückkehrt, in der es an die Abströmleitung 34 angeschlossen ist, und das elektromagnetische Ventil 21 erregt wird und dadurch die Speiseleitung zur oberen Kammer des Zylinders mit der pneumatischen Hauptquelle verbindet, demzufolge die Steuereinheit 12 für die Einleitung des Arbeits-Sinkhubs des Gewichts vorbereitet wird.
Unter diesen Bedingungen wird die in der unteren Kammer des Zylinders 9 enthaltene Druckluft, die zuvor von dem Hauptdruck abgetrennt wurde, in die obere Kammer des Zylinders übertragen, wie dies in Figur 4 durch Pfeile angedeutet ist, und zwar mittels der kinetischen Energie des absinkenden Gewichts und der positiven Differenz zwischen den auf die einander entgegengesetzten Flächen des Kolbens einwirkenden Kräften.
In dieser Phase ist es möglich, das Sinken des Gewichts in irgendeiner Zwischenstellung dadurch anzuhalten, daß das elektromagnetische Ventil 31 entregt und somit das Ventil 29 geschlossen wird, wodurch der Transfer von Luft aus der einen Zylinderkammer in die andere unterbrochen wird. Nachdem er einen vorbestimmten Abschnitt des Absinkhubs durchlaufen hat, betätigt der Kolben 8 einen Wegendegeber 35, der das Entregen des elektromechanischen Ventils 31 und das Schließen des Ventils 29 veranlaßt. Anschließend werden die elektromagnetischen Ventile 25 und 28 entregt, wodurch die Ventile 23 und 26 geöffnet werden, wie dies in Figur 5 gezeigt ist.
Dies verbindet erneut den Antrieb 10 mit der Steuereinheit 12 und ermöglicht es dem Antrieb, mit maximalem Nenndruck aktiviert zu werden, abhängig von dem verfügbaren Druckpegel, um das in der Kammer 3 des Mischers enthaltene Material zusammenzudrücken
Diese Kompression, welche in der Skizze in Figur 6 dargestellt ist, erhält man durch Liefern von Druckluft aus der Hauptdruckluftquelle in die obere Kammer des Zylinders 9, und zwar über das elektromagnetische Ventil 21 und das Ventil 23, welches offen ist. Die in der unteren Kammer des Zylinders enthaltene Luft wird über das gesteuerte Ventil 15, das elektromagnetische Ventil 14, und die Abströmleitung 34 zur Atmosphäre hin abgeleitet.
Wenn der Kolben 8 den Wegendegeber 36 erreicht, wie dies in Figur 7 gezeigt ist, aktiviert dieses Bauelement das elektromagnetische Ventil 16, welches das Ventil 15 zum Schließen bringt. Das Ausströmen der Luft durch die untere Kammer des Zylinders 9 wird dann nur noch über das Drosselglied 18 ermöglicht, welches somit das Absinken des übrigen Abschnitts des Hubs in die vollständig abgesenkte Stellung des Gewichts abbremst.
Beim Erreichen der untersten Stellung wird der Kolben mit dem erregten Ventil 21 für die zur Beendigung des Mischvorgangs benötigte Zeit unbeweglich gehalten. Daran anschließend wird das elektromagnetische Ventil 21 entregt, wodurch die in der oberen Kammer des Zylinders enthaltene Luft über das Rohr 34 zur Atmosphäre abströmen und ein neuer Zyklus eingeleitet werden kann, der das vollständige Anheben des Kolbens 8 und des Gewichts 6 einschließt, wie es zuvor beschrieben wurde.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß bei jedem Zyklus während der Anhebephase ein gewisses Volumen an Druckluft in dem Zylinder zur Atmosphäre hin abströmen kann, während in der Sinkphase ein Volumen an Druckluft, welches etwa einem Drittel der zuvor erwähnten Menge entspricht, in die Atmosphäre abgelassen wird.
Hierdurch ist es möglich, 70% der Luft bei jedem Absenken und annähernd 33 % Druckluft für den gesamten Zyklus einzusparen, verglichen mit dem Betrieb ohne die Spareinheit.
Wenn das Absenken des Gewichts in dessen Arbeitsphase bei einem Druck gesteuert wird, der geringer ist als der maximale Hauptdruck, bei dem das Anheben erfolgt, besteht außerdem die Möglichkeit, eine Einsparung an Druckluft im Arbeitsabschnitt des Kolbenhubs unterhalb des Wegendegebers 35 dadurch zu erreichen, daß man die Ausdehnung der Druckluft ausnutzt, die in der oberen Kammer des Zylinders 9 während des gesamten Kolbenhubs stattfindet.
Zu diesem Zweck wird gemäß Figur 8 dann, wenn der Wegendegeber 35 aktiviert wird, das elektromagnetische Ventil 31 entregt, so daß das Ventil 29 schließt. Wenn das Ventil 29 geschlossen ist, ermöglicht der zum Schließteil des Ventils 29 gehörige Stellungsgeber 37 das Erregen des elektromagnetischen Ventils 28, welches das Öffnen des Ventils 26 bewirkt, und damit die restliche in der unteren Zylinderkammer enthaltene Luft über die Leitung 34 zur Atmosphäre hin abläßt.
Auf diese Weise steht dem in der oberen Zylinderkammer herrschenden Luftdruck nichts mehr entgegen und wird das Beenden des restlichen Senkhubs ermöglicht.
Nach Beendigung des Senkvorgangs wird in der oben beschriebenen Bremsphase der Wegendegeber 38 aktiviert, und dies veranlaßt das Erregen des elektromagnetischen Ventus 25, welches das Ventil 29 öffnet und damit den in Figur 2 skizzierten Zustand wieder herstellt.
In den beiden oben beschriebenen Betriebsweisen, also entweder beim Arbeitshub in Verbindung mit der pneumatischen Hauptversorgung oder beim Arbeitshub mit Expansion der Luft in der oberen Kammer, ist ein Zeitverzögerungsrelais parallel zu dem Wegendegeber 35 angeordnet. Dieses arbeitet so, daß es die Arbeits-Sinkphase nach einer vorbestimmten Zeit einleitet, auch wenn die der Aktivierung des Wegendegebers 35 entsprechende Stellung von dem Kolben noch nicht erreicht ist, oder in jedem anderen Fall, in welchem der Wegendegeber 35 versagen sollte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat auch bezüglich der Absinkzeit des Gewichts Vorteile, da die Schaltung, über die die Luft in dem ersten Teil des Sinkvorgangs des Gewichts gelangt, in anderen Worten, die Verbindung zwischen der oberen und der unteren Zylinderkammer über das Ventil 29, sehr kurz ist und einen nichtsignifikanten Widerstand darstellt, der eine Sinkgeschwindigkeit in dieser Phase zuläßt, die beträchtlich größer ist, als diejenige, die man dann erhielte, wenn Luft mit dem Druck der Hauptversorgung durch das elektromagnetische Ventil 21 und das Ventil 23 zugeführt und Luft aus der unteren Kammer über das Ventil 15 und die Leitung 34 abgelassen würde.
Der zeitliche Gewinn beim Abwärtshub liegt in der Größenordnung von
Als Ergebnis der erreichten Einsparung an Druckluft laßt sich die erfindungsgemaße Vorrichtung ebenso wie das dazugehörige automatische Betriebsverfahren dazu nutzen, die Nennleistung der Kompressoren zu verringern, den Verbrauch an elektrischer Energie zu verringern und die anfänglichen Installationskosten zu senken, da eine Anlage mit geringeren Abmessungen installiert werden kann. Das Vorhandensein der Spargruppe macht es außerdem möglich, durch Schließen der Ventile 23, 26 und 29 den Kolben an jedem Zwischenpunkt seiner Sinkphase zuverlässig zu blockieren, um dadurch Reinigungs und Wartungsarbeiten unter sicheren Bedingungen durchführen zu können.
Die Spareinheit laßt sich auch in anderer Form realisieren, beispielsweise unter Verwendung von mehrfach wirkenden Ventilen. Andere Abwandlungen sind nach Maßgabe spezieller Einsatzzwecke möglich.

Claims

1. Versorgungsvorrichtung mit Zurückgewinnung der Hebeenergie für Pressenantriebe (10), die einen Zylinder (9) aufweisen, in welchem ein Kolben (8) zwei Kammern begrenzt, nämlich eine obere und eine untere Kammer, und die mit einer Druckluftquelle (11) ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung eine pneumatische Steuereinheit (12) aufweist, die an die Hauptdruckluftquelle (11, 34) angeschlossen ist, und mindestens eine Speiseleitung zu der oberen Kammer des Antriebs und eine Speiseleitung zu der unteren Kammer des Antriebs (10) mit entsprechenden Zuführ- und Abströmventilen (14, 21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen zu den Kammern des Antriebs durch eine Spareinheit (22) laufen, die zwischen die Steuereinheit (12) und den Antrieb (10) eingefügt ist, und die ein servogesteuertes Ventil (23) enthält, welches die zu der oberen Kammer führende Speiseleitung (23a) sperrt, ein servogesteuertes Ventil (26) enthält, welche die zu der unteren Kammer führende Speiseleitung (26a) sperrt, und eine Verbindungsleitung (29a) zwischen der Speiseleitung (26a) für die untere Kammer und der Speiseleitung (23a) für die obere Kammer stromab bezüglich der servogesteuerten Ventile dieser Leitungen aufweist, wenn das Fluid den Ventilen zugeführt wird, wobei die Verbindungsleitung ein servogesteuertes Sperrventil (29) enthält, wobei eine Einrichtung (35, 36, 38) zum Erfassen der Stellung des Antriebskolbens (8) vorgesehen ist, die funktionell mit den servogesteuerten Ventilen (23, 26, 29) gekoppelt und in der Lage ist, das Öffnen und das Schließen der Ventile in aufeinanderfolgenden Phasen der Bewegung des Kolbens (10) zu steuern, daß jedes der Sperrventile (23, 26, 29) der Spareinheit (22) von einem elektromagnetischen Ventil (25, 28, 31) über ein pneumatisches Servostellglied (24, 27, 30) gesteuert wird, und daß die Spareinheit (22) sich in geringer Entfernung von dem Antrieb (10) befindet und Leitungen und Ventile (23, 26, 29) mit einem großen Durchgangsquerschnitt aufweist, die in dem Druckluftstrom vernachlässigbare Druckabfälle verursachen.

2. Versorgungsvorrichtung für Pressenantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der Stellung des Antriebskolbens (8) mindestens einen Detektor (35) für die Stellung des Antriebskolbens (8) aufweist, angeordnet an einem Zwischenpunkt des Kolbenhubs und in der Lage, bei Betätigung in der Sinkphase des Kolbens das Schließen des die Verbindungsleitung (29a) zwischen den Speiseleitungen (26a, 23a) zu den Kolbenkammern sperrenden Ventils (29) zu veranlassen und die Sperrventile (23, 26) der zu den Kammern führenden Speiseleitungen (23a, 26a), die an die zugehörige Zuführ- und Abströmleitungen zu der Steuereinheit (22) angeschlossen sind, zu öffnen.

3. Versorgungsvorrichtung für Pressenantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (22) eine pneumatische Einrichtung (24, 27, 30) zum Bremsen des Abwärtshubs des Antriebskolbens (8) aufweist, und daß die Einrichtung (35, 36, 38) zum Erfassen der Stellung des Antriebskolbens einen Detektor (38) aufweist, der die Kolbenstellung in einer Höhe oberhalb der geringsten Sinkhöhe erfaßt und die Bremseinrichtung zu aktivieren vermag.

4. Versorgungsvorrichtung für Pressenantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die servogesteuerten Ventile Kugelventile sind, die jeweils einen Servostellantrieb (24, 27, 30) aufweisen, der von einem zugehörigen elektromagnetischen Ventil (25, 28, 31) gespeist wird, welches an eine externe Steuer- und Überwachungseinrichtung angeschlossen ist.

5. Verfahren zum Betreiben eines Pressenantriebs nach Anspruch 1, welcher einen Kolben (8) aufweist, der in einem Zylinder (9) axial verschieblich zwischen einer unteren und einer oberen axialen Extremstellung ist, wobei der Kolben den Zylinder in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, die über entsprechende Zuführ- und Abströmsteuerventile (14, 21) und über ein zugehöriges erstes (23) und zweites (26) servogesteuertes Ventil, die zwischen die Zuführ- und Ausströmsteuerventile und die erste bzw. die zweite Kammer eingefügt sind, an externe Hauptversorgungs- (11) und Abströmleitungen (34) gekoppelt sind, wobei die erste und die zweite Kammer miteinander direkt über eine drittes servogesteuertes Ventil (29) gekoppelt sind, umfassend die Schritte:

a) Erzeugen einer Hebephase des Kolbens aus der unteren Extremstellung in die obere Extremstellung durch Öffnen des ersten (23) und des zweiten (26) servogesteuerten Ventils, durch Schließen des dritten servogesteuerten Ventils (29) und durch Einspeisen maximalen Drucks aus einer externen Quelle (12) in die zweite Kammer des Zylinders;

b) Einleiten einer Leer-Sinkphase des Kolbens durch Schwerkraft des Stößels, indem dadurch das erste und das zweite servogesteuerte Ventil geschlossen werden und das dritte servogesteuerte Ventil geöffnet wird, um dadurch die obere und die untere Kammer des Zylinders direkt miteinander zu verbinden;

c) Feststellen einer ersten vorbestimmten Stellung (35) des Kolbenhubs zwischen der oberen und der unteren Stellung, und Erzeugen eines von den Ventilen zu empfangenden diesbezüglichen Steuersignals;

d) Einleiten einer Arbeits-Sinkphase des Kolbens durch Öffnen des ersten und des zweiten servogesteuerten Ventils und durch Schließen des dritten servogesteuerten Ventils, welches die obere und die untere Kammer des Zylinders verbindet;

e) Feststellen einer zweiten vorbestimmten Stellung (38) des Kolbenhubs zwischen der oberen und der unteren Stellung und Erzeugen eines diesbezüglichen Steuersignals, welches von den Ventilen empfangen wird;

f) Einleiten einer Bremsphase durch Ausleiten des von der externen Quelle zugeführten Drucks aus der zweiten Kammer über eine Drossel (18), die parallel zu dem einen Zuführ- und Abströmsteuerventil geschaltet ist.

6. Verfahren zum Einspeisen von Leistung in Pressenantriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits-Sinkphase das Verbinden der oberen Kammer des Antriebs mit einer Druckluftquelle vorbestimmten Drucks beinhaltet.

7. Verfahren zum Einspeisen von Leistung in Pressenantriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits-Sinkphase das Expandieren der abgesperrten Luft in der oberen Kammer des Kolbens beinhaltet.