Hydraulische Sicherheitsventile der hier betroffenen Art werden z. B. zur Steuerung der Bremse und/oder Kupplung einer mechanischen Presse eingesetzt. So ist aus der DE 38 17 123 A1 bereits ein hydraulisches Ventil für den vorgenannten Einsatz bekannt geworden, das durch zwei elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerventile angesteuert wird. Das Ventil weist ferner zwei gegenläufig zueinander bewegbare Ventilkörper mit Steuerkolben auf. Mittels der Steuerkolben werden die Verbindungen zwischen einem Pumpenanschluß, zwei Arbeitsanschlüssen sowie zwei Tankanschlüssen gesteuert. Bei Vorliegen einer Fehlschaltung gehen die Ventilkörper in eine hydraulisch verriegelte Endstellung. Insbesondere ist eines der beiden Vorsteuerventile als Proportional- Druckdifferenzventil ausgebildet, wobei die ihm zugeordneten Steuerkolben mit Feinsteuerkerben versehen sind, so dass das Ventil proportional ausgesteuert und damit der Druckaufbau, die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung eines dem Ventil nachgeschalteten Verbrauchers steuerbar sind.

In der DE 196 20 468 A1 ist ferner ein Sicherheitsventil beschrieben, bei dem in einem Gehäuse zwei parallel angeordnete Arbeitskolben angeordnet sind, von denen jeder mit einem Ventilteller fest verbunden ist. Beide Arbeitskolben werden mittels Vorsteuerventilen elektromagnetisch angesteuert. Im Gehäuse ist ein Zulauf ausgebildet, der an eine Druckluftquelle angeschlossen ist. Der Zulauf führt zu den Ventiltellern, die mittels Kreuzkanälen über Kreuz miteinander verbunden sind. Über einen Verbraucheranschluß kann ein Verbraucher, z. B. ein Kolbenantrieb einer mechanischen Presse, in der Schaltstellung des Sicherheitsventils mit Druck beaufschlagt werden, werden in einer Nullstellung der Verbraucher über einen Entlüftungsanschluß entlüftet ist. Von den Kreuzkanälen zweigt jeweils ein Kanal zu jedem der Vorsteuerventile ab. Ferner verläuft von jedem Vorsteuerventil ein Kanal zum zugehörigen Arbeitskolben. Zudem ist jedes Vorsteuerventil mit einer Magnetspule versehen, und jede Magnetspule ist über eine Stromzuführleitung an eine Stromquelle angeschlossen, die Teil einer Maschinensteuerung ist.

Um die Produktivität von mechanischen Verbrauchern wie mechanischen Pressen oder dergleichen zu steigern, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit des Kolbenantriebs zu erhöhen.

Des Weiteren wird vermehrt dazu übergegangen, ganze Pressenstraßen in einzelnen großen Presse zu vereinen.

Diese Pressen benötigen jedoch entsprechend große Kupplungs-/Bremsaggregate, um die hohen hydraulischen Schaltvolumina bewältigen zu können, wobei diese Kupplungs-/Bremsaggregate entweder in Baueinheit oder getrennt angeordnet sein können.

Die vorbeschriebenen, im Stand der Technik bekannten Sicherheitsventile sind ausschließlich in Kolbenschiebeventiltechnik ausgeführt, wodurch deren maximale Durchflußmenge begrenzt ist. Zudem erfordern diese Ventile aufgrund des bei einem Schaltvorgang erforderlichen Kolbenhubs lange Schaltzeiten beim Kuppeln und Bremsen der Presse.

Zusammenfassung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Ventilanordnung sowie ein Pressensicherheitsventil der eingangs genannten Art anzugeben, welche möglichst kurze Schaltzeiten eines mechanischen Verbrauchers, insbesondere möglichst kurze Kuppel-und Bremsvorgänge an einer mechanischen Presse, bereitstellen und dennoch gleichzeitig eine möglichst hohe Betriebssicherheit gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sieht bei einer Sicherheitsventileinheit der eingangs genannten Art vor, dass die mindestens zwei Arbeitsventile als Sitzventile ausgebildet sind.

Bei einer mit der Sicherheitsventileinheit insbesondere zusammenarbeitenden Dämpfungsventileinheit ist in einer ersten Variante ein dem ersten Arbeitsventil druckanschlussseitig vorgeschaltetes Druckminderventil vorgesehen.

In einer zweiten Variante weist die Dämpfungsventileinheit ein tankanschlussseitig angeordnetes und als Sitzventil ausgebildetes Wegeventil auf.

Die bei den genannten Ventilen verwendete Sitzventilbauweise ermöglicht insbesondere hohe Durchflußwerte und gleichzeitig sehr kurze Schaltzeiten dieser Ventile, da aufgrund dieser Bauweise bereits geringe Kolbenbewegungen nahezu ohne Zeitverzögerung zu großen Ventilöffnungsquerschnitten führen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben, aus denen sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. In den Zeichnungen sind dabei identische oder funktional gleiche Merkmale mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Im Einzelnen zeigen : Fig. la eine hydraulische Ventilanordnung mit einer Sicherheitsventileinheit und einer Dämpfungsventileinheit gemäß einer ersten Variante ; Fig. lb eine der Fig. la entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig.

1 unterschiedlichen Variante der Dämpfungsventileinheit ; und Fig. 2 ein Funktionsablaufdiagramm zur Illustration der Arbeitsweise der in Fig. la und lb gezeigten Ventilanordnungen.

Ausführliche Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt eine hydraulische Ventilanordnung bestehend aus zwei Baugruppen, und zwar einer Sicherheitsventileinheit 10 und einer Dämpfungsventileinheit 20. Die beiden Einheiten 10,20 sind überfeinen Druckanschluß 30 mit einer Hydraulikpumpe 40, über einen Tankanschluß 50 mit einem Hydraulikfluidtank 60 sowie über einen Arbeitsanschluß 70 mit einem mechanischen Verbraucher, in dem vorliegenden Beispiel einen zum Betrieb einer (hier nicht dargestellten) mechanischen Presse vorgesehener Kupplungs-und/oder Bremskolben 80, hydraulisch bzw. druckleitend verbunden. Auf das Hydraulikfluid kommt es hier nicht an ; es kann sich daher entweder um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln.

Die Sicherheitsventileinheit 10 weist ein erstes in Sitzventilbauweise ausgebildetes 2/2-Wegeventil 90 auf, bei dem ein in eine Ventilkammer 100 hineinreichender Kolben 105 mit einer an der Innenseite des Ventilgehäuses ausgebildeten Ringfläche einen Ventilsitz 110 bildet. Dieser Ventilsitz 110 verbindet oder trennt eine von dem Druckanschluß 30 ausgehende Druckleitung 120 mit einer von dem Arbeitsanschluß 70 ausgehenden Arbeitsleitung 130. Die beiden Leitungen 120,130 sind in dem vorliegenden Betriebszustand (geschlossen) unterbrochen.

Eine aktive Bewegung des Kolbens 105 zum Betrieb des Ventils 90 erfolgt, ebenfalls hydraulisch, über eine (Ventil-) Steuerkammer 115. Das Wegeventil 90 weist ferner einen als Induktivschalter ausgelegten Näherungsschalter (S3) 95 auf, mittels dem der Betriebszustand des Wegeventils 90 sensiert werden kann.

Ferner sind zwei ebenfalls in Sitzventilbauweise ausgebildete 2/2-Wegeventile 140,150 vorgesehen, bei denen an einer inneren Ringfläche 170 etwa zum Anliegen kommende Kolben 155,165 einen Ventilsitz bilden, und die in dem gezeigten stromlosen Betriebszustand mittels Federvorspannungen 180,190 offen sind. Daher befinden sich die Wegeventile 140,150 insbesondere im Falle eines Energieausfalls in der sicheren"Offen"-Stellung, in der die Arbeitsleitung 130 entlastet ist. Auch bei diesen Ventilen 140,150 werden die Kolben 155,165 hydraulisch über Steuerkammern 162,175 (aktiv) bewegt.

Zudem weisen auch die Wegeventile 140,150 jeweils einen Näherungsschalter 145,155 mit der oben genannten Funktionalität auf.

Aufgrund der sämtlich in Sitzventilbauweise ausgelegten 2/2-Wegeventile zusammen mit im Bereich des jeweiligen Ventilsitzes angeordneten (hier nicht gezeigten) Drucksensoren bietet, in Kombination mit den schnellen Ventilschaltzeiten, eine hohe Betriebssicherheit.

Da die Arbeitsleitung 130, parallel zur Verbindung mit dem ersten Wegeventil 90, ebenfalls mit den Ventilkammern 200,210 der beiden Wegeventile 140,150 verbunden ist, ist die Arbeitsleitung 130 in der vorliegenden Situation über eine zum Hydraulikfluidtank 60 führende Tankleitung 220 hydraulisch entlastet.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der gesamten Ventilanordnung sind die beiden 2/2-Wegeventile 140, 150 funktional identisch ausgebildet. Deren Parallelschaltung bedeutet zudem eine die Betriebssicherheit zusätzlich erhöhende Redundanz, wodurch ein sicheres Bremsen der Kupplungs-und/oder Bremskolben 80 stets gewährleistet ist.

Wie bereits gesagt, werden die Wegeventile 90,140,150 durch jeweils über die Steuerkammern 115,162,175 getriebene Bewegungen der Kolben 105,155,165 geschaltet. Die Steuerkammern 115,162,175 sind zu diesem Zweck an ein in der Zeichnung gestrichelt dargestelltes hydraulisches Steuerleitungssystem 225 angeschlossen.

Die Sicherheitsventileinheit 10 weist ferner zwei als 4/2-Wegeventile ausgebildete Vorsteuerventile 230,240 auf, die mittels Elektromagneten 235,245 geschaltet werden. Die Vorsteuerventile 230,240 verbinden entweder (wie hier gezeigt) die Steuerkammer 115 des ersten Wegeventils 90 mit der Druckleitung 120, und damit auch der Pumpe 40, und die Steuerkammern 162,175 der Wegeventile 140,150 mit der Tankleitung 220, und damit auch dem Tank 60. In einer (hier nicht gezeigten) Kreuzstellung werden hingegen die Steuerkammer 115 mit der Tankleitung 220 und die Steuerkammern 162,175 mit der Druckleitung 227 verbunden.

Da sämtliche 2/2-Wegeventile 90,140,150 von den gleichen Vorsteuerventilen 230,240 angesteuert werden, arbeitet die gesamte Anordnung in der Art einer Zwangsschaltung, wodurch sämtliche Betriebszustände eindeutig festgelegt sind.

Die Dämpfungsventileinheit 20 weist ein Proportional- Druckbegrenzungsventil 250 auf, das mittels einer Federvorspannung stromlos schließt und das über einen Steuerstrom ausgesteuert bzw. geöffnet wird. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei einem elektrischen Stromausfall die Presse über den Kupplungs-bzw.

Bremskolben 80 weich gebremst werden kann.

Ein Proportional-Druckminderventil 260 ermöglicht eine Druckmodulation beim Weichkuppeln sowie unterschiedliche Druckstufen beim Einkuppeln der Presse mittels des Kupplungskolbens 80.

Ein Druckbegrenzungsventil 270 dient zur Maximaldruckabsicherung der durch den Kupplungskolben 80 angetriebenen Kupplung. Das Druckbegrenzungsventil 270 verhindert einen zu hohen Betätigungsdruck in der Kupplung, der beispielsweise durch eine fehlerhafte Ansteuerung des Proportional-Druckminderventils 260 entstehen könnte.

Schließlich weist die Dämpfungsventileinheit auch einen Federspeicher 290 auf, der einen permanenten Gegendruck in der Tankleitung, insbesondere während einer Weichbremsphase, gewährleistet und somit ein kontrollierteres Abbremsen der Presse ermöglicht.

Im Folgenden wird der Funktionsablauf der gezeigten Ventilanordnung eingehender beschrieben, wobei auch auf Fig. 2 zu verweisen ist.

In der in Fig. 1 gezeigten Grundstellung sind die Elektromagnete 235,245 der Vorsteuerventile 230 und 240 stromlos. Dadurch schalten die Wegeventile 140 und 150 mittels der jeweiligen Federvorspannung 180,190 in die geöffnete Stellung, wobei die Induktivschalter 145 und 155 bedämpft werden. Das Wegeventil 90 ist in der Grundstellung geschlossen und sein Induktivschalter 95 unbedämpft.

Der über die Druckleitung 120 übertragene Pumpendruck wirkt demnach auf die Ringfläche des Ventilkolbens 105 des Wegeventils 90. Gleichzeitig wird über die Vorsteuerventile 230,240 das Wegeventil 90 aufgrund der Flächendifferenz der beiden Kolbenseiten in der geschlossenen Stellung gehalten.

Zwischen dem Pumpenanschluß 30 und dem Arbeitsanschluß 70 sowie dem Tankanschluß 50 besteht keine Verbindung und daher ist der Arbeitsanschluß 70 über die Tankleitung 220 und den Tankanschluß 50 entlastet.

Bevor aus der Grundstellung in eine Schaltstellung übergegangen werden kann, muss der Näherungsschalter 95 die geschlossene, d. h. unbedämpfte Stellung quittieren.

Entsprechend müsssen die Näherungsschalter 145 und 155 S2 die vorliegende geöffnete, d. h. bedämpfte Stellung quittieren.

In der Schaltstellung sind die Elektromagnete 235,245 der beiden Vorsteuerventile 230,240 erregt. Dadurch wird der zum Wegeventil 90 hinführende Teil der Steuerleitung 225 zum Tank 60 hin entlastet. Zusätzlich werden die Wegeventile 140 und 150 geschlossen. In der Schaltstellung ist der Pumpenanschluß 30 mit dem Arbeitsanschluß 70 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 70 und dem Tankanschluß 50 ist hingegen gesperrt.

Es sei nun eine Fehlfunktion eines der Vorsteuerventile 230,240 angenommen, wobei der Elektromagnet 245 des Vorsteuerventils 240 erregt und der Elektromagnet 235 des Vorsteuerventils 230 entregt ist. Daher wird nur das Wegeventil 150 geschlossen, wohingegen das Wegeventil 140 offen bleibt. Folglich bleibt auch die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluß 70 und dem Tankanschluß 50 geöffnet. Somit kann sich am ArbeitsanschluB 70 kein Druck aufbauen, was einen hohen Sicherheitfaktor darstellt. Die genannte Fehlfunktion (-schaltung) wird zudem durch die ungleiche Signalgabe der Näherungsschalter 145 und 155 in der (hier nicht gezeigten) Steuerung als solche erkannt.

Zur Erkennung solcher oder ähnlicher Fehlfunktionen wird während eines Pressenhubs das Schalten der Näherungsschalter 145,155 und 95 zyklisch überprüft.

Mit der Dämpfungsventileinheit wird ein weiches Einkuppeln und Bremsen erreicht.

Beim Weichkuppeln wird neben den Vorsteuerventilen 230, 240 auch der Elektromagnet 265 des Proportional- Druckminderventils 260 erregt, wobei letzteres so mit Strom ausgesteuert wird, dass der Sekundärdruck dem Pumpendruck entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass das Hubvolumen schnell zur Kupplungs-Bremskombination fließt. Dies bedeutet ein schnelles Ansprechen der Kupplung.

Wenn die Kupplung schließt, wird der Strom am Proportional-Druckminderventil 260 wieder abgesenkt, wodurch der Sekundärdruck bis auf den gewünschten Weichkuppeldruck abfällt. Nach dem Beschleunigungsvorgang wird der Strom am Proportional- Druckminderventil 260 dann wieder erhöht, so dass der für die Kupplung bestimmt Druck bis zu einem Nenndruck ansteigt.

Beim Weichbremsen hingegen werden die Elektromagnete 235,245 der Vorschaltventile 230,240 entregt und der Elektromagnet 255 des Proportional- Druckbegrenzungsventils 250 erregt, wobei letzteres so bestromt wird, dass es vollständig öffnet.

Das von der Kupplung-/Bremsenkombination erzeugte hydraulische Schaltvolumen strömt nun über das Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 in den Tank 60 ab. Kurz bevor die Bremse schließt, wird der Strom am Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 wieder abgesenkt, so dass sich in der zum Arbeitsanschluß 70 führenden Leitung ein Druck aufbaut. Dieser Weichbremsdruck wirkt in der Art eines Gegendrucks und führt dazu, dass die Presse weich gebremst wird. Die Höhe des Weichbremsdruckes wird dabei durch die Aussteuerung des Proportional-Druckbegrenzungsventils 250 bestimmt.

Die Dämpfungsventileinheit ermöglicht daher eine Optimierung des Start-und Stoppvorganges der Presse und gewährleistet somit eine hohe Sicherheit für die gesamte Produktionseinrichtung. Darüber hinaus lässt sich der Betriebsgeräuschpegel der Presse absenken und die mechanische Belastung des Pressenantriebs verringern, was zu größeren Standzeiten der Produktionseinrichtung führt.

Die Fig. lb zeigt eine der Fig. la entsprechende Ventilanordnung mit einer gegenüber der Fig. la unterschiedlich ausgebildeten Dämpfungsventileinheit 20, jedoch mit einer übereinstimmenden Sicherheitsventileinheit 10. Bezüglich der Merkmale und der Funktion (en) der Sicherheitsventileinheit wird deshalb vollumfänglich auf die Ausführungen zu Fig. la verwiesen.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. lb ist zusätzlich ein in Sitzventilbauweise 310 ausgebildetes Wegeventil 300 vorgesehen, das zu dem Druckbegrenzungsventil 250 parallel geschaltet ist. Das Wegeventil 300 wird über ein Vorsteuerventil 330 angesteuert. Aufgrund der Sitzventilbauweise werden, ähnlich wie bei den Wegeventilen 140 und 150, hohe Durchflußwerte und kürzere Schaltzeiten beim Bremsen, insbesondere im Gefahrenbereich der Presse, ermöglicht. Das Wegeventil 300 wird im stromlosen Zustand über eine Federkraft 320 geöffnet und befindet sich in der Grundstellung, insbesondere auch im Falle eines Stromausfalls, in der geöffneten Stellung. Die geöffnete Stellung wird durch eine Schaltstellungssensorik 301 überwacht. Die geöffnete Stellung des Wegeventils 300 ermöglicht darüber hinaus ein sehr schnell schaltendes und sehr effektives NOT-AUS bzw. schnelles Abbremsen der Presse (über den Kolben 80), da ein in der Arbeitsleitung 130 etwa bestehender hydraulischer Druck über die Leitungen 223, die Tankleitung 220, und insbesondere über den Leitungsweg 222 nahezu verzögerungsfrei abgebaut werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Sitzventilbauweise des Wegeventils 300 besteht darin, dass die Dämpfungsventileinheit 20 direkt über den Ventilsitz 310 des Wegeventils 300 überwacht werden kann, wodurch eine besonders hohe Sicherheit bezüglich des Dämpfungsverhaltens gewährleistet ist.

Die Fig. 2 illustriert den Funktionsablauf der in den Figuren la und lb gezeigten Ventilanordnungen anhand des Zeitablaufes der folgenden Größen, die in der Reihenfolge gemäß Fig. 2 von oben nach unten genannt sind : -Spannungsverlauf 500 an den Elektromagneten 235, 245 der Vorsteuerventile 230,240 ; -Stromverlauf 510 am Elektromagneten 265 des Proportional-Druckminderventils 260 ; -Stromverlauf 520 am Elektromagneten 255 des Proportional-Druckbegrenzungsventils 250 ; -Druckverlauf 530 in der Kupplung/Bremsenkombination der Presse ; sowie -Drehzahlverlauf 540 in der Antriebswelle der Presse.

Durch Ansteuern der Vorsteuerventile 230,240 gehen diese in die Kreuzstellung über und öffnen das Wegeventil 90, da die Steuerkammer 115 nunmehr über die Tankleitung 220 entlastet ist. Gleichzeitig schließen die beiden Wegeventile 140 und 150, da deren Steuerkammern 162,175 mit dem Pumpendruck beaufschlagt werden und dadurch die Kolben 155,165 in die Sitzposition bewegt werden.

Nach einer gewissen Vorlaufzeit (hydraulische Einschwingzeit) steigt somit der Druck am Verbraucher, hier der Kupplung/Bremsenkombination. Nachdem sich dort ein Druck aufgebaut hat, steigt auch die Drehzahl an der Antriebswelle der Presse bis hin zu einer Nenndrehzahl stetig an. Durch Betätigen des Proportional-Druckminderventils 260 wird der Druckanstieg allerings gedämpft, womit sich insgesamt der gezeigte verlangsamt ansteigende Verlauf der Drehzahl ergibt.

Nachdem die Wegeventile 90,140,150 durch erneutes Umschalten der Vorsteuerventile 230,240 wieder in die Grundstellung übergehen, wird kurzzeitig das Proportional-Druckbegrenzungsventil 250 angesteuert, wodurch der am Verbraucher 80 vorliegende Druck verstärkt über die Tankleitung 220 abgebaut werden kann. Nach einer Zeitverzögerung fällt dann auch die Drehzahl wieder auf den ursprünglichen Wert ab.

Die bereits genannte Schaltverzögerung beim Öffnen des Wegeventils 90 gegenüber den Wegeventilen 140,150 verhindert die Ausbildung eines hydraulischen Kurzschlusses zwischen Punkt A des Wegeventils 90 und den Punkten B der Wegeventile 140,150. Zudem wird hierdurch ein Starten der Presse auch ohne ein Weichkuppeln ermöglicht. Ferner läßt sich die zeitliche Überschneidung und damit der Weichkuppeldruck von extern adjustieren.

Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Ventilanordnung nicht nur bei mechanischen Pressen vorteilhaft einsetzbar ist, sondern überall dort, wo große Massen mittels einer hydraulisch arbeitenden Kupplung und/oder Bremse bewegt werden.