AT391565B - Steuerventil zum einstellen einer bestimmten abhaengigkeit zwischen den druecken zweier separater drucksysteme - Google Patents

Description

Nr. 391 565

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Einstellen einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Drücken (pj und p2) zweier separater Drucksysteme, insbesondere zum Steuern des Druckes (p2) in

Hydraulikzylindern, die in einer Walzenpresse zum Anpressen einer Walze an eine Gegenwalze dienen, in Abhängigkeit vom Druck (pj) der Flüssigkeit, die in einer zur selben Walzenpresse gehörenden

Durchbiegungseinstellwalze die Anpießkraft überträgt; mit den folgenden Merkmalen: a) ein in einem Gehäuse verschiebbarer Kolben hat an seinen beiden Enden je eine Stirnfläche, von denen die eine in einem ersten Druckraum mit dem ersten Druck (pj) und die andere in einem zweiten Druckraum mit dem zweiten Druck (p2) beaufschlagbar ist; b) eine Steuerkante des Kolbens bildet mit einer Steuerkante des Gehäuses einen Oberlaufspalt, der den zweiten Druckraum mit einem Niederdruckraum verbindet, wenn der zweite Druck (p2) den gewünschten Wert übersteigt.

Steuerventile dieser Art sind aus dem Normblatt DIN 24300, März 1966, Blatt 3, Seite 7, Nr. 3.2 bekannt. Dort ist ein sogenanntes Druckstufenventil beschrieben. Ein solches Steuerventil sorgt dafür, daß zwischen zwei Drücken (p^ und p2) ein bestimmter Verhältniswert (b) eingehalten wird.

Separate Drucksysteme, deren Drücke in der vorbeschriebenen Weise voneinander abhängen sollen, liegen z. B. in Walzenpressen von Papiermaschinen, insbesondere in Naßpressen (zum Entwässern der Papierbahn) und/oder in Glättwerken (zum Glätten der Papierbahn) vor. In derartigen Walzenpressen kann wenigstens eine der Walzen als Durchbiegungseinstellwalze, z. B. als sogenannte schwimmende Walze ausgebildet sein. In diesem Falle kommt es auf die richtige Abstimmung zweier separater Drucksysteme an, nämlich einerseits des wirksamen Druckes auf die Kolben äußerer Hydraulikzylinder, welche die eine Walze gegen die andere Walze andrücken, und anderseits des Innendruckes in wenigstens einer Druckkammer, die sich in der Durchbiegungseinstellwalze zwischen dem rotierenden Walzenmantel und einem sich durch diesen erstreckenden feststehenden Joch befindet. Es kann sich aber auch um die zwei gegeneinanderwirkenden Innendrücke zweier Durchbiegungseinstellwalzen handeln, deren Walzenmäntel gegeneinander gepreßt werden.

In derartigen Walzenpressen, welche zwei separate Drucksysteme aufweisen, kommt es darauf an, daß das Verhältnis zwischen den beiden genannten Drücken (pj und p2) dauernd mit hoher Sicherheit aufrechterhalten bleibt. Insbesondere soll auch im Falle eines Defektes, beispielsweise dem plötzlichen Ausfall von Steuerluft, einer Hydraulikpumpe oder dem Bruch einer Leitung, mit geringstmöglicher zeitlicher Verzögerung die gewünschte Abhängigkeit zwischen den beiden Drücken (pj und p2) wieder hergestellt werden. Mit anderen Worten: Wenn sich bei einem derartigen instationären Vorgang einer der beiden Drücke verändert, soll sich der andere ebenfalls umgehend in dem gewünschten Verhältnis verändern. Wenn dies nicht erfolgt, besteht die Gefahr, daß es zu Beschädigungen an den Walzen oder an einem mit der Papierbahn durch die Walzenpresse laufenden Filz oder an der zu behandelnden Papierbahn selbst kommt. Beschädigungen dieser Art sind in der Vergangenheit mehrfach aufgetreten, weil es nicht gelungen ist, das gewünschte Druckverhältnis mit genügender Genauigkeit aufrechtzuerhalten, wenn es zu einem instationären Betriebszustand kam.

Heute gebräuchliche Systeme verwenden elektrisch oder pneumatisch vorgesteuerte Hydraulikventile, die den Solldruck in den hydraulischen Druckkammern herstellen. Selbst wenn bei instationären Zuständen, also beim Erhöhen bzw. Verringern der Betriebsdrücke die Regelventile verzögerungsffei arbeiten, ist eine simultane Änderung der Drücke in den verschiedenen Druckkammern nicht zu erwarten, weil sich die Maschinenteile elastisch verformen und zur Erzeugung der Verformung erst gewisse Ölmengen durch die Regelventile gepumpt werden müssen. Es ist aus konstruktiven Gründen ausgeschlossen, bei dieser alten Bauart der Regelung in beiden hydraulischen Systemen bei Be- und Entlastungsvorgängen immer die gleichen Zeitkonstanten für das Füllen bzw. Entleeren der sich aus der Verformung ergebenden hydraulischen Afbeitsvolumina zu gewährleisten.

Dies kann am Beispiel der hydraulischen Durchbiegungseinstellwalze nach der DE-OS 33 28 779 unter Zugrundelegung einer gebräuchlichen Dimensionierung belegt werden: Bei einer Druckänderung, z. B. dem Anpressen der beiden Walzen gegeneinander von Null bis auf den Maximaldruck, verformen sich einerseits die Seitengestelle um 2 mm, das Joch der Walze hingegen biegt sich in der Mitte um 30 mm durch. Die Pumpe für die äußere Hydraulik, die den Druck in den Druckräumen der äußeren Anpreßhydraulik erzeugt, hat eine Förderleistung von 40 1/min. Die Kolben haben 300 mm Durchmesser. Wenn man von Leck- und Drosselverlusten absieht, beträgt die Zeit zur Erreichung des vollen Druckes im äußeren System rechnerisch 0,42 sec. Anderseits betrage das Verdrängungsvolumen bei der Durchbiegung des Joches 1401, die Fördermenge der Pumpe 901/min. Dann beträgt die Zeit bis zum Erreichen des vollen Druckes im inneren System rechnerisch 93 sec, also mehr als das 200fache der Zeit im äußeren System! Das äußere Anpreßsystem genau so träge wie das innere zu machen, ist unerwünscht, weil man, z. B. bei Störungen, die Presse schnell öffnen will. Außerdem treten im inneren System druck- und öltemperaturabhängige Leckverluste auf, die sich mit der Betriebszeit (Einlaufen der Dichtleisten) ändern können. Mit herkömmlichen Mitteln ist also die gewünschte simultane, stets genaue Druckänderung in den beiden Drucksystemen nicht möglich.

Die EP-Al 0 112 625 zeigt eine für ähnliche Zwecke vorgesehene Ventilanordnung. Diese hat u. a. einen pneumatisch vorgesteuerten Ventilkolben zum Steuern des Druckes (pj) in einem ersten und ein als -2-

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Schwebekolben ausgebildetes Steuerventil für das Steuern des Druckes (p2) in einem zweiten Hydrauliksystem in Abhängigkeit von Druck (p j) in einem ersten Hydrauliksystem. Im stationären Betrieb ist dieses Steuerventil geeignet, eine Regelgerade zwischen den zwei Drücken gemäß der Gleichung p2 = b. pj zu erzeugen. Es ist mit diesem Ventil allerdings nicht möglich, mehr als zwei Drücke in Beziehung zu bringen, wie dies mitunter erwünscht ist. Schwerwiegender ist jedoch, daß im Störfall mit diesem Ventil das gewünschte Druckverhältnis P2/Pl = b verlorengeht. Deshalb wurde gemäß einer weiteren EP-Al 0 109 220 zusätzlich zum beschriebenen Steuerventil ein weiteres Sicherheitsventil zwischen den beiden Hydrauliksystemen mit (Pj und p2) vorgesehen. Dieses ist so beschaffen, daß sich, sobald der Druck in einem der beiden Systeme um ein bestimmtes Maß höher sein sollte, als es der Regelgeraden entspricht, ein Ventil öffnet und den Überdruck abbaut. Weil aber zum Öffnen des Ventils Federkraft überwunden werden muß und in den Leitungen und Ventilkörpem Reibungsverluste entstehen, kann auch mit dieser Einrichtung kein genaues Regelverhalten erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zum Einstellen einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Drücken zweier separater Drucksysteme anzugeben, das ein gewünschtes Druckverhältnis zwischen den beiden Drucksystemen mit höherer Genauigkeit als bisher einhält, und zwar sowohl im stationären als auch im instationären Betriebszustand. Gleichzeitig soll der Aufbau der Drucksysteme möglichst weitgehend vereinfacht werden, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden können und Fehler beim Justieren der Geräte ausgeschlossen werden. Schließlich soll es bei Bedarf möglich sein, daß man das Verhältnis zwischen den beiden Drücken mit möglichst einfachen Mitteln verändern kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kolben und das Gehäuse einen zusätzlichen Überlaufspalt bilden, der den ersten Druckraum mit einem Niederdruckraum verbindet, wenn der zweite Druck (p2) den gewünschten Wert unterschreitet

Der Kolben und das Gehäuse des Steuerventils bilden also ingesamt zwei Überlaufspalte. Diese sind räumlich derart voneinander getrennt, daß die Fluide der beiden Drucksysteme vollkommen getrennt voneinander bleiben. Bei Bedarf können auch die Niederdruckräume, in welche die Druckflüssigkeit nach dem Passieren der Überlaufspalte strömt, voneinander getrennt sein. Da jedoch häufig in beiden Drucksystemen die gleiche Druckflüssigkeit verwendet wird und da außerdem in beiden Niederdruckräumen häufig der gleiche Druck herrscht z. B. Atmosphärendruck, kann auch nur ein einziger Niederdruckraum vorgesehen werden, der beiden Überlaufspalten gemeinsam ist

In dem erfindungsgemäßen Steuerventil können die beiden Kolben-Stirnflächen, die durch die Drücke der beiden Drucksysteme beaufschlagt sind, bei Bedarf gleich groß sein, wenn das Verhältnis zwischen den beiden Drücken stets gleich 1 sein soll. In der Regel ist es jedoch erforderlich, daß dieses Druckverhältnis von 1 abweicht, so daß in bekannterWeise Stirnflächen unterschiedlicher Größe vorgesehen werden.

Bei allen diesen verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerventils wird folgendes erreicht: Während im normalen Gleichgewichtszustand des Kolbens wie bei den bekannten Steuerventilen an dem einen Überlaufspalt die Regelung des zweiten Druckes (p2) stattfindet, indem dort ständig eine kleine Fiüssigkeitsmenge aus dem zweiten Druckraum in den Niederdruckraum überströmt, findet an dem erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Überlaufspalt kein Regelvorgang statt; d. h. dort hält der Kolben den zusätzlichen Überlaufspalt im wesentlichen geschlossen. Ein Druckregelvorgang setzt an dem zusätzlichen Überlaufspalt erst dann ein, wenn der zweite Druck (p2) (beispielsweise in irgendeinem Störfall) den gewünschten Wert unterschreitet. In diesem Falle wird also dafür gesorgt, daß der erste Druck (pj) simultan mit dem zweiten Druck (p2) zurückgeht, wobei ständig das gewünschte Druckverhältnis aufrechterhalten bleibt. Der Erfinder hat erkannt, daß das Fehlen dieser zusätzlichen Funktion bei den bekannten Steuerventilen die Ursache für die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten war.

Es ist zwar bereits ein Steuerventil zum Einstellen eines bestimmten Verhältnisses zwischen den Drücken zweier separater Drucksysteme bekannt (FR-PS 1 027 361), bei dem der eine Druckraum und die daran angeschlossenen Leitungen zu dem einen Dnicksystem und der andere Druckraum mit den daran angeschlossenen Leitungen zu dem anderen Drucksystem gehören. In einem Gehäuse ist ein verschiebbarer Kolben bzw. Doppelkolben vorgesehen. Dieser hat an seinen beiden Enden je eine Stirnfläche, von denen die eine mit dem Druck des einen Druckraumes und die andere mit dem Druck des anderen Druckraumes beaufschlagt ist. Mit dem Kolben bzw. Doppelkolben sind aber verschiebbare Drosselventilkörper gekoppelt, von denen jeder Teil eines verstellbaren Drosselventils ist. Dabei ergibt sich folgende Wirloingsweise: Wenn in einem der beiden Druckräume der Druck höher wild als im anderen Druckraum, verringert der betreffende Drosselventilkörper den Strömungsquerschnitt von der einen zur anderen Leitung des einen Druckraumes oder von der einen zur anderen Leitung des anderen Druckraumes, um hiedurch die Drücke in den beiden Drucksystemen wieder einander anzunähem. Es sind also einerseits zusätzlich die Drosselventilkörper erforderlich, anderseits fehlen gegenüber der Erfindung u. a. der Niedeidruckraum sowie die vom Kolben und Gehäuse gebildeten Überlaufspalte. Auf Grund dieser baulichen Unterschiede bestehen auch Unterschiede in der Funktion. Bei dem bekannten Steuerventil ergibt sich, daß, solange Druckflüssigkeit zu den Verbrauchern fließt, stets die volle Flüssigkeitsmenge durch das betreffende Drosselventil oder durch beiden Drosselventile strömen muß. In dieser Zeit ist also ein dauernder -3-

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Druckverlust und somit ein erhöhter Energieverbrauch an den Pumpen vorhanden. Dieser Nachteil ist besonders gravierend, wenn einer der Verbraucher von der Druckflüssigkeit ununterbrochen durchströmt werden muß, wie z. B. eine Durchbiegungseinstellwalze bei einer Dreiwalzenpresse.

Die Erfindung vermeidet daher das Prinzip der Druckregelung mittels Drosselventilen, sie wendet stattdessen das an sich bekannte Prinzip der Druckregelung mit Hilfe von Überströmventilen an, d. h. vom Haupt-Flüssigkeitsstrom kann, falls erforderlich, vor dem Verbraucher ein Teilstrom abgezweigt und z. B. in den drucklosen Behälter zurückgefuhrt werden.

Die Erfindung ermöglicht es aber, noch einen wesentlichen Schritt weiterzugehen. An dem einen Druckraum kann ein Verbraucher angeschlossen sein, der dauernd von der Flüssigkeit durchströmt ist, wobei im ungestörten Betriebszustand die gesamte Flüssigkeitsmenge ungeregelt und somit verlustfrei am Simultansteuerventil vorbeiströmt, denn der zusätzliche Überlaufspalt bleibt normalerweise geschlossen. Nur an dem anderen Überlaufspalt findet dauernd ein Überströmen von Flüssigkeit und somit ein Druckregelvorgang statt.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal liegt darin, daß der Kolben eine dem ersten Druck (pj) entgegenwirkende Gegendruckfläche aufweist, die durch den im Niedeidruckraum herrschenden Druck (p3) beaufschlagt ist. Dadurch kann erreicht werden, daß das erfindungsgemäße Steuerventil nicht nur den beispielsweise in der Druckkammer der Durchbiegungseinstellwalze herrschenden Druck (pj) sondern auch einen Gegendruck, z. B. den (mit der Ölviskosität und den Ablaufbedingungen) veränderlichen Gegendruck (p3) auf der anderen Seite des Joches der Durchbiegungseinstellwalze berücksichtigt.

Um zu gewährleisten, daß sich die Druckdifferenz (pj - p3) exakt linear zum Druck (P2) verhält, weist der

Kolben, ausgehend von der einen Stirnfläche, einen Zusatzkolben auf, der in einer zusätzlichen Gehäusebohrung geführt ist und dessen Durchmesser vorzugsweise so groß gewählt ist, daß die wirksame Stirnfläche gleich der Gegendruckfläche ist.

Erfindungsgemäß kann an wenigstens einer der beiden Stirnflächen eine Zusatzkraft angreifen, vorzugsweise in Form der Kraft einer Feder oder der Druckkraft eines auf den Zusatzkolben wirkenden Druckes. Diese Merkmale sind bei anderen Steuerventilen schon bekannt. Im Falle des erfindungsgemäßen Steuerventils kann aber mit Hilfe der Zusatzkraft beispielsweise erreicht werden, daß das Eigengewicht einer vertikal anzupressendenWalze beim Druckregelvorgang berücksichtigt wird. Somit ist das Steuerventil nicht nur zur Herstellung einer Regelgeraden gemäß der Formel P2 = b. p^ geeignet, sondern auch zur Herstellung einer Regelgeraden gemäß der Formel P2 = a + b.p^, wobei der Differenzwert (a) durch die genannte Zusatzkraft bestimmt wird. Falls, wie oben erwähnt, auch noch der Gegendruck (p3) berücksichtigt werden soll, lautet die Formel der Regelgeraden p2 = a + b.ip! - p3).

Im Prinzip könnte wenigstens eine der Steuerkanten des Kolbens, wie bekannt, durch eine in die Kolbenmantelfläche eingearbeitete Umfangsnut gebildet weiden. Vorzugsweise wird man jedoch ein Steuerventil wählen, bei dem die den Überlaufspalt bildende Steuerkante des Kolbens unmittelbar an der vom zweiten Druck (P2> beaufschlagten Kolben-Stirnfläche angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, daß die Größe der vom zweiten Druck Φ2) beaufschlagten Kolben-Stirnfläche und zugleich der Durchmesser des Überlaufspaltes dadurch veränderbar sind, daß diejenigen Teile des Kolbens und des Gehäuses, welche die Steuerkanten für den Überlaufspalt tragen, gegen entsprechende Bauteile unterschiedlicher Größe austauschbar sind. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, bei Bedarf den Verhältniswert (b) der Regelgeraden zu verändern.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist innerhalb des einzigen Niederdruckraumes eine im Gehäuse angeordnete Führungsbüchse für den Kolben vorgesehen, vorzugsweise in Form einer an sich bekannten Kugelführungsbüchse. Mit dieser Führungsböchse kann erreicht werden, daß der Kolben im Gehäuse nahezu vollkommen widerstandsfrei verschiebbar ist. Dies trägt wesentlich dazu bei, daß das Steuerventil mit der gewünschten Genauigkeit arbeitet.

Wenn das Gehäuse mittels einer Zwischenwand zwei separate Niederdruckräume begrenzt und wenn sich durch eine Bohrung der Zwischenwand ein die Stirnflächen verbindender Kolben-Teil astreckt, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser der vom zweiten Druck beaufschlagten Stirnfläche ist, kann zunächst erreicht werden, daß auch noch ein dem zweiten Druck (P2) entgegengerichteter Gegendruck (p^) berücksichtigt wird, so daß die Formel der Regelgeraden nunmehr P2 * P4 = a + b.(pj - p3) lautet Außerdem wird dafür gesorgt daß bei Änderungen des Gegendruckes (p^) der Regelvorgang unbeeinflußt bleibt

Insbesondere an jenen Bauteilen des Steuerventils, die den erfindungsgemäßen zusätzlichen Überlaufspalt bilden, empfiehlt es sich, daß an wenigstens einem der Steuerkantenpaare entweder der Kolben oder die Gehäusebohrung derart konisch ist daß sich der dort befindliche Ringspalt in Richtung der Überlaufströmung erweitert, wobei die Konizität vorzugsweise zwischen 1:200 und 1:500 beträgt. Da nämlich an diesem zusätzlichen Überlaufspalt nur in verhältnismäßig seltenen Fällen Flüssigkeit tatsächlich überströmt, besteht die Gefahr, daß sich hier Schmutzpartikel zwischen dem Kolben und der Gehäusebohrung festsetzen und Reibung verursachen. Durch die vorgesehene Konizität wird erreicht, daß einerseits ständig eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge den zusätzlichen Überlaufspalt passiert (ohne daß dort ein Regelvorgang stattfindet) und -4-

Nr. 391 565 gegebenenfalls vorhandene Schmutzpartikel wegtransportiert und daß anderseits dennoch ein genügend hoher Strömungswiderstand vorhanden ist, der die abströmende Flüssigkeitsmenge gering hält.

Das Steuerventil ist zweckmäßig am Joch einer Durchbiegungseinstellwalze angeordnet, wobei sein erster Druckraum im wesentlichen unmittelbar mit demjenigen Walzen-Druckraum verbunden ist, der die Anpreßkraft vom Joch auf den Walzenmantel überträgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Variante zur Ausführungsform gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform und Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Steuerventil. Es handelt sich hier um eine Dreiwalzenpresse mit schematischer Darstellung zweier separater Drucksysteme.

Das in Fig. 1 dargestellte Steuerventil (50) hat einen unteren Kolben (1) und einen oberen Kolben (2), verbunden durch eine Kolbenstange (3) und angeordnet in einem Gehäuse (4) mit oberem Deckel (9) und unterem Deckel (10). Die Unterseite des unteren Kolbens (1) mit der wirksamen Stirnfläche (Al) wird mit dem im Druckraum (la) herrschenden Druck (p j) beaufschlagt. Die Oberseite des unteren Kolbens (1) mit der Gegendruckfläche (A3) wird mit dem im Niederdruckraum (3a) herrschenden Druck (p-j) beaufschlagt, der im allgemeinen niedriger als (pj) ist. Falls (p-j) gleich dem Atmosphärendruck ist, wird der Raum (3a) über den Anschluß (S) und die Leitung (33a) mit dem Ölbehälter (20) verbunden. Eine Gehäusezwischenwand (12) mit Dichtring (11) dichtet den Niederdruckraum (3a) gegen einen weiteren Niederdruckraum (4a) ab. Dort herrscht der Druck (p4), der auf die Gegenfläche (A4) des oberen Kolbens (2) wirkt. Auch der Raum (4a) kann über den

Anschluß (U) und die Leitung (33) mit einem Ölbehälter (26) verbunden sein. Die Kolbenstange (3) ist einerseits in der Zwischenwand (12) und anderseits mit dem Zapfen (13) in der Gehäusebohrung (14) gelagert. Der Zapfen (13) besitzt Verbindungsbohrungen (16) zwischen dem Druckraum (2a) und dem Raum (15). Auf den Kolben (1) wird mittels einer Schraubenfeder (17) eine Zusatzkraft (F5) ausgeübt, die durch Verdrehen des Gewindestöpsels (18) einstellbar ist, dessen Gewindebohrung im Deckel (10) durch eine Schraube (19) verschlossen ist.

Aus einem Ölbehälter (20) fördert eine Pumpe (21) Öl über eine Druckleitung (21a) in ein hydraulisches Anpreßelement (22). Von der Druckleitung (21a) führt eine Verbindungsleitung (23) über den Anschluß (R) in den Druckraum (la). Ein Druckbegrenzungsventil (24) in einer Überlaufleitung (25) hält den Druck (pj) im Druckraum (la) aufrecht. Aus einem Ölbehälter (26) fördert die Pumpe (27) Öl über eine Druckleitung (27a) zu einem hydraulischen Anpreßelement (28). Über die Zweigleitung (29) gelangt Öl mit dem Druck (p2), der normalerweise größer ist als (pj), über den Anschluß (T) in den Raum (2a) über dem oberen Kolben (2), dessen wirksame Stirnfläche (A2) kleiner ist als (Al). Der Druck (p2) drückt den gesamten Kolben (1, 2,3) so weit nach unten, bis durch den Spalt (S2) gerade Öl zu entweichen beginnt. Somit wird im Raum (2a) der Druck (p2) auf einem solchen Wert gehalten, daß sich die Kräfte (Fl + F5) auf den unteren Kolben (1) und (F2) auf den oberen Kolben (2) das Gleichgewicht halten.

In Fig. 2 sind die den Gehäuseteilen (4, 9,10) der Fig. 1 entsprechenden Gehäuseteile mit (4’, 9' und 10') bezeichnet. Hier wird die Zusatzkraft (F5) nicht mittels einer Feder, sondern hydraulisch erzeugt Über eine Leitung (30) wird Fluid vom Druck (ρς) in den Raum (5a) geleitet und drückt gegen den Kolbenteil (5), der in der Bohrung (31) gleiten kann und eine Verlängerung des Kolbenteils (1') bildet. Durch Veränderung des Druckes (p$) kann die Zusatzkraft (F5) auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Der obere, in der

Zwischenwand (12') gleitende Kolbenteil (2') hat auf seiner ganzen Länge den gleichen Durchmesser (DO). Somit ist eine obere Gegendruckfläche (wie (A4) in Fig. 1) nicht vorhanden. Der Durchmesser (D5) des Kolbenteils (5) ist gleich dem Durchmesser (DO) des Kolbenteils (2'). Somit ist am Kolbenteil (1') die wirksame Stirnfläche (Al) gleich der Gegendruckfläche (A3).

Das in Fig. 3 dargestellte und insgesamt mit (150) bezeichnete Steuerventil hat im wesentlichen fünf Gehäuseteile, die (von oben nach unten) mit (101, 102, 103, 104 und 105) bezeichnet sind. Den beiden oberen Gehäuseteilen (101 und 102) wird wiederum der zweite Druck (p2) zugeführt. Auf der Kolbenstange (113) sind ein oberer, kleiner Kolben (112), der durch den zweiten Druck (p2) beaufschlagt ist, außerdem ein mittlerer verhältnismäßig großer Kolben (111), der von unten her durch den ersten Druck (pj) beaufschlagt ist und schließlich am unteren Ende ein Dämpfungskolben (114), der beidseitig durch den ersten Druck (pj) beaufschlagt ist, befestigt Der zuletzt genannte Dämpfungskolben (114) ist also bei den Druckregelvorgängen ohne Wirkung. Er dämpft nur die Bewegungen des gesamten Kolbensystems, so daß Schwingungen vermieden werden.

Der Gehäuseteil (102) bildet eine Zwischenwand (102a), in dem eine Kugelführungsbüchse (106) zur reibungsfireien Lagerung der Kolbenstange (113) angeordnet ist. Durch die Zwischenwand (102a) verlaufen mehrere Bohrungen (102b), so daß die Innenräume der Gehäuseteile (102 und 103) einen einzigen Niederdruckraum (3a') bilden, in dem ein einheitlicher niedriger Druck (p-j) herrscht. Eine zweite

Kugelführungsbüchse (116) zur Führung des unteren Teiles der Kolbenstange (113) ist in dem Gehäuseteil -5-

Nr. 391 565 (104) angeordnet. Dieser Gehäuseteil hat Verbindungsbohrungen, die den Druck (pj) beiden Stirnseiten des Dämpfungskolbens (114) zuführen. Eine nur schematisch angedeutete verstellbare Drossel (120) dient zum Justieren des Dämpfungseffektes.

Der mittlere Kolben (111), dessen untere Stirnfläche durch den ersten Druck (pj) und zusätzlich durch die

Kraft einer Feder (117) beaufschlagt ist, verjüngt sich nach oben hin konisch mit einer Konizität zwischen 1:200 und 1:500.

Zwischen den oberen Gehäuseteilen (101 und 102) ist eine auswechselbare Scheibe (118) eingesetzt. Diese hat eine zentrale Bohrung, deren Durchmesser dem Durchmesser des oberen Kolbens (112) entspricht. Diese beiden Bauteile (112 und 118) bilden mit ihren Steuerkanten den Überlaufspalt (S2), der den zweiten Druck (P2) auf dem gewünschten Wert hält. Wenn es erforderlich wird, den Verhältniswert (b) der weiter oben erwähnten Regelgeraden zu verändern, braucht man nur nach dem Entfernen des obersten Gehäuseteils (101) die Scheibe (118) und den Kolben (112) gegen entsprechende Bauteile mit verändertem Bohrungs· und Kolbendurchmesser auszutauschen.

Fig. 4 zeigt ein Drei-Walzen-Glättwerk einer Papiermaschine als Anwendungsbeispiel für das Steuerventil (50) gemäß Fig. 1 mit seinen Anschlußöffnungen (R), (S), (T) und (U). Dieses Ventil (50) ist über ein Zwischenstück (51) mit dem Joch (52) einer schwimmenden Walze (53) verbunden. Auf der Walze (53) liegt die starre Walze (54) und auf dieser die schwimmende Walze (153) mit dem Joch (152). Die schwimmenden Walzen (53,153) haben zylindrische Walzenmäntel (55,155), die über Wälzlager (56,156) auf den Jochen (52,152) drehbar gelagert sind. Druckräume (57,157) werden durch Stirndichtungen (58,158) und Längsdichtungen (59,159) zwischen den Jochen (52,152) und den Walzenmäntel (55,155) abgegrenzt. Die schwimmende Walze (53) ist über kugelige Lagerbüchsen (60) mit den Gestellen (61) verbunden. Die Zwischenwalze (54) wird durch in den Gestellen längsverschiebliche Gleitlager (62) geführt. Das Joch (152) der oberen schwimmenden Walze (153) ist über kugelige Lagerbüchsen (160) direkt oder auch über nicht gezeigte zwischengeschaltete Lagerhebel mit den Kolbenstangen (63) der beiden Hydraulikzylinder (64) verbunden. Die Zylinder (64) stützen sich ebenfalls am Gestell (61) über Gelenke (65) ab.

Eine Druckluftleitung (66) führt einem Druckminderventil (67) Steuerluft zu. Der im Druckminderventil eingestellte Ausgangsdruck ist am Manometer (568) angezeigt und stellt mit Hilfe des Differenzdruckregelventils (169) in der oberen schwimmenden Walze (153) den gewünschten hydraulischen Differenzdruck zwischen der Druckkammer (157) und der Leckkammer (170) ein.

Ein Additionsventil (71) erhöht den vom Druckminderventil (67) vorgegebenen Betrag um eine additive Konstante. Der Ausgangsdruck des Additionsventils ist am Manometer (73) ablesbar. Mit diesem Druck wird in der unteren schwimmenden Walze (53) der gewünschte hydraulische Differenzdruck (pj - P3) zwischen der Druckkammer (57) und der Leckkammer (70) mit Hilfe des Differenzdruckregelventils (69) gesteuert.

Die genannten pneumatisch vorgesteuerten hydraulischen Differenzdruckventile (69 und 169) sind aus der Literatur über schwimmende Walzen bekannt

Voraussetzung für die hydraulischen Drücke in den schwimmenden Walzen (53 und 153) ist der Betrieb der Hydraulikpumpen (71 und 171), die über Leitungen (72, 73 und 172, 173) Öl in die Druckkammern (57 und 157) der Walzen (53 und 153) pumpen. Die in die Druckkammern (57, 157) gepumpten Ölmengen durchlaufen die Walzen und gelangen über Leitungen (74,174), Differenzdruckregelventile (69,169), sowie Leitungen (75, 175) in die Leckkammem (70, 170) und von dort über Leitungen (76, 176) und (77, 177) wieder zurück in den Öltank (78). Druckbegrenzungsventile (79,179) sind lediglich als Sicherheit gedacht und im Normalbetrieb geschlossen.

Eine weitere Pumpe (80) mit einem Druckbegrenzungsventil (81) sorgt für Druckölzufluß über einen Strömungsverteiler (82) und die Leitungen (84, 88) zu den Hydraulikzylindern (64). Eine an der Leitung (84) angeschlossene Zweigleitung (83) führt zum Gehäuseanschluß (T) des Steuerventils (50), das den Druck 0^) in den Leitungen (83, 84) einstellt. Dieser Druck (P2) beaufschlagt über die Leitungen (85 und 86) die Druckräume über den Kolben (87) der Zylinder (64).

Ein Teil des von Pumpe (80) geförderten Öls gelangt über die Leitung (88), gesichert durch das Druckbegrenzungsventil (89), zu den pneumatisch vorgesteuerten Druckregelventilen (90,91) und beaufschlagt über diese die Unterseiten der Kolben (87) der Zylinder (64). Die Druckregelventile (90,91) werden über pneumatische Druckregler (92, 93) vorgesteueit. Die Vorsteuerdrücke sind an den Manometern (94, 95) ablesbar.

In der Rücklaufleitung (96) vom Gehäuseanschluß (U) des Steuerventils (50) kann ein Druckbegrenzungsventil (97) angeordnet werden, um einen gewünschten Druck (p^) im Steuerventil (50) einzustellen, falls man diesen Druck (anstelle einer Feder) zum Erzeugen einer Zusat2kraft (F5) benötigt.

Das dargestellte Schema zeigt die Einfachheit des erfindungsgemäßen Regelsystems.

Mit dem Druckregelventil (67) wird die Linienkraft zwischen der Oberwalze (153) und der Zwischenwalze (54) eingestellt. Das Druckerhöhungsventil (71) besorgt automatisch eine Erhöhung des Druckes (pj) im

Druckraum (57) der Unterwalze (53) gegenüber dem Druck im Druckraum (157) der Oberwalze (153). Der Differenzbetrag entspricht der Wirkung des Eigengewichtes der Zwischenwalze (54) samt eventueller -6-

Claims (10)

1. Nr. 391 565 Zusatzlasten. Die Unterseiten der Kolben (87) sind mit einem bestimmten Vordruck beaufschlagt, bei dem Linienkraft "Null" zwischen den Walzen (54 und 153) ein entsprechender Gegendruck über den Kolben (87) entspricht. Die Höhe dieses Gegendruckes wird im Steuerventil (50) durch Einstellen einer bestimmten Zusatzkraft (F5) bestimmt. Man kann nun durch Betätigung des Druckreglers (67) jede gewünschte Linienkraft einstellen. Dabei sorgt das Steuerventil (50) immer für die entsprechende Relation zwischen den Walzeninnendrücken und den äußeren Anpreßdrücken in den Zylindern (64). Durch Betätigung der Druckregler (92, 93) können einseitig oder beidseitig die äußeren Anpreßdrücke zwecks Korrektur nach oben oder unten beliebig verändert werden. PATENTANSPRÜCHE 1. Steuerventil zum Einstellen einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Drücken zweier separater Drucksysteme, insbesondere zum Steuern des Druckes in Hydraulikzylindern, die in einer Walzenpresse zum Anpressen einer Walze an eine Gegenwalze dienen, in Abhängigkeit vom Druck der Flüssigkeit, die in einer zur selben Walzenpresse gehörenden Durchbiegungseinstellwalze die Anpreßkraft überträgt; mit den folgenden Merkmalen: a) ein in einem Gehäuse verschiebbarer Kolben hat an seinen beiden Enden je eine Stirnfläche, von denen die eine in einem ersten Druckraum mit dem ersten Druck und die andere in einem zweiten Druckraum mit dem zweiten Druck beaufschlagbar ist; b) eine Steuerkante des Kolbens bildet mit einer Steuerkante des Gehäuses einen Überlaufspalt, der den zweiten Druckraum mit einem Niederdruckraum verbindet, wenn der zweite Druck den gewünschten Wert übersteigt; c) dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1,2) und das Gehäuse (4,9) einen zusätzlichen Überlaufspalt (Sl) bilden, der den ersten Druckraum (la) mit einem Niederdruckraum (3a) verbindet, wenn der zweite Druck (P2) den gewünschten Wert unterschreitet
2. 2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1,2) eine dem ersten Druck (pj) entgegenwirkende Gegendruckfläche (A3) aufweist, die durch den im Niederdruckraum (3a) herrschenden Druck (p-j) beaufschlagt ist.
3. 3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1', 2'), ausgehend von der einen Stirnfläche (Al) einen Zusatzkolben (5) aufweist, der in einer zusätzlichen Gehäusebohrung (31) geführt ist und dessen Durchmesser (D5) vorzugsweise so groß gewählt ist, daß die wirksame Stirnfläche (Al) gleich der Gegendruckfläche (A3) ist (Fig. 2).
4. 4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer der beiden Stirnflächen (Al, A2) eine Zusatzkraft (F5) angreift, vorzugsweise in Form der Kraft einer Feder (17) oder der Druckkraft eines auf den Zusatzkolben (5) wirkenden Druckes (p^).
5. 5. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die den Überlaufspalt bildende Steuerkante des Kolbens unmittelbar an der vom zweiten Druck beaufschlagten Kolben-Stirnfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der vom zweiten Druck (P2) beaufschlagten Kolben-Stirnfläche (A2) und zugleich der Durchmesser des Überlaufspaltes (S2) dadurch veränderbar sind, daß diejenigen Teile des Kolbens und des Gehäuses, welche die Steuerkanten für den Überlaufspalt (S2) tragen, gegen entsprechende Bauteile unterschiedlicher Größe austauschbar sind.
6. 6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Niederdruckraum (3a*) vorhanden ist, in den beide Überlaufspalte (Sl und S2) münden (Fig. 3).
7. 7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des einzigen Niederdruckraumes (3a') eine im Gehäuse angeordnete Führungsbüchse (106) für den Kolben (111,112,113) vorgesehen ist, vorzugsweise in Form einer an sich bekannten Kugelführungsbüchse. -7- Nr. 391 565
8. 8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) das Gehäuse (4,9) begrenzt mittels einer Zwischenwand (12') zwei separate Niederdruckräume (3a und 4a); 5 b) durch eine Bohrung der Zwischenwand (12') erstreckt sich ein die Stirnflächen (Al und A2) verbindender Kolben-Teil (2'), dessen Durchmesser (DO) gleich dem Durchmesser der vom zweiten Druck (P2) beaufschlagten Stirnfläche (A2) ist (Fig. 2).
9. 9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem der 10 Steuerkantenpaare entweder der Kolben oder die Gehäusebohrung derart konisch ist, daß sich der dort befindliche Ringspalt in Richtung der Überlaufströmung erweitert, wobei die Konizität vorzugsweise zwischen 1:200 und 1:500 beträgt.
10. 10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es am Joch (51) einer 15 Durchbiegungseinstellwalze (53) angeordnet ist, wobei sein erster Druckraum (la) im wesentlichen unmittelbar mit demjenigen Walzen-Druckraum (57) verbunden ist, der die Anpreßkraft vom Joch (51) auf den Walzenmantel (55) überträgt. 20 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -8-