DE102019134808B4 - Pilot operated pressure control valve - Google Patents

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Abstract

Vorgesteuertes Druckregelventil (100) zum Ein- und/oder Ausströmen von Fluid einer fluidischen Arbeitsvorrichtung, mit:- einem Ausgang (104) zum Anschließen an eine fluidische Arbeitsvorrichtung,- einem Eingang (102) zum Einströmen von Fluid in das Druckregelventil (100),- einer Ausströmverbindung (106) von dem Ausgang (104) zu einer Drucksenke (108) zum Ausströmen von Fluid aus der Arbeitsvorrichtung,- einem Ausströmventilsitz (110) zum Öffnen und/oder Schließen der Ausströmverbindung (106),- einer Einströmverbindung (112) zwischen Eingang (102) und Ausgang (104) des Druckregelventils (100),- einem Einströmventilsitz (114) zum Öffnen und/oder Schließen der Einströmverbindung (112),- einem Schaltkolben (120), welcher zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position überführbar ausgebildet ist, und- einer Betätigungsvorrichtung (130) zum Überführen des Schaltkolbens (120) von der ersten Position in die zweite Position, wobeider Schaltkolben (120) in der ersten Position, in einem mit der Betätigungsvorrichtung (130) berührungsfreien Zustand, den Ausströmventilsitz (110) freigibt und den Einströmventilsitz (114) verschließt und in der zweiten Position den Ausströmventilsitz (110) verschließt und den Einströmventilsitz (114) freigibt,wobei die Betätigungsvorrichtung (130) in einem an den in der ersten Position angeordneten Schaltkolben (120) angelegten Zustand dazu ausgebildet ist, den Ausströmventilsitz (110) und den Einströmventilsitz (114) zu verschließen,wobei die Ausströmverbindung (106) zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaltkolbens (120) verläuft und die Einströmverbindung (112) zumindest abschnittsweise koaxial zur Ausströmverbindung (106) außerhalb des Schaltkolbens (120) verläuft,wobei der Ausströmventilsitz (110) und der Einströmventilsitz (114) in einer Durchströmungsrichtung (D) des Schaltkolbens (120) voneinander beabstandet angeordnet sind und ein Querschnitt (111) des Ausströmventilsitzes (110) und ein Querschnitt (115) des Einströmventilsitzes (114) in Durchströmungsrichtung (D) einen in etwa gleichen Durchmesser aufweisen,wobei der Schaltkolben (120) ein Einströmventilsitzelement (140) und ein Ausströmventilsitzelement (150) umfasst, die in einer Längsschnittansicht jeweils T-förmig ausbildet sind, undwobei das Einströmventilsitzelement (140) eine Aufnahme (142) für einen Abschnitt (152) des Ausströmventilsitzelements (150) umfasst.Pilot-operated pressure control valve (100) for the inflow and/or outflow of fluid from a fluidic working device, having: - an outlet (104) for connection to a fluidic working device, - an input (102) for fluid to flow into the pressure control valve (100), - an outflow connection (106) from the outlet (104) to a pressure sink (108) for outflow of fluid from the working device, - an outflow valve seat (110) for opening and/or closing the outflow connection (106), - an inflow connection (112) between the inlet (102) and outlet (104) of the pressure control valve (100), - an inflow valve seat (114) for opening and/or closing the inflow connection (112), - a switching piston (120), which moves between a first position and a second position is formed transferrable, and - an actuating device (130) for transferring the switching piston (120) from the first position to the second position, wherein the switching piston (120) in the first position, in a m contact-free state with the actuating device (130), the outflow valve seat (110) and closes the inflow valve seat (114) and in the second position closes the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114), the actuating device (130) in a is designed to close the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114) when the switching piston (120) is in the first position, the outflow connection (106) running at least in sections inside the switching piston (120) and the inflow connection ( 112) runs at least in sections coaxially to the outflow connection (106) outside the switching piston (120), the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114) being arranged at a distance from one another in a flow direction (D) of the switching piston (120) and a cross section (111 ) of the outflow valve seat (110) and a cross-section (115) of the inflow valve seat (114) have approximately the same diameter in the flow direction (D), the switching piston (120) comprising an inflow valve seat element (140) and an outflow valve seat element (150), which are each formed in a T-shape in a longitudinal sectional view, and the inflow valve seat element ( 140) includes a receptacle (142) for a portion (152) of the outflow valve seat member (150).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Druckregelventil zum Ein- und/oder Ausströmen von Fluid einer fluidischen Arbeitsvorrichtung.The present invention relates to a pilot-operated pressure control valve for the inflow and/or outflow of fluid from a fluidic working device.

Im Stand der Technik sind derartige vorgesteuerte Druckregelventile hinlänglich bekannt. Die Druckschrift DE 10 2016 100 919 offenbart einen pneumatischen Volumenstromverstärker zum Verstärken eines pneumatischen Stelldruckausgangssignals eines Stellungsreglers, der einen pneumatischen Antrieb, wie einen pneumatischen Stellantrieb, zum Betätigen einer Stellarmatur, wie eines Stellventils, einer prozesstechnischen Anlage, wie einer petrochemischen Anlage, einer Lebensmittelverarbeitungsanlage, wie eine Brauerei, oder dergleichen, belüftet und/oder entlüftet. Es ist vorgesehen ein pneumatischer Steuerausgang zum Anschluss an eine pneumatische Arbeitskammer des pneumatischen Antriebs, ein erster pneumatischer Belüftungseingang insbesondere zum Empfangen eines pneumatischen Stelldruckausgangssignals eines Stellungsreglers, wenigstens ein pneumatischer Verstärkungseingang, insbesondere zum Empfangen eines insbesondere konstanten pneumatischen Luftverstärkungssignals, wie eines Boostersignals, eine pneumatische Entlüftungsverbindung von dem Steuerausgangs zu einer Drucksenke zum Entlüften des Stellantriebs, ein die pneumatische Entlüftungsverbindung trennendes und/oder öffnendes Entlüftungssitzventil, eine pneumatische Belüftungsverbindung zwischen dem ersten Belüftungseingang und dem Steuerausgang. Ein die pneumatische Belüftungsverbindung trennendes und/oder öffnendes Belüftungssitzventil, eine pneumatische Verstärkungsverbindung zwischen dem Verstärkungseingang und dem Steuerausgang; ein die pneumatische Verstärkungsverbindung trennendes und/oder öffnendes Verstärkungssitzventil; und eine mechanische Sitzventil-Betätigung zum gemeinsamen Betätigen des Entlüftungssitzventils, des ersten Belüftungssitzventils und des Verstärkungssitzventils.Such pilot operated pressure control valves are well known in the prior art. The pamphlet DE 10 2016 100 919 discloses a pneumatic volume flow booster for amplifying a pneumatic actuating pressure output signal of a positioner, which has a pneumatic drive, such as a pneumatic actuator, for actuating a control fitting, such as a control valve, a process plant, such as a petrochemical plant, a food processing plant, such as a brewery, or the like, aerated and/or vented. A pneumatic control output is provided for connection to a pneumatic working chamber of the pneumatic drive, a first pneumatic ventilation input, in particular for receiving a pneumatic actuating pressure output signal from a positioner, at least one pneumatic boost input, in particular for receiving a pneumatic air boost signal, in particular a constant one, such as a booster signal, a pneumatic ventilation connection from the control output to a pressure sink for venting the actuator, a vent seat valve that separates and/or opens the pneumatic vent connection, a pneumatic vent connection between the first vent input and the control output. A vent seat valve separating and/or opening the pneumatic vent connection, a pneumatic boost connection between the boost input and the control output; a booster seat valve isolating and/or opening the booster pneumatic connection; and a mechanical poppet valve actuator for actuating the vent poppet valve, the first vent poppet valve, and the boost poppet valve in unison.

Ein weiteres Druckregelventil ist aus der DE 10 2006 005 328 A1 bekannt. Dort ist ein vorgesteuertes Druckregelventil gezeigt, das in Patronenbauweise ausgeführt ist. Das Druckregelventil besitzt eine erste Hülse, die mit einer Ausgangsanschlussöffnung, mit einer Tankanschlussöffnung und mit einer Druckversorgungsanschlussöffnung versehen ist und in der ein Hauptsteuerschieber entlang einer Längsachse der ersten Hülse beweglich geführt ist. Der Hauptsteuerschieber begrenzt einen Steuerdruckraum in einem der Ausgangsanschlussöffnung abgewandten Endabschnitt der ersten Hülse und regelt in Abhängigkeit von einem in dem Steuerdruckraum herrschenden Steuerdruck einen Druck in der Ausgangsanschlussöffnung. Ein Vorsteuerventil, durch welches der Steuerdruck einstellbar ist, steht mit dem Steuerdruckraum in fluidischer Verbindung. Das Vorsteuerventil umfasst eine zweite Hülse, in der ein Vorsteuerschieber beweglich geführt ist, wobei die zweite Hülse mit einer Stirnseite den Steuerdruckraum am Endabschnitt der ersten Hülse begrenzt und an dieser Stirnseite eine in den Steuerdruckraum mündende Ausgangsöffnung besitzt.Another pressure control valve is from the DE 10 2006 005 328 A1 known. There, a pilot-operated pressure control valve is shown, which is designed as a cartridge. The pressure control valve has a first sleeve which is provided with an outlet connection opening, a tank connection opening and a pressure supply connection opening and in which a main control slide is movably guided along a longitudinal axis of the first sleeve. The main control slide delimits a control pressure chamber in an end section of the first sleeve facing away from the outlet connection opening and regulates a pressure in the outlet connection opening as a function of a control pressure prevailing in the control pressure chamber. A pilot valve, through which the control pressure can be adjusted, is in fluid communication with the control pressure chamber. The pilot valve comprises a second sleeve in which a pilot slide is movably guided, the second sleeve delimiting the control pressure chamber at the end section of the first sleeve with one end face and having an outlet opening opening into the control pressure chamber on this end face.

Aus der DE 198 52 669 A1 ist eine niveau- oder druckgesteuerte, rein mechanische Ventileinheit bekannt. Die Ventileinheit ist aus einem magnetisch gesteuerten Ventil, einer mit einem Permanentmagneten versehenen Membrane, einer auf die Membrane wirkenden Einstelleinheit, einem Steuereingang und einem mit einem der Steuereingänge pneumatisch und/oder hydraulisch verbundenen Drucksensor gebildet.From the DE 198 52 669 A1 a level or pressure-controlled, purely mechanical valve unit is known. The valve unit is formed from a magnetically controlled valve, a membrane provided with a permanent magnet, an adjustment unit acting on the membrane, a control input and a pressure sensor connected pneumatically and/or hydraulically to one of the control inputs.

Ein weiteres Druckregelventil ist aus der GB 993 527 A bekannt. Das dort beschriebene Druckregelventil umfasst ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, die durch einen Ventilsitz getrennt sind. Ein Hauptventilverschlusselement arbeitet mit dem Ventilsitz zusammen und hat einen Zwischenraum zum Gehäuse, wodurch Fluid vom Einlass durch den Zwischenraum und einen Durchgang im Verschlussteil zu einer Kammer fließt, um das Ventil in seine geschlossene Stellung zu drücken. Der Druck in der Kammer wird durch ein Vorsteuerventilglied gesteuert, das mit einem Sitz am Hauptventilverschluss zusammenwirkt.Another pressure control valve is from the GB 993 527 A known. The pressure control valve described there includes a housing with an inlet and an outlet, which are separated by a valve seat. A main valve closure member cooperates with the valve seat and has a clearance to the housing whereby fluid flows from the inlet through the clearance and a passage in the closure member to a chamber to urge the valve to its closed position. The pressure in the chamber is controlled by a pilot valve member which cooperates with a seat on the main valve closure.

Aus der DE 38 27 013 A1 ist ein weiteres Druckregelventil bekannt. Das dort gezeigte Druckregelventil ist ein Druckregelventil für pneumatische Anwendungen mit einem Gehäuse mit Zulaufanschluss, Verbraucheranschluss und Entlüftungsanschluss. Ferner weist das Druckregelventil einen im Gehäuse axial verschiebbaren, die Verbindungen zwischen den Anschlüssen steuernden Ventilstößel auf und eine den Ventilstößel betätigende vorgesteuerte Ventilspindel auf.From the DE 38 27 013 A1 another pressure control valve is known. The pressure control valve shown there is a pressure control valve for pneumatic applications with a housing with an inlet connection, consumer connection and vent connection. Furthermore, the pressure control valve has a valve tappet that can be displaced axially in the housing and controls the connections between the connections, and a pilot-operated valve spindle that actuates the valve tappet.

Die im Stand der Technik bekannten Druckregelventile weisen den Nachteil auf, dass sie meist aufwendig in der Herstellung sind und mehrere Dichtelemente zur Druckkompensation eingesetzt werden müssen. Die Dichtelemente sind Reibung und Verschleiß ausgesetzt und können verunreinigen.The pressure control valves known in the prior art have the disadvantage that they are usually expensive to manufacture and several sealing elements have to be used for pressure compensation. The sealing elements are exposed to friction and wear and can become contaminated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes vorgesteuertes Druckregelventil vorzuschlagen, um mindestens einen der Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.The invention is therefore based on the object of proposing an improved pilot-operated pressure control valve in order to overcome at least one of the disadvantages of the prior art.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Hinblick auf den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with regard to the subject matter of claim 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aktuators sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous and expedient configurations of the actuator according to the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass das vorgesteuerte Druckregelventil zum Ein- und/oder Ausströmen von Fluid einer fluidischen Arbeitsvorrichtung einem Ausgang zum Anschließen an eine fluidische Arbeitsvorrichtung, einen Eingang zum Einströmen von Fluid in das Druckregelventil und eine Ausströmverbindung von dem Ausgang zu einer Drucksenke zum Ausströmen von Fluid aus der Arbeitsvorrichtung umfasst. Ferner umfasst das Druckregelventil einen Ausströmventilsitz zum Öffnen und/oder Schließen der Ausströmverbindung, eine Einströmverbindung zwischen Eingang und Ausgang des Druckregelventils, einen Einströmventilsitz zum Öffnen und/oder Schließen der Einströmverbindung, einen Schaltkolben, welcher zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position überführbar ausgebildet ist, und eine Betätigungsvorrichtung zum Überführen des Schaltkolbens von der ersten Position in die zweite Position. Der Schaltkolben in der ersten Position gibt, in einem mit der Betätigungsvorrichtung berührungsfreien Zustand, den Ausströmventilsitz frei und verschließt den Einströmventilsitz und verschließt in der zweiten Position den Ausströmventilsitz und gibt den Einströmventilsitz frei. Die Betätigungsvorrichtung (130) ist in einem an den in der ersten Position angeordneten Schaltkolben (120) angelegten Zustand dazu ausgebildet, den Ausströmventilsitz (110) und den Einströmventilsitz (114) zu verschließen. Die Ausströmverbindung verläuft zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaltkolbens und die Einströmverbindung verläuft zumindest abschnittsweise koaxial zur Ausströmverbindung außerhalb des Schaltkolbens. Der Ausströmventilsitz und der Einströmventilsitz sind in einer Durchströmungsrichtung (D) des Schaltkolbens voneinander beabstandet angeordnet und ein Querschnitt des Ausströmventilsitzes und ein Querschnitt des Einströmventilsitzes weisen in Durchströmungsrichtung (D) einen in etwa gleichen Durchmesser auf.The invention is based on the idea that the pilot-operated pressure control valve for the inflow and/or outflow of fluid from a fluidic working device has an output for connection to a fluidic working device, an input for the inflow of fluid into the pressure control valve and an outflow connection from the output to a pressure sink for discharging fluid from the working device. The pressure control valve also includes an outflow valve seat for opening and/or closing the outflow connection, an inflow connection between the inlet and outlet of the pressure control valve, an inflow valve seat for opening and/or closing the inflow connection, a switching piston, which is designed to be transferrable between a first position and a second position , and an actuating device for transferring the switching piston from the first position to the second position. The switching piston in the first position, in a non-contacting state with the actuating device, uncovers the outflow valve seat and closes the inflow valve seat, and in the second position closes the outflow valve seat and uncovers the inflow valve seat. The actuating device (130) is designed to close the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114) when it is in contact with the switching piston (120) arranged in the first position. The outflow connection runs at least in sections within the switching piston and the inflow connection runs at least in sections coaxially with the outflow connection outside of the switching piston. The outflow valve seat and the inflow valve seat are arranged at a distance from one another in a flow direction (D) of the switching piston, and a cross section of the outflow valve seat and a cross section of the inflow valve seat have approximately the same diameter in the flow direction (D).

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Druckregelventils besteht darin, dass lediglich ein Dichtelement für die Druckkompensation notwendig ist. Insgesamt hat das Druckregelventil dadurch weniger Reibung und weniger Verschleiß. Zusätzlich ergeben sich reduzierte Anforderungen an die Genauigkeit und die Güte der Passungen der Führungen. Beispielsweise reduziert dies die Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass durch die räumliche Trennung der Ventilsitze ein reduziertes Risiko von Leckagen besteht, die sich aufgrund von eingeklemmten Verunreinigungen oder Fremdkörper ergeben können.The advantage of the pressure control valve according to the invention is that only one sealing element is required for pressure compensation. Overall, the pressure control valve has less friction and less wear. In addition, there are reduced requirements for the accuracy and the quality of the fits of the guides. For example, this reduces the manufacturing costs. Another advantage is that the spatial separation of the valve seats reduces the risk of leaks that can result from trapped dirt or foreign bodies.

Erfindungsgemäß umfasst der Schaltkolben ein Einströmventilsitzelement und ein Ausströmventilsitzelement, die in einer Längsschnittansicht jeweils T-förmig ausbildet sind. Dadurch ergibt sich beispielsweise der technische Vorteil, dass die Herstellung des Schaltkolbens und die Montage des Druckregelventils insgesamt einfacher möglich sind und sich zusätzlich reduzierte Anforderungen an die Toleranzen ergeben.According to the invention, the switching piston comprises an inflow valve seat element and an outflow valve seat element, which are each formed in a T-shape in a longitudinal sectional view. This results in the technical advantage, for example, that the production of the switching piston and the assembly of the pressure control valve are easier to do overall and additionally reduced requirements for the tolerances result.

Erfindungsgemäß umfasst das Einströmventilsitzelement eine Aufnahme für einen Abschnitt des Ausströmventilsitzelements. According to the invention, the inflow valve seat element comprises a receptacle for a section of the outflow valve seat element.

Dadurch ergibt sich beispielsweise der technische Vorteil, dass das Einströmventilsitzelement und das Ausströmventilsitzelement einfach zu dem Schaltkolben zusammengefügt werden können. Somit ergibt sich eine Vereinfachung in der Montage des Schaltkolbens und des gesamten Druckregelventils.This results in the technical advantage, for example, that the inflow valve seat element and the outflow valve seat element can be easily assembled to form the switching piston. This results in a simplification in the assembly of the switching piston and the entire pressure control valve.

Um die Montage zusätzlich zu erleichtern und um die Bauform des Schaltkolbens besonders kompakt und funktional zu gestalten, ist die Aufnahme radial innerhalb eines Dichtelements des Einströmventilsitzelements angeordnet.In order to additionally facilitate assembly and to make the design of the switching piston particularly compact and functional, the receptacle is arranged radially inside a sealing element of the inflow valve seat element.

Nach einer zusätzlichen Ausführungsform, ist an das Einströmventilsitzelement eine erste Druckfeder angelegt, deren Kraftwirkung beim Überführen des Schaltkolbens in die zweite Position der Überführbewegung entgegengerichtet ist. Dadurch werden mehrere technische Vorteile erreicht. Beispielsweise lässt sich der Schaltkolben durch die Druckfeder immer wieder mechanisch in die erste Position überführen. Zusätzlich erfüllt die Druckfeder einen wichtigen Sicherheitsaspekt. Auch bei einem möglicherweise auftretenden Stromausfall, wird der Schaltkolben in die erste Position zurückgeführt. In Kombination mit der Betätigungsvorrichtung werden Ausströmventilsitz und Einströmventilsitz verschlossen.According to an additional embodiment, a first compression spring is applied to the inflow valve seat element, the force of which spring acts in the opposite direction to the transfer movement when the switching piston is transferred into the second position. This achieves several technical advantages. For example, the switching piston can always be mechanically transferred to the first position by the compression spring. In addition, the compression spring fulfills an important safety aspect. Even in the event of a power failure, the switching piston is returned to the first position. In combination with the actuating device, the outflow valve seat and the inflow valve seat are closed.

Um die Abdichtung des Ausströmventilsitzes möglichst leckagefrei zu realisieren, umfasst die Betätigungsvorrichtung ein Dichtelement, welches zum Verschließen des Ausströmventilsitzes ausgebildet ist. Dadurch ist die Abdichtung des Ausströmventilsitzes auch bei sehr geringem Kraftaufwand sichergestellt. Darauf aufbauend ist das Dichtelement flächig ausgebildet und in einer Aufnahme der Betätigungsvorrichtung angeordnet. Ein derartiges Dichtelement ist funktional und preiswert in der Herstellung. In order to seal the outflow valve seat with as little leakage as possible, the actuating device includes a sealing element which is designed to close the outflow valve seat. This ensures that the outflow valve seat is sealed even with very little effort. Based on this, the sealing element has a flat design and is arranged in a receptacle of the actuating device. Such a sealing element is functional and inexpensive to manufacture.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform, weist das Druckregelventil ein Führungselement auf, welches den Schaltkolben beim Überführen zwischen der ersten Position und der zweiten Position seitlich führt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Schaltkolben unabhängig von seiner Position präzise geführt wird. Ein Kippen oder Verkanten des Schaltkolbens wird hierdurch verhindert und die Anforderungen an die Genauigkeit und die Güte der Passungen kann reduziert werden. Beispielsweise reduziert dies auch die Herstellungskosten. Hierauf aufbauend, ist zwischen der Betätigungsvorrichtung und dem Führungselement eine zweite Druckfeder angeordnet. Die zweite Druckfeder wirkt mit ihrer Druckkraft der Betätigungsvorrichtung mechanisch entgegen.According to a special embodiment, the pressure control valve has a guide element which laterally guides the switching piston when transferring between the first position and the second position. This achieves the technical advantage, for example, that the switching piston is guided precisely, regardless of its position. This prevents the switching piston from tipping or canting, and the demands on the accuracy and the quality of the fits can be reduced. For example, this also reduces the manufacturing costs. Based on this, a second compression spring is arranged between the actuating device and the guide element. The second compression spring mechanically counteracts the actuating device with its compressive force.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform, verringert sich ein Durchströmungsquerschnitt des Ausströmventilsitzelements ausgehend vom Ausströmventilsitz in Richtung des Einströmventilsitzes zumindest abschnittsweise. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreichet, dass der Querschnitt des Ausströmventilsitzes und der Querschnitt des Einströmventilsitzes in Durchströmungsrichtung (D) einen in etwa gleichen Durchmesser aufweisen können. Hierauf aufbauend, ist das Verringern des Durchströmungsquerschnitts kontinuierlich ausgebildet. Dies ermöglicht einen besonders laminaren Fluidstrom ohne Verwirbelungen, welche beispielsweise durch stufenhafte Reduzierung des Querschnitts entstehen können.According to a particularly preferred embodiment, a flow cross section of the outflow valve seat element decreases, at least in sections, starting from the outflow valve seat in the direction of the inflow valve seat. This achieves the technical advantage, for example, that the cross section of the outflow valve seat and the cross section of the inflow valve seat can have approximately the same diameter in the flow direction (D). Building on this, the reduction in the flow cross section is continuous. This enables a particularly laminar flow of fluid without turbulence, which can arise, for example, as a result of a gradual reduction in the cross section.

Um das Druckregelventil in einem betriebsbereiten Modus zu überführen, verschließt die Betätigungsvorrichtung in einem an den in der ersten Position angeordneten Schaltkolben angelegten Zustand, den Ausströmventilsitz und den Einströmventilsitz. Hierbei findet kein Fluidstrom statt und beide Ventilsitze sind verschlossen.In order to transfer the pressure control valve into a ready-to-operate mode, the actuating device closes the outflow valve seat and the inflow valve seat in a state in contact with the switching piston arranged in the first position. In this case, there is no fluid flow and both valve seats are closed.

Um eine möglichst hohe Einsatzdauer des Druckregelventils zu erreichen, sind das Einströmventilsitzelement und das Ausströmventilsitzelement aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Insbesondere mit den jeweils dem Einströmventilsitzelement und dem Ausströmventilsitzelement zugeordneten Dichtelementen aus einem gummiartigen Kunststoff ergibt sich zusätzlich zur hohen Einsatzdauer eine zuverlässige Abdichtung ohne Leckage.In order to achieve the longest possible service life of the pressure control valve, the inflow valve seat element and the outflow valve seat element are made of a metallic material. In particular, with the sealing elements made of a rubber-like plastic assigned to the inflow valve seat element and the outflow valve seat element, a reliable seal without leakage results in addition to the long service life.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Betätigungsvorrichtung als fluidisch betätigbares Membranventil ausgebildet. Hier lässt sich auf bekannte Membranventile aus dem Stand der Technik zurückgreifen, wodurch eine preiswerte Herstellung des Druckregelventils realisierbar ist.According to a particular embodiment, the actuating device is designed as a fluidically actuable membrane valve. Known diaphragm valves from the prior art can be used here, as a result of which the pressure control valve can be produced inexpensively.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckregelventils in einer ersten Ausführungsform, und
  • 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Druckregelventils im Schnitt A - A gemäß 1.
Show it:
  • 1 a schematic longitudinal sectional view of a pressure control valve according to the invention in a first embodiment, and
  • 2 a sectional view of a pressure control valve according to the invention in section A - A according to 1 .

Die 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 100 in einer ersten Ausführungsform. Das Druckregelventil 100 umfasst ein Gehäuse 200 mit einem Eingang 102, durch welchen Fluid - beispielsweise Luft - in das Druckregelventil 100 eingeströmt werden kann. Alternativ kann jedoch auch ein anderes Fluid wie beispielsweise ein Gasgemisch in das Druckregelventil 100 eingeströmt werden. Des Weiteren umfasst das Druckregelventil 100 einen Ausgang 104 zum Anschließen an eine fluidische Arbeitsvorrichtung. Die fluidische Arbeitsvorrichtung kann beispielsweise ein pneumatischer Antrieb sein. Über eine Ausströmverbindung 106 kann Fluid vom Eingang 102 oder von dem Ausgang 104 zu einer Drucksenke 108 aus der Arbeitsvorrichtung ausgeströmt werden. Hierfür muss ein Ausströmventilsitz 110 geöffnet werden. Zusätzlich umfasst das Druckregelventil 100 eine Einströmverbindung 112, welche zwischen dem Eingang 102 und dem Ausgang 104 des Druckregelventils 100 angeordnet ist. Ein Einströmventilsitz 114 zum öffnet oder schließt die Einströmverbindung 112, wobei das Öffnen oder Schließen des Einströmventilsitzes 114 durch eine Schaltkolben 120 erfolgt, welcher zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position überführbar ist. Das Überführen des Schaltkolbens 120 erfolgt durch eine Betätigungsvorrichtung 130 in Form eines fluidisch betätigbaren Membranventils. Wenn sich der Schaltkolben 120 und die Betätigungsvorrichtung 130 in einem berührungsfreien Zustand befinden, so wird der Ausströmventilsitz 110 freigegeben und der Einströmventilsitz 114 wird verschlossen. Dieser Zustand kann beispielsweise dann auftreten, wenn innerhalb des Druckregelventils 100 ein Überdruck entsteht, welcher die Betätigungsvorrichtung 130 nach oben drückt und somit das Dichtelement 110 von dem Ausströmventilsitz 110 angehoben wird. Der Überdruck kann sich somit abbauen, indem das Fluid über die Ausströmverbindung 106 in Richtung der Drucksenke 108 ausströmt. Wenn nun die Betätigungsvorrichtung 130 den Ausströmventilsitz 110 schließt und mittels einer Kraftwirkung den Schaltkolben 120 gegen eine erste Druckfeder 144 in die zweite Position überführt, dann wird der Einströmventilsitz 114 freigegeben, wodurch Fluid vom Eingang 102 in den Ausgang 104 zum Betreiben einer Arbeitsvorrichtung geströmt wird.the 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a pressure control valve 100 according to the invention in a first embodiment. The pressure control valve 100 includes a housing 200 with an input 102 through which fluid - can be flowed into the pressure control valve 100 - for example, air. Alternatively, however, another fluid such as a gas mixture can also flow into the pressure control valve 100 . Furthermore, the pressure control valve 100 includes an outlet 104 for connection to a fluidic working device. The fluidic working device can be a pneumatic drive, for example. Fluid can flow out of the working device from the inlet 102 or from the outlet 104 to a pressure sink 108 via an outflow connection 106 . To do this, an outflow valve seat 110 must be opened. In addition, the pressure control valve 100 includes an inflow connection 112 which is arranged between the input 102 and the output 104 of the pressure control valve 100 . An inflow valve seat 114 for opening or closing the inflow connection 112, the inflow valve seat 114 being opened or closed by a switching piston 120 which can be transferred between a first position and a second position. The switching piston 120 is transferred by an actuating device 130 in the form of a fluidically actuable membrane valve. When the switching piston 120 and the actuator 130 are in a non-contacting state, the outflow valve seat 110 is released and the inflow valve seat 114 is closed. This state can occur, for example, when an overpressure arises within the pressure control valve 100, which presses the actuating device 130 upwards and thus the sealing element 110 is lifted from the outflow valve seat 110. The excess pressure can thus be reduced in that the fluid flows out via the outflow connection 106 in the direction of the pressure sink 108 . If the actuator 130 now closes the outflow valve seat 110 and uses a force to move the switching piston 120 against a first compression spring 144 into the second position, then the inflow valve seat 114 is released, whereby fluid from the inlet 102 into the Output 104 is flowed to operate a working device.

Die Ausströmverbindung 106 befindet sich abschnittsweise innerhalb des Schaltkolbens 120 und die Einströmverbindung 112 verläuft zumindest abschnittsweise koaxial außerhalb zur Ausströmverbindung 106 außerhalb des Schaltkolbens 120. Somit verlaufen Einströmverbindung 112 und Ausströmverbindung 106 abschnittsweise parallel zueinander.The outflow connection 106 is located in sections within the switching piston 120 and the inflow connection 112 runs at least in sections coaxially outside the outflow connection 106 outside of the switching piston 120. Inflow connection 112 and outflow connection 106 therefore run parallel to one another in sections.

Der Schaltkolben 120 umfasst ein Einströmventilsitzelement 140 und ein Ausströmventilsitzelement 150. Einströmventilsitzelement 140 und Ausströmventilsitzelement 150 sind aus einem metallischen Werkstoff wie Edelstahl oder Aluminium hergestellt.The switching piston 120 comprises an inflow valve seat element 140 and an outflow valve seat element 150. Inflow valve seat element 140 and outflow valve seat element 150 are made of a metallic material such as stainless steel or aluminum.

Einströmventilsitzelement 140 und Ausströmventilsitzelement 150 sind in der Längsschnittansicht T-förmig oder tulpenartig ausbildet. Das Einströmventilsitzelement 140 hat eine Aufnahme 142 um einen Abschnitt 152 des Ausströmventilsitzelements 150 aufzunehmen. Die Aufnahme 142 ist hierbei radial innerhalb eines weiteren Dichtelements 148 angeordnet, welches funktional dem Einströmventilsitzelement 140 zugeordnet ist.Inflow valve seat element 140 and outflow valve seat element 150 are T-shaped or tulip-shaped in the longitudinal sectional view. The inflow valve seat member 140 has a receptacle 142 for receiving a portion 152 of the outflow valve seat member 150 . In this case, the receptacle 142 is arranged radially inside a further sealing element 148 which is functionally assigned to the inflow valve seat element 140 .

Der Ausströmventilsitz 110 und der Einströmventilsitz 114 sind in Längsrichtung des Schaltkolbens 120 voneinander beabstandet angeordnet. Der Ausströmventilsitz 110 befindet sich oberhalb des Einströmventilsitzes 114, wobei wesentlich ist, dass der Querschnitt 111 des Ausströmventilsitzes 110 und der Querschnitt 115 des Einströmventilsitzes 114 in Durchströmungsrichtung (D) ungefähr den gleichen Durchmesser aufweisen. Dadurch ist lediglich ein Dichtelement für die Druckkompensation notwendig. Dies reduziert Reibung und Verschleiß. Daraus ergeben sich wiederrum reduzierte Anforderungen an die Genauigkeit und die Güte der Passungen der Führungen. Durch die räumliche Trennung des Ausströmventilsitzes 110 und des Einströmventilsitzes 114 besteht zudem ein reduziertes Risiko von Leckagen, da eingeklemmte Verunreinigungen oder Fremdkörper nie beide Ventilsitze gleichzeitig blockieren.The outflow valve seat 110 and the inflow valve seat 114 are arranged at a distance from one another in the longitudinal direction of the switching piston 120 . The outflow valve seat 110 is located above the inflow valve seat 114, it being essential that the cross section 111 of the outflow valve seat 110 and the cross section 115 of the inflow valve seat 114 have approximately the same diameter in the flow direction (D). As a result, only one sealing element is required for pressure compensation. This reduces friction and wear. This in turn results in reduced demands on the accuracy and the quality of the fits of the guides. Due to the spatial separation of the outflow valve seat 110 and the inflow valve seat 114, there is also a reduced risk of leakage since trapped dirt or foreign bodies never block both valve seats at the same time.

Die als Membranventil ausgebildete Betätigungsvorrichtung 130 umfasst ein flächiges Dichtelement 132, welches in einer Aufnahme 134 der Betätigungsvorrichtung 130 gehaltert ist. Durch das Aufbringen des flächigen Dichtelements 132 auf den Ausströmventilsitzes 110, wird die Ausströmverbindung 106 verschlossen. Der Durchströmungsquerschnitt des Ausströmventilsitzelements 150 verringert sich in einem oberen Abschnitt ausgehend vom Ausströmventilsitz 110 in Richtung des Einströmventilsitzes 114 kontinuierlich. Durch die Reduzierung des Durchströmungsquerschnitts im oberen Abschnitt bekommt das Ausströmventilsitzelement 150 in Längsschnittansicht ein tulpenartiges Erscheinungsbild. Der Schaltkolben 120 ist mittels eines Führungselements 146 seitlich geführt und eine zweite Druckfeder 136 stützt sich auf dem Führungselement 146 gegen die Betätigungsvorrichtung 130 ab.The actuating device 130 designed as a membrane valve comprises a flat sealing element 132 which is held in a receptacle 134 of the actuating device 130 . By applying the flat sealing element 132 to the outflow valve seat 110, the outflow connection 106 is closed. The flow cross section of the outflow valve seat element 150 decreases continuously in an upper section, starting from the outflow valve seat 110 in the direction of the inflow valve seat 114 . The reduction in the flow cross section in the upper section gives the outflow valve seat element 150 a tulip-like appearance in a longitudinal sectional view. The switching piston 120 is guided laterally by means of a guide element 146 and a second compression spring 136 is supported on the guide element 146 against the actuating device 130 .

Die 2 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 100 im Schnitt A - A gemäß 1. Das Gehäuse 200 umfasst den Eingang 102 zum Einströmen von Fluid in das Druckregelventil 100 und den Ausgang 104 zum Anschließen an eine fluidische Arbeitsvorrichtung. Mittig im Gehäuse 200 ist der Querschnitt des Schaltkolbens 120 zu sehen, durch welchen die Ausströmverbindung 106 verläuft. Der Schaltkolben 120 ist von dem Führungselement 146 umgeben, welches den Schaltkolben 120 beim Überführen zwischen der ersten Position und der zweiten Position seitlich führt. Dadurch wird ein seitliches Kippen des Schaltkolbens 120 verhindert. Das Führungselement 146 umfasst insgesamt vier radial ausgerichtete Führungsfinger 154, welche jeweils an den Schaltkolben 120 zur Führung angelegt sind. Die Anzahl der Führungsfinger 154 kann hierbei beispielsweise auch zwei, drei oder mehr Führungsfinger 154 betragen. Die zweite Druckfeder 136 ist außerhalb des Schaltkolbens 120 auf dem Führungselement 146 angelegt und drückt die Betätigungsvorrichtung 130 durch ihre Federkraft von dem Führungselement 146 weg.the 2 shows a sectional view of a pressure control valve 100 according to the invention in section AA according to 1 . The housing 200 includes the inlet 102 for the inflow of fluid into the pressure control valve 100 and the outlet 104 for connection to a fluid working device. The cross section of the switching piston 120 through which the outflow connection 106 runs can be seen in the center of the housing 200 . The switching piston 120 is surrounded by the guide element 146, which laterally guides the switching piston 120 when transferring between the first position and the second position. This prevents the switching piston 120 from tilting to the side. The guide element 146 comprises a total of four radially aligned guide fingers 154, which are each applied to the switching piston 120 for guidance. In this case, the number of guide fingers 154 can also be two, three or more guide fingers 154, for example. The second compression spring 136 is placed outside of the switching piston 120 on the guide element 146 and pushes the actuating device 130 away from the guide element 146 by its spring force.

Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.All of the features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention can be provided in different combinations in the object according to the invention in order to realize their advantageous effects at the same time.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.The scope of protection of the present invention is given by the claims and is not limited by the features explained in the description or shown in the figures.

Claims (12)

Vorgesteuertes Druckregelventil (100) zum Ein- und/oder Ausströmen von Fluid einer fluidischen Arbeitsvorrichtung, mit: - einem Ausgang (104) zum Anschließen an eine fluidische Arbeitsvorrichtung, - einem Eingang (102) zum Einströmen von Fluid in das Druckregelventil (100), - einer Ausströmverbindung (106) von dem Ausgang (104) zu einer Drucksenke (108) zum Ausströmen von Fluid aus der Arbeitsvorrichtung, - einem Ausströmventilsitz (110) zum Öffnen und/oder Schließen der Ausströmverbindung (106), - einer Einströmverbindung (112) zwischen Eingang (102) und Ausgang (104) des Druckregelventils (100), - einem Einströmventilsitz (114) zum Öffnen und/oder Schließen der Einströmverbindung (112), - einem Schaltkolben (120), welcher zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position überführbar ausgebildet ist, und - einer Betätigungsvorrichtung (130) zum Überführen des Schaltkolbens (120) von der ersten Position in die zweite Position, wobei der Schaltkolben (120) in der ersten Position, in einem mit der Betätigungsvorrichtung (130) berührungsfreien Zustand, den Ausströmventilsitz (110) freigibt und den Einströmventilsitz (114) verschließt und in der zweiten Position den Ausströmventilsitz (110) verschließt und den Einströmventilsitz (114) freigibt, wobei die Betätigungsvorrichtung (130) in einem an den in der ersten Position angeordneten Schaltkolben (120) angelegten Zustand dazu ausgebildet ist, den Ausströmventilsitz (110) und den Einströmventilsitz (114) zu verschließen, wobei die Ausströmverbindung (106) zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaltkolbens (120) verläuft und die Einströmverbindung (112) zumindest abschnittsweise koaxial zur Ausströmverbindung (106) außerhalb des Schaltkolbens (120) verläuft, wobei der Ausströmventilsitz (110) und der Einströmventilsitz (114) in einer Durchströmungsrichtung (D) des Schaltkolbens (120) voneinander beabstandet angeordnet sind und ein Querschnitt (111) des Ausströmventilsitzes (110) und ein Querschnitt (115) des Einströmventilsitzes (114) in Durchströmungsrichtung (D) einen in etwa gleichen Durchmesser aufweisen, wobei der Schaltkolben (120) ein Einströmventilsitzelement (140) und ein Ausströmventilsitzelement (150) umfasst, die in einer Längsschnittansicht jeweils T-förmig ausbildet sind, und wobei das Einströmventilsitzelement (140) eine Aufnahme (142) für einen Abschnitt (152) des Ausströmventilsitzelements (150) umfasst.Pilot-operated pressure control valve (100) for the inflow and/or outflow of fluid from a fluidic working device, having: - an outlet (104) for connection to a fluidic working device, - an inlet (102) for fluid to flow into the pressure control valve (100), - an outflow connection (106) from the outlet (104) to a pressure sink (108) for outflow of fluid from the working device, - an outflow valve seat (110) for opening and/or closing the outflow connection (106), - an inflow connection (112) between entrance (102) and outlet (104) of the pressure control valve (100), - an inflow valve seat (114) for opening and/or closing the inflow connection (112), - a switching piston (120) which can be transferred between a first position and a second position and - an actuating device (130) for transferring the switching piston (120) from the first position to the second position, wherein the switching piston (120) in the first position, in a non-contacting state with the actuating device (130), the outflow valve seat ( 110) and closes the inflow valve seat (114) and in the second position closes the outflow valve seat (110) and uncovers the inflow valve seat (114), the actuating device (130) being in contact with the switching piston (120) arranged in the first position is designed to close the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114), the outflow connection (106) being at least partially partly runs inside the switching piston (120) and the inflow connection (112) runs at least in sections coaxially to the outflow connection (106) outside the switching piston (120), the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114) in a flow direction (D) of the switching piston (120) are arranged at a distance from one another and a cross section (111) of the outflow valve seat (110) and a cross section (115) of the inflow valve seat (114) in the flow direction (D) have approximately the same diameter, the switching piston (120) having an inflow valve seat element ( 140) and an outflow valve seat element (150), each of which is T-shaped in a longitudinal sectional view, and the inflow valve seat element (140) includes a receptacle (142) for a section (152) of the outflow valve seat element (150). Druckregelventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (142) radial innerhalb eines Dichtelements (148) des Einströmventilsitzelements (140) angeordnet ist.Pressure control valve (100) after claim 1 , characterized in that the receptacle (142) is arranged radially inside a sealing element (148) of the inflow valve seat element (140). Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an das Einströmventilsitzelement (140) eine erste Druckfeder (144) angelegt ist, deren Kraftwirkung beim Überführen des Schaltkolbens (120) in die zweite Position der Überführbewegung entgegengerichtet ist.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a first compression spring (144) is applied to the inflow valve seat element (140), the force of which acts in the opposite direction to the transfer movement when the switching piston (120) is transferred into the second position. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (130) ein Dichtelement (132) umfasst, welches zum Verschließen des Ausströmventilsitzes (110) ausgebildet ist.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device (130) comprises a sealing element (132) which is designed to close the outflow valve seat (110). Druckregelventil (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (132) flächig ausgebildet ist und in einer Aufnahme (134) der Betätigungsvorrichtung (130) angeordnet ist.Pressure control valve (100) after claim 4 , characterized in that the sealing element (132) is flat and in a receptacle (134) of the actuating device (130) is arranged. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (100) ein Führungselement (146) aufweist, welches den Schaltkolben (120) beim Überführen zwischen der ersten Position und der zweiten Position seitlich führt.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure control valve (100) has a guide element (146) which laterally guides the switching piston (120) when transferring between the first position and the second position. Druckregelventil (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Betätigungsvorrichtung (130) und dem Führungselement (146) eine zweite Druckfeder (136) angeordnet ist.Pressure control valve (100) after claim 6 , characterized in that between the actuating device (130) and the guide element (146) a second compression spring (136) is arranged. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Durchströmungsquerschnitt des Ausströmventilsitzelements (150) ausgehend vom Ausströmventilsitz (110) in Richtung des Einströmventilsitzes (114) zumindest abschnittsweise verringert.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a flow cross section of the outflow valve seat element (150) decreases at least in sections starting from the outflow valve seat (110) in the direction of the inflow valve seat (114). Druckregelventil (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verringern des Durchströmungsquerschnitts kontinuierlich ausgebildet ist.Pressure control valve (100) after claim 8 , characterized in that the reduction in the flow cross section is continuous. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (130) in einem an den in der ersten Position angeordneten Schaltkolben (120) angelegten Zustand, den Ausströmventilsitz (110) und den Einströmventilsitz (114) verschließt.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device (130) closes the outflow valve seat (110) and the inflow valve seat (114) when it is in contact with the switching piston (120) arranged in the first position. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einströmventilsitzelement (140) und das Ausströmventilsitzelement (150) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sind.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow valve seat element (140) and the outflow valve seat element (150) are made of a metallic material. Druckregelventil (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (130) als fluidisch betätigbares Membranventil ausgebildet ist.Pressure control valve (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device (130) is designed as a fluidically actuable diaphragm valve.
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