DE10209333A1

DE10209333A1 - Druckventil zur Steuerung eines fluidischen Druckmittels mit manueller Einstellung des Sollwertes des Ausgangsdrucks

Info

Publication number: DE10209333A1
Application number: DE10209333A
Authority: DE
Inventors: Rainer Drechsler
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2002-03-02
Filing date: 2002-03-02
Publication date: 2003-09-18

Abstract

Um bei einem Druckventil zur Steuerung eines fluidischen Druckmittels, bei dem der Sollwert des Ausgangsdrucks von Hand eingestellt wird, eine Anzeige des Sollwerts in Form eines elektrischen Signals zu erhalten, formt ein elektromagnetischer Wandler die Position der Einstellvorrichtung für den Sollwert des Ausgangsdrucks in ein elektrisches Ausgangssignal um, das ein Maß für den Sollwert des Ausgangsdrucks ist. Derartige Druckventile werden insbesondere in Form von Druckreduzierventilen zum Einstellen des Spanndrucks bei Werkzeugmaschinen mit rotierenden Spindeln verwendet, bei denen das Werkzeug oder das Werkstück in die Spindel eingespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckventil zur Steuerung eines fluidischen Druckmittels mit manueller Einstellung des Sollwerts des Ausgangsdrucks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges, als Druckreduzierventil ausgebildetes Druckventil ist aus dem Datenblatt RD 26576/11.99 "Druckreduzierventil, direktgesteuert, mit Drucküberwachung - Typ DRHD 6 DP und ZDRHD 6 D" der Mannesmann Rexroth AG bekannt. In dem Gehäuse des in dieser Druckschrift beschriebenen Druckreduzierventils ist ein Steuerkolben geführt, dessen eine Seite mit dem Ausgangsdruck des Druckreduzierventils beaufschlagt ist und auf dessen entgegengesetzte Seite die Kraft einer Feder wirkt. Der Ausgangsdruck stellt sich so ein, daß das Produkt aus dem Ausgangsdruck und der von diesem beaufschlagten Fläche des Steuerkolbens gleich der Kraft ist, mit der die Feder auf die entgegengesetzte Seite des Steuerkolbens drückt. Dabei wird vorausgesetzt, daß der dem Druckreduzierventil zugeführte Systemdruck größer ist als der maximale Sollwert des Ausgangsdrucks des Druckreduzierventils. Zur Änderung der Kraft, mit der die Feder auf den Steuerkolben drückt, ist eine manuell über einen Drehknopf betätigbare Einstellvorrichtung vorgesehen. Ein Getriebe setzt die Drehbewegung in eine Längsbewegung um, die die Vorspannung der Feder ändert. Das Ventil ZDRHD 6 D wird zur Reduzierung des Systemdrucks auf einen einstellbaren Wert eingesetzt. Zur Einstellung der Größe des Ausgangsdrucks dreht der Bediener den Drehknopf von Hand in eine Stellung, die dem gewünschten Ausgangsdruck entspricht. Ist der Drehknopf mit einer Einstellskala für verschiedene Werte des Ausgangsdrucks versehen, kann der eingestellte Sollwert des Ausgangsdrucks an der Skala abgelesen werden. Alternativ ist es möglich, ein Manometer mit dem Ausgangsdruck zu beaufschlagen und den Drehknopf so lange zu verstellen, bis das Manometer den gewünschten Wert des Ausgangsdrucks anzeigt. Diesen Ausgangsdruck hält das Druckreduzierventil danach selbsttätig konstant. Zusätzlich erlaubt das in dem Datenblatt RD 26576/11.99 beschriebene Druckreduzierventil eine Istwertüberwachung des Ausgangsdrucks. Hierfür ist ein zweiter Kolben vorgesehen, den der Ausgangsdruck gegen die Kraft einer zweiten Feder auslenkt. Unterschreitet der Istwert des Ausgangsdrucks den eingestellten Wert um einen vorgebbaren Wert, betätigt der zweite Kolben einen elektrischen Schalter. Das Ausgangssignal des Schalters ist einer Überwachungsschaltung zuführbar, die Sicherheitsmaßnahmen einleitet, wenn der Istwert des Ausgangsdrucks den mit dem Drehknopf eingestellten Sollwert um einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Steuert das Druckreduzierventil z. B. den Spanndruck einer rotierenden Werkzeugspindel, setzt die Überwachungsschaltung zur Verhinderung von Unfällen die Werkzeugspindel still, wenn der Ausgangsdruck den an dem Drehknopf des Druckreduzierventils eingestellten Spanndruck unterschreitet.

Wie oben näher ausgeführt, ist für die Anzeige des mit dem Drehknopf eingestellten Sollwerts des Ausgangsdrucks entweder eine Skalierung des Drehknopfs des Druckreduzierventils in Druckeinheiten erforderlich oder ein Manometer, das während des Einstellvorgangs mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt ist. In beiden Fällen erfolgt nur eine Anzeige des Ausgangsdrucks. Dabei zeigt die Skalierung des Drehknopfs den Sollwert des Ausgangsdrucks ständig an. Wird der Ausgangsdruck mit einem Manometer gemessen, zeigt das Manometer den Istwert des Ausgangsdrucks an. Dieser Druck ist während des Einstellvorgangs ein Maß für den Sollwert des Ausgangsdrucks. Im Betrieb, also nachdem der Sollwert eingestellt worden ist, kann der Istwert von dem Sollwert abweichen. Das bekannte Druckreduzierventil gibt ein elektrisches Signal ab, wenn der Istwert des Ausgangsdrucks um einen vorgebbaren Wert von dem Sollwert abweicht, jedoch steht ein zur Verknüpfung mit anderen Signalen in einer Überwachungsschaltung geeignetes Signal, das ein Maß für den Sollwert des Ausgangsdrucks des Reduzierventils ist, nicht zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Ausgabe des manuell eingestellten Sollwerts des Ausgangsdrucks in Form eines elektrischen Signals erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Als Ausgangssignal steht ein elektrisches Ausgangssignal zur Verfügung, das ein Maß für den Sollwert des Ausgangsdrucks ist. Dieses elektrische Ausgangssignal kann einem Anzeigegerät zugeführt werden. Alternativ hierzu oder auch zusätzlich kann das elektrische Ausgangssignal in einer Verknüpfungsschaltung mit anderen Signalen weiterverarbeitet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Durch Verknüpfung mit einem weiteren elektrischen Signal, das ein Maß für den Istwert des Ausgangsdrucks ist, läßt sich eine Druckschalterfunktion realisieren, die ein Über- oder Unterschreiten des manuell eingestellten Sollwerts des Ausgangsdrucks überwacht. Die Druckschalterfunktion kann auf elektronischem Wege direkt im Ventil, in einer separaten elektronischen Einheit oder in einer übergeordneten Maschinensteuerung generiert werden. Dabei ist es möglich, zusätzlich Schwellenwerte zu berücksichtigen, so daß erst dann ein Schaltsignal erzeugt wird, wenn der Istwert des Ausgangsdruck um den Schwellenwert von dem Sollwert abweicht.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein als Druckreduzierventil ausgebildetes erstes Druckventil nach der Erfindung,

Fig. 2 ein als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes zweites Druckventil nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem in der Fig. 1 dargestellten Druckventil mit einem als elektromechanischer Wandler dienenden induktiven Wegaufnehmer,

Fig. 4 eine Einrichtung zur Überwachung des Ausgangsdrucks des in der Fig. 1 dargestellten Druckreduzierventils und

Fig. 5 eine Ausgestaltung der in der in der Fig. 4 dargestellten Überwachungsvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Druckventil für fluidisches Druckmittel ein hydraulisches Druckreduzierventil 10. In einer Bohrung 11 eines Gehäuses 12 ist ein Steuerkolben 13 geführt. Der Steuerkolben 13 steuert den Druckmittelfluß von einem ersten Anschluß 14 zu einem zweiten Anschluß 15 und von dem Anschluß 15 zu einem dritten Anschluß 16. Der Anschluß 16 ist mit einem Tank 17 verbunden. Das Druckreduzierventil 10 reduziert einen Systemdruck p₁, der dem Anschluß 14 zugeführt ist, auf einen gewünschten Ausgangsdruck p₂. In der in der Fig. 1 dargestellten Position des Steuerkolbens 13 fließt Druckmittel von dem Anschluß 14 zum Anschluß 15. Die Verbindung von dem Anschluß 15 zum Anschluß 16 ist dabei gesperrt. Die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 13, deren Größe im Folgenden mit A₁ bezeichnet ist, ist über einen Kanal 18 mit dem Ausgangsdruck p₂ beaufschlagt. Auf die rechte Seite des Steuerkolbens 13 wirkt die im Folgenden mit F₁ bezeichnete Kraft einer Feder 21, die in einer z. B. als Bohrung ausgebildeten Ausnehmung 22 des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Feder 21 ist zwischen dem Steuerkolben 13 und einem Federteller 23 eingespannt. Der Federteller 23 stützt sich an einer Schraube 24 mit einem Gewindeteil 25 und einem Drehknopf 26 ab. Das Gewindeteil 25 ist durch das Gehäuse 12 hindurch geführt. Der Federteller 23 und die Schraube 24 dienen als Einstellvorrichtung für die auf den Steuerkolben 13 wirkende Kraft F₁ der Feder 21. Die Ausnehmung 22 ist über einen Kanal 27 zum Tank 17 entlastet. Die Position des Steuerkolbens 13 stellt sich daher so ein, daß das Produkt aus dem Druck p₂ und der von diesem beaufschlagten Fläche A₁ des Steuerkolbens 13 gleich der Kraft F₁ ist, mit der die Feder 21 von der entgegengesetzten Seite auf den Steuerkolben 13 drückt. Die mit x bezeichneten Position des Federtellers 23 ist ein Maß für die Kraft F₁, mit der die Feder 21 auf den Steuerkolben 13 drückt.
Ein nur schematisch dargestellter elektromechanischer Wandler 30 formt die Position x des Federtellers 23 in eine elektrische Spannung u_x um. Da die Spannung u_x ein Maß für die Position x des Federtellers 23 ist, die Position x ein Maß für die Kraft F₁ ist, mit der die Feder 21 auf den Steuerkolben 13 drückt, und die Kraft F₁ ein Maß für den Ausgangsdruck p₂ ist, ist die Spannung u_x ein Maß für den im Folgenden mit p_s bezeichneten Sollwert des Ausgangsdruck p₂. Führt man die Spannung u_x einem Spannungsmeßgerät zu, läßt sich der durch Drehen des Drehknopfs 26 eingestellte Sollwert p_s des Ausgangsdruck p₂ an der Anzeige des Spannungsmeßgeräts ablesen. Das Ablesen vereinfacht sich, wenn ein Spannungsmeßgerät mit Analoganzeige entsprechend in Druckeinheiten skaliert ist. Bei einem Spannungsmeßgerät mit digitaler Anzeige vereinfacht sich das Ablesen des eingestellten Ausgangsdrucks p₂, wenn die Spannung u_x mit einem Faktor multipliziert wird, der den Zusammenhang zwischen der Spannung u_x und dem Ausgangsdruck p₂ berücksichtigt. In diesem Fall ist es möglich den Sollwert p_s für den Ausgangsdruck p₂ direkt in Druckeinheiten anzuzeigen.
Die Fig. 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Druckventil für fluidisches Druckmittel ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil 30. Soweit gleiche Teile wie in der Fig. 1 verwendet werden, sind sie in den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. In einer Bohrung 31 eines Gehäuses 32 ist ein Steuerkolben 33 geführt. Der Steuerkolben 33 steuert den Druckmittelfluß von einem Anschluß 34 zu einem Anschluß 36. Der Anschluß 36 ist mit dem Tank 17 verbunden. In der in der Fig. 2 dargestellten Position des Steuerkolbens 33 ist die Verbindung von dem Anschluß 34 zum Anschluß 36 gesperrt. Die linke Stirnfläche des Steuerkolbens 33, deren Größe im Folgenden mit A₂ bezeichnet ist, ist über einen Kanal 38 mit dem zu begrenzenden Druck p₃ beaufschlagt. Auf die rechte Seite des Steuerkolbens 33 wirkt die Kraft einer Feder 41, die in einer Ausnehmung 42 des Gehäuses 32 angeordnet ist. Die Feder 41 ist zwischen dem Steuerkolben 33 und dem Federteller 23 eingespannt. Der Federteller 23 stützt sich an der Schraube 24 ab, deren Gewindeteil 25 durch das Gehäuse 32 hindurch geführt ist. Der Federteller 23 und die Schraube 24 dienen als Einstellvorrichtung für die auf den Steuerkolben 33 wirkende Kraft F₂ der Feder 41. Die Ausnehmung 42 ist über einen Kanal 45 zum Tank 17 entlastet. Die Position des Steuerkolbens 33 stellt sich so ein, daß das Produkt aus dem Druck p₃ und der von diesem beaufschlagten Fläche A₂ des Steuerkolbens 33 gleich der Kraft F₂ ist, mit der die Feder 41 von der entgegengesetzten Seite auf den Steuerkolben 33 drückt. Die mit x bezeichneten Position des Federtellers 23 ist ein Maß für die Kraft F₂, mit der die Feder 41 auf den Steuerkolben 33 drückt. Das Druckbegrenzungsventil 30 begrenzt einen Druck p₃, der dem Anschluß 34 zugeführt ist, auf einen gewünschten Wert. Solange der Druck p₃ kleiner als der über die Schraube 24 eingestellte Sollwert p_s ist, ist die Verbindung von dem Anschluß 34 zum Tank 17 durch den Steuerkolben 33 gesperrt. Ist dagegen der Druck p₃ geringfügig größer als der über den Drehknopf 26 eingestellte Sollwert p_s, öffnet der Steuerkolben 33 die Verbindung zwischen den Anschlüssen 34 und 36. Dabei fließt von dem Anschluß 34 so viel Druckmittel zum Tank 17, daß sich am Anschluß 34 ein konstanter Druck p₃ entsprechend der Beziehung p₃ = F₂/A₂ einstellt. Durch Drehen des Drehkopfs 26 läßt sich die Kraft F₂ verändern und damit unterschiedliche Begrenzungswerte für den Druck p₃ einstellen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Position x des Federtellers 23 ein Maß für die Kraft F₂ und damit für den Sollwert p_s des Drucks p₃, bei dem die Druckbegrenzung wirksam wird. Der elektromechanische Wandler 30 formt die Position x des Federtellers 23 in die elektrische Spannung u_x um, die ein Maß für den Sollwert p_s des Begrenzungsdrucks ist. Um den Sollwert p_s des Begrenzungsdrucks anzuzeigen, wird die Spannung u_x - wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben - einem Spannungsmeßgerät zugeführt.
Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 1 mit einem als elektromechanischer Wandler dienenden induktiven Weggeber 50. Anstelle eines induktiven Weggebers kann ein kapazitiver Weggeber oder ein anderer geeigneter Weggeber verwendet werden. Soweit gleiche Teile wie in der Fig. 1 verwendet werden, sind sie in der Fig. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Weggeber 50 ist innerhalb der Ausnehmung 22 gehäusefest angeordnet und umschließt ringförmig den Gewindeteil 25 der Schraube 24. Als Maß für die Kraft F₁ dient der Abstand x zwischen dem Federteller 23 und dem Weggeber 50. Von dem Weggeber 50 führen elektrische Leitungen 51, 52 zu einer elektrischen Schaltungsanordnung 55, die in einer weiteren Ausnehmung 56 des Gehäuses 12 gehalten ist. Ein Anschlußstecker 57 verschließt die Ausnehmung 56. Die elektrischen Schaltungsanordnung 55 formt das Signal auf den Leitungen 51, 52 in ein für die weitere Verarbeitung geeignetes Signal um.
Die Fig. 4 zeigt das in der Fig. 1 dargestellte Druckreduzierventil 10 mit einer Überwachungsschaltung 60 für den Ausgangsdruck p₂ des Druckreduzierventils 10. Die Überwachungsschaltung 60 weist ein Vergleichsglied 61 und ein Schaltglied 62 auf, das dem Vergleichsglied 61 nachgeschaltet ist. Dem Vergleichsglied 61 sind die Spannung u_x als Sollwert p_s des Ausgangsdrucks p₂, die Ausgangsspannung u_p eines Drucksensors 64 als Istwert des Ausgangsdrucks p₂ sowie eine weitere Spannung Δu zugeführt. Die Spannung Δu dient als Schwellenwert. Ihre Höhe und ihr Vorzeichen sind einstellbar. In der Fig. 4 ist das Vorzeichen der Spannung Δu so gewählt, daß das Schaltglied 62 ein elektrisches Schaltsignal u_s abgibt, wenn die Ausgangsspannung u_p des Drucksensors 64 um die Spannung Δu kleiner als die Ausgangsspannung u_x des elektromechanischen Wandlers 28 ist. Dient das Druckreduzierventil 10 z. B. zum Einstellen des Spanndrucks der Spindel einer Werkzeugmaschine, bedeutet das Auftreten des Schaltsignals u_s, daß der Mindestspanndruck unterschritten ist. Da durch ein sich entspannendes Werkzeug oder Werkstück Unfallgefahr besteht, müssen Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Hierfür ist das Schaltsignal u_s einer übergeordneten Maschinensteuerung zugeführt, die in einem derartigen Betriebszustand den Spindelantrieb stillsetzt.
Die Fig. 5 zeigt eine zweite Überwachungsschaltung 70 mit einem Vergleichsglied 71 und einem diesem nachgeschalteten Schaltglied 72. Dem Vergleichsglied 71 sind die Spannung u_x als Sollwert p_s des Ausgangsdrucks p₂ und die Ausgangsspannung u_p des Drucksensors 64 als Istwert des Ausgangsdrucks p₂ zugeführt. Das Schaltglied 72 besitzt zwei Schaltausgänge. Der eine Schaltausgang gibt ein erstes Schaltsignal u_s1 ab, wenn die Spannung u_p, die ein Maß für den Istwert des Drucks p₂ ist, kleiner ist als die Spannung u_x, die ein Maß für den Sollwert des Drucks p₂ ist. Der andere Schaltausgang gibt ein zweites Schaltsignal u_s2 ab, wenn die Spannung u_p, die ein Maß für den Istwert des Drucks p₂ ist, größer ist als die Spannung u_x, die ein Maß für den Sollwert des Drucks p₂ ist. Die Schaltsignale u_s1 und u_s2 können - wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrieben - einer übergeordneten Maschinensteuerung zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

Claims

1. Druckventil zur Steuerung eines fluidischen Druckmittels mit manueller Einstellung des Sollwerts des Ausgangsdrucks,
mit einem Steuerkolben, dessen eine Seite mit dem Istwert des Ausgangsdrucks beaufschlagt ist und auf dessen entgegengesetzte Seite die Kraft einer den Sollwert des Ausgangsdruck bestimmenden Feder wirkt,
mit einer von Hand betätigbaren Einstellvorrichtung für die auf den Steuerkolben wirkende Kraft der Feder,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektromechanischer Wandler (28; 50) die Position (x) der Einstellvorrichtung (23, 24) in ein elektrisches Ausgangssignal (u_x) umformt, das ein Maß für die Position (x) der Einstellvorrichtung (23, 24) ist, und
daß das elektrische Ausgangssignal (u_x) des elektromechanischen Wandlers (28; 50) als Maß für den Sollwert (p_s) des Ausgangsdrucks dient.

2. Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil als Druckreduzierventil (10) oder als Druckbegrenzungsventil (30) ausgebildet ist.

3. Druckventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellvorrichtung aus einem Federteller (23), einem Gewindeteil (25) sowie einem Drehknopf (26) gebildet ist und
daß der elektromechanische Wandler ein das Gewindeteil (25) umschließender, gehäusefest angeordneter, insbesondere induktiver Weggeber (50) ist.

4. Einrichtung zur Drucküberwachung bei einem Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrische Ausgangssignal (u_x) des elektromechanischen Wandlers (28) einer Überwachungsschaltung (60) als Sollwert zugeführt ist,
daß das elektrische Ausgangssignal (u_p) eines von dem Ausgangsdruck (p₂) des Druckventils (10) beaufschlagten elektrischen Drucksensors (64) der Überwachungsschaltung (60) als Istwert zugeführt ist und
daß die Überwachungsschaltung (60) ein elektrisches Schaltsignal (u_s) abgibt, wenn das elektrische Ausgangssignal (u_p) des Drucksensors (64) um einen vorgebbaren Wert (Δu) von dem elektrischen Ausgangssignal (u_x) des elektromechanischen Wandlers (28) abweicht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Überwachungsschaltung (70) ein erstes Schaltsignal (u_s1) abgibt, wenn das elektrische Ausgangssignal (u_p) des Drucksensors (64) kleiner als das elektrische Ausgangssignal (u_x) des elektromechanischen Wandlers (28) ist, und
daß die Überwachungsschaltung (70) ein zweites Schaltsignal (u_s2) abgibt, wenn das elektrische Ausgangssignal (u_p) des Drucksensors (64) größer als das elektrische Ausgangssignal (u_x) des elektromechanischen Wandlers (28) ist.

6. Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 zur Überwachung des von einem Druckreduzierventil gesteuerten Spanndrucks einer Werkzeugmaschine.