DE19532964A1

DE19532964A1 - Control valve, esp. for pneumatic use

Info

Publication number: DE19532964A1
Application number: DE1995132964
Authority: DE
Inventors: Ulrich Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: KELLER, ULRICH, 39179 BARLEBEN, DE
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-13

Abstract

The control valve is esp. for pneumatic use, and has a piston (4) whose curved surfaces are surrounded by a compressed fluid, when in the initial position. The lower end surface of the piston is sealed with a control ring (9) against an opening to the surroundings (11), or to a tank. The lower end surface of the ring is acted upon by the pressure from a steering valve (14), via an annular groove (8a). The opening movement of the piston is initiated by releasing the pressure in the groove. The piston may be guided over a body (5), and the fluid may exit through holes (7) into a guide pipe.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltventile, insbesondere für pneumatische Anwen dungen. Bei Einrichtungen, die mit Schaltventilen ausgerüstet werden ist es wün schenswert, in bestimmten Situationen den herrschenden Druck in kurzer Zeit abzu schalten. Beispielsweise kann es bei pneumatisch betätigten Kupplungen zu einer Überlastung im Antriebsstrang kommen, die von einer Sensorik, beispielsweise Dehn meßstreifen in kürzester Zeit erfaßt und von einer Steuerelektronik verarbeitet werden kann. Beim Abschalten derartiger Kupplungen muß derzeit noch eine erhebliche Ver zögerung infolge der Trägheit marktüblicher Pneumatikventile in Kauf genommen wer den.The invention relates to switching valves, especially for pneumatic applications fertilize. For facilities that are equipped with switching valves, it is desirable It is worthwhile to release the prevailing pressure in a short time in certain situations switch. For example, pneumatically actuated clutches can become one Overload in the drive train come from a sensor system, for example Dehn Measuring strips are recorded in the shortest possible time and processed by control electronics can. When switching off such clutches currently a considerable Ver delay due to the inertia of commercially available pneumatic valves the.

Aus der OS DE 44 16 955 und aus der OS DE 44 20 623 sind Ventile nach dem Ober begriff des Patentanspruchs bekannt, bei dem der Ventilkolben auf dem Boden des Gehäuses aufsitzt und die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens durch Druckbeauf schlagung eines Ringraums unterhalb der Stirnseite des Ventilkolbens ausgelöst wird. Die in OS DE 44 16 955 aufgezeigte Lösung eignet sich gut für hydraulisch betätigte Ventile. Der Bau eines Pneumatikventils entsprechend der dortigen Erfindung ist dage gen mit ganz erheblichen Problemen verbunden.From OS DE 44 16 955 and from OS DE 44 20 623 are valves according to the upper Concept known of the claim, in which the valve piston on the bottom of the Housing sits and the opening movement of the valve piston by pressure striking of an annular space below the face of the valve piston is triggered. The solution shown in OS DE 44 16 955 is well suited for hydraulically operated Valves. The construction of a pneumatic valve according to the invention there is there associated with very significant problems.

Die Anpreßkraft des dortigen Ventilkolbens auf seine Sitzfläche ist zunächst sehr ge ring, da einerseits der Druck bei pneumatischen Anwendungen sehr viel geringer ist und weil andererseits gleichzeitig die Kraft der Ventilkolbenfeder sehr klein sein muß, um höhere Restdrücke zu vermeiden. Parallel zur geringeren Anpreßkraft des Ventil kolbens auf seine Sitzfläche steigt der Leckvolumenstrom unter die Stirnfläche des Ventilkolbens. Damit wird es schwierig, einen zuverlässigen Ventilsitz zu gewähr leisten, die Gefahr von Fehlschaltungen, insbesondere nach längerem Betrieb des Ventils, steigt erheblich an.The contact pressure of the valve piston there on its seat is initially very ge ring, because on the one hand the pressure in pneumatic applications is much lower and because on the other hand the force of the valve piston spring must be very small, to avoid higher residual pressures. Parallel to the lower contact pressure of the valve on its seat, the leakage volume flow increases below the face of the Valve piston. This makes it difficult to guarantee a reliable valve seat afford the risk of incorrect switching, especially after prolonged operation of the Valve rises significantly.

Ein weiterer Nachteil für bekannte Lösungen ist es, daß in der Anfangsphase der Öff nungsbewegung die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung in erster Linie durch den Volumenstrom des Vorsteuerventils vorgegeben wird. Der Volumenstrom des Vor steuerventils ist aber extrem klein, da das Vorsteuerventil geringste Öffnungszeiten aufweisen muß (so kann beispielsweise für ein Ventil der Nenngröße 25 mm ein Vor steuerventil der Nenngröße 1 mm verwendet werden). Die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens wird bei einem Vorsteuerventil der Nenngröße 1 mm aber noch dadurch begrenzt, daß zum Initiieren des Öffnungsvorgangs des Ventils das gesamte Volumen unterhalb des Kolbens mit Fluid gefüllt werden muß. Der Volumenstrom, der seitlich von der Mantelfläche unter die Stirnfläche zu Beginn des Öffnungsvorgangs strömt, wird beim Durchfließen des vorhandenen, sehr kleinen Spaltes zu Beginn der Öff nungsbewegung des Ventils erheblich abgebremst.Another disadvantage of known solutions is that in the initial phase of public transport movement the speed of the piston movement primarily through the Volume flow of the pilot valve is specified. The volume flow of the pre The control valve is extremely small because the pilot valve has the lowest opening times must have (for example, a valve with a nominal size of 25 mm control valve of nominal size 1 mm can be used). The opening movement of the With a pilot valve of nominal size 1 mm, however, the valve piston is still affected limits that to initiate the opening of the valve the entire volume must be filled with fluid below the piston. The volume flow, the side flows from the lateral surface under the end surface at the beginning of the opening process, will flow through the existing, very small gap at the beginning of the opening tion movement of the valve braked considerably.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schaltventil für pneumatische Anwendungen so auszubilden, daß es schnell reagiert und gleichzeitig sehr zuverlässig arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die untere Stirnfläche des Ventilkolbens 4 mit einem Steuerring 9 gegen die Öffnung zur Umgebung 11 bzw. zum Tank abgedichtet ist, wobei über eine Ringnut 8a die untere Stirnfläche des Steuer rings 9 von einem Vorsteuerventil 14 mit Druck beaufschlagt ist, und daß die Öff nungsbewegung des Ventilkolbens 4 durch Druckentlastung der unterhalb des Steuerrings 9 liegenden Ringnut 8a initiiert wird.The object of the invention is therefore to design a switching valve for pneumatic applications so that it reacts quickly and at the same time works very reliably. This object is achieved in that the lower end face of the valve piston 4 is sealed with a control ring 9 against the opening to the environment 11 or to the tank, with the lower end face of the control ring 9 by a pilot valve 14 with pressure via an annular groove 8 a is acted upon, and that the opening movement of the valve piston 4 is initiated by relieving the pressure below the control ring 9 annular groove 8 a.

Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail using two exemplary embodiments.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Ausführung des Ventils mit einem Steuerring 9, der un terhalb der unteren Stirnfläche des Kolbens 4, in die im Boden des Gehäuses 1 ange ordnete Ringnut 8a eingelassen ist. Im Ausgangszustand steht die Zuleitung 12a unter Druck. Das Vorsteuerventil 14 beaufschlagt die Ringnut 8a mit Druck, der an der Un terseite des Steuerrings 9 wirkt und den Steuerring 9 gemeinsam mit der Kraft der Fe der 6b gegen die Unterseite des Ventilkolbens 4 drückt. Über die Dichtfläche 13 bildet sich damit ein Druckverlauf aus, der ausgehend vom vorhandenen Druck in der Zulei tung 12a, der an der Mantelfläche des Kolbens 4 und damit an dem außen liegenden Teil der Dichtfläche 13 wirkt, bis auf fast Null am innen liegenden Teil der Dicht fläche 13 abfällt, da dieser Bereich über die Ringnut 8b und ausreichend dimen sionierte Spalte im Bereich zwischen der Ringnut 8b und der Öffnung 11 a druckent lastet ist. Auf die Dichtfläche 13 wirkt somit eine Kraft, die sich näherungsweise aus der halben Dichtfläche und dem herrschenden Druck in der Zuleitung 12a zuzüglich der Kraft der Feder 6b ergibt. Fig. 1 and Fig. 2 show an embodiment of the valve with a control ring 9 , the un below the lower end face of the piston 4 , in the bottom of the housing 1 arranged ring groove 8 a is embedded. In the initial state, the supply line 12 a is under pressure. The pilot valve 14 acts on the annular groove 8 a with pressure, which acts on the underside of the control ring 9 and presses the control ring 9 together with the force of the Fe 6 b against the underside of the valve piston 4 . About the sealing surface 13 thus forms a pressure curve, starting from the existing pressure in the supply device 12 a, which acts on the outer surface of the piston 4 and thus on the outer part of the sealing surface 13 , to almost zero on the inner part the sealing surface 13 drops, since this area is relieved of pressure via the annular groove 8 b and sufficiently dimensioned gaps in the area between the annular groove 8 b and the opening 11 a. A force thus acts on the sealing surface 13 , which results approximately from half the sealing surface and the prevailing pressure in the feed line 12 a plus the force of the spring 6 b.

Die Abdichtung zwischen der inneren Mantelfläche des Steuerrings 9 und dem Boden des Gehäuses 1 erfolgt in gleicher Weise wie zwischen Steuerring 9 und der Unter seite des Ventilkolbens 4. Die Flächenpressung an der Dichtfläche 13 läßt sich bei Bedarf erhöhen, indem die Dichtfläche innen abgesetzt wird. Die Unterseite des Ventil kolbens 4 ist damit sehr zuverlässig gegen den Druck von der Zuleitung 12a abge schirmt. Selbst recht große Toleranzen, die sich durch die Fertigung oder infolge von Verschleißerscheinungen einstellen können, werden mit Hilfe des Steuerrings 9 pro blemlos ausgeglichen.The seal between the inner circumferential surface of the control ring 9 and the bottom of the housing 1 takes place in the same way as between the control ring 9 and the underside of the valve piston 4th The surface pressure on the sealing surface 13 can be increased if necessary by placing the sealing surface on the inside. The underside of the valve piston 4 is thus shielded very reliably against the pressure from the supply line 12 a. Even quite large tolerances that can arise due to production or as a result of wear and tear are easily compensated for with the help of the control ring 9 .

Die Öffnungsbewegung für den Ventilkolben 4 wird über das Vorsteuerventil 14 durch Entlasten der Ringnut 8a vom anstehenden Druck eingeleitet. Der auf die Oberseite des Steuerrings 9 anstehende Druck bewirkt, daß der Steuerring 9 nach unten gescho ben wird. Der Ventilkolben 4, der ursprünglich infolge der vorhandenen Druckverhält nisse zunächst kraftschlüssig mit dem Steuerring verkoppelt ist, kann dieser Bewegung nicht folgen, da er auf dem Steg 15 aufsitzt. Durch die Bewegung des Steuerrings 9 wird ein radialer Überströmquerschnitt zwischen Steuerring 9 und Ventilkolben 4 frei gegeben und die Ringnut 8b mit dem Druck aus der Leitung 12a beaufschlagt. Der damit an der Unterseite des Ventilkolbens 4 anstehende Druck bewirkt die Öffnungs bewegung des Ventilkolbens 4. Die Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 4 wird im oberen Bereich durch Einlaufen des Ventilkolbens 4 in den Dämpfungsraum 3 definiert abgebremst. Über die Bohrungen 7 kann das Fluid, insbesondere Druckluft, dann in die Umgebung bzw. zum Tank abströmen, der in der Leitung 12a anstehende Druck wird abgebaut. Die Öffnungsbewegung wird verbessert, wenn die Volumina der Ring nuten 8a und 8b klein gehalten werden. Aus Darstellungsgründen sind die Höhen der Ringnuten 8a und 8b vergrößert.The opening movement for the valve piston 4 is initiated via the pilot valve 14 by relieving the annular groove 8 a of the pressure present. The pressure on the top of the control ring 9 causes the control ring 9 to be pushed down. The valve piston 4 , which is initially non-positively coupled to the control ring due to the existing pressure ratio, cannot follow this movement since it rests on the web 15 . The movement of the control ring 9 releases a radial overflow cross section between the control ring 9 and the valve piston 4 and the annular groove 8 b is acted upon by the pressure from the line 12 a. The pressure thus present on the underside of the valve piston 4 causes the opening movement of the valve piston 4 . The opening movement of the valve piston 4 is braked in a defined manner in the upper region by the valve piston 4 running into the damping chamber 3 . The fluid, in particular compressed air, can then flow out into the surroundings or to the tank via the bores 7 , and the pressure in line 12 a is reduced. The opening movement is improved if the volumes of the ring grooves 8 a and 8 b are kept small. For the sake of illustration, the heights of the ring grooves 8 a and 8 b are enlarged.

Nach dem Abbau des Druckes aus der Leitung 12a schiebt die Feder 6a den Ventilkol ben 4 wieder in seine untere Ausgangslage zurück, das erfindungsgemäße Ventil ist für den nächsten Zyklus bereit. Bei Beaufschlagung der Zuleitung 12a und der Ring nut 8a mit Druck werden der Ventilkolben 4 und der Steuerring 9 in der beschriebenen Weise wieder verkoppelt und die Verbindung zwischen Zuleitung 12a sowie der Öff nung 11 a ist dichtend unterbrochen, der Ausgangszustand ist wieder hergestellt. After reducing the pressure from line 12 a, the spring 6 a pushes the valve piston ben 4 back into its lower starting position, the valve according to the invention is ready for the next cycle. When the supply line 12 a and the ring groove 8 a are pressurized, the valve piston 4 and the control ring 9 are coupled again in the manner described and the connection between the supply line 12 a and the opening 11 a is sealed, the initial state is restored .

Wegen der Kraft der Feder 6a verbleibt am Ende des Abströmens von Fluid aus der Öffnung 11 a noch ein geringer Restdruck, der in der Regel unschädlich ist, beispiels weise beim schnellen Abschalten überlasteter pneumatisch betätigter Kupplungen.Because of the force of the spring 6 a remains at the end of the outflow of fluid from the opening 11 a still a small residual pressure, which is generally harmless, for example when quickly switching off overloaded pneumatically operated clutches.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Schaltventil auch so ausgelegt werden, daß es restdruckfrei wird. Beispielsweise kann die Feder 6a ersetzt werden durch einen Schaltmagneten, der beispielsweise über Stifte den Ventilkolben 4 zu Beginn der Druckbeaufschlagung des erfindungsgemäßen Ventils auf den Steg 15 und gegen den von den Federn 6b hochgehaltenen Steuerring 9 drückt. Zur Verminderung der zu be schleunigenden Massen kann der Magnet nach erfolgtem Kopplungsvorgang zwischen Ventilkolben 4 und Steuerring 9 zurückgezogen werden. Anstelle der Feder 6b kann zur Verminderung des Volumens der Ringnut 8 und bei Bedarf zur Vergrößerung der Federkraft für die dargestellte Spiralfeder ein wellenförmig gebogener Ring aus Fe derstahl verwendet werden.In principle, the switching valve according to the invention can also be designed so that it is free of residual pressure. For example, the spring 6 a can be replaced by a switching magnet which, for example, pushes the valve piston 4 via pins at the beginning of the pressurization of the valve according to the invention on the web 15 and against the control ring 9 held up by the springs 6 b. To reduce the masses to be accelerated, the magnet can be withdrawn after the coupling process between valve piston 4 and control ring 9 . Instead of the spring 6 b can be used to reduce the volume of the annular groove 8 and if necessary to increase the spring force for the coil spring shown a wavy curved ring made of Fe derstahl.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Deckel
3 Dämpfungsraum
4 Ventilkolben
5 Führungskörper
6 Feder
7 Bohrungen
8 Ringnut
9 Steuerring
10 Sicherungsring
11 Öffnung zur Umgebungsluft bzw. zum Tank
12 Zuleitung für Druck
13 Dichtfläche zwischen Ventilkolben und Steuerring
14 Vorsteuerventil
15 Steg 1 housing
2 lids
3 damping room
4 valve pistons
5 guide bodies
6 spring
7 holes
8 ring groove
9 control ring
10 circlip
11 Opening to the ambient air or to the tank
12 supply line for pressure
13 Sealing surface between valve piston and control ring
14 pilot valve
15 bridge

Claims

1. Control valve with a valve piston, the outer surface of which is surrounded by fluid under pressure in the initial state, characterized in that the lower end face of the valve piston ( 4 ) is sealed with a control ring ( 9 ) against the opening to the environment ( 11 ) or to the tank is, with an annular groove ( 8 a), the lower end face of the control ring ( 9 ) from a pilot valve ( 14 ) is subjected to pressure, and that the opening movement of the valve piston ( 4 ) by pressure relief of the below the control ring ( 9 ) Ring groove ( 8 a) is initiated.

2. Switching valve according to claim 1, characterized in that the valve piston ( 4 ) is guided via a guide body ( 5 ) and that the fluid outlet via holes ( 7 ) takes place in the guide tube.

3. Switching valve according to claim 1, characterized in that the valve piston ( 4 ) with springs ( 6 a) is moved into its starting position.

4. Switching valve according to claim 1, characterized in that the valve piston ( 4 ) is moved into its starting position with the aid of a switching magnet.