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Druckregelventil
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Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil zur Einstellung eines
vorgegebenen Arbeitsdruckes in einem Druckmedium mit einem Gehäuse mit Zulaufanschluß,
Verbraucheranschluß und Rücklaufanschluß und einem Regelkolben, durch den der Verbraucheranschluß
mit dem Zulaufanschluß oder dem Rücklaufanschluß verbindbar ist, in welchem eine
Drossel das Regelverhalten des Regelkolbens beeinflußt.
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Beim Einsatz von beispielsweise hydraulischen Spannzylindern oder
hydraulischen Pinolen von Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, soll ein
vorgegebener Druck des Druckmediums eingehalten werden, damit eine sichere Einspannung
des Werkstückes während der Bearbeitung gewährleistet ist. Hierzu sind die Druckregelventile
mit Druckschaltern versehen, die auf einen vorgegebenen Druck eingestellt sind und
beim Uberschreiten oder Unterschreiten dieses Druckes die Anlage abschalten. Nachteilig
hierbei ist, daß beim Umstellen des Arbeitsdruckes auf eine andere Größe, z.B. beim
Spannen eines anderen Werkstückes, die Druckschalter auf die neuen zulässigen Drücke
eingestellt werden mußten. Um dies zu vermeiden, ist bereits ein Druckregelventil
bekannt geworden, bei dem eine Uberwachung jedes eingestellten Druckes ermöglicht
wird (DE-PS 23 10 193). Bei diesem bekannten Gerät wird das Regelverhalten des Regelkolbens
durch
eine fest eingestellte Drosselbohrung im Gehäuse oder am Regelkolben erreicht. Dies
hat zur Folge, daß eine schleichende Druckveränderung am Verbraucher nicht meßbar
ist. Nachteilig ist bei diesem bekannten Druckregelventil ferner, daß bei Ausfall
der Pumpe der Druck am Verbraucher zusammenbricht, weshalb aufwendige Sicherheitsvorkehrungen
getroffen werden müssen, z.B. zusätzliche Bremsen, um. die Arbeitsmaschine abzubremsen,
oder es muß ein Speicher vorgesehen werden, um den Druck am Verbraucher wenigstens
noch eine gewisse Zeit lang aufrechtzuerhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil der
eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Verbraucherdruck feinfühlig
überwacht wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß dem Regelkolben
ein Drosselkolben zugeordnet ist, der auf einer Stirnseite mit dem Verbraucheranschluß
und auf seiner anderen Stirnseite mit einer Stirnseite des Regelkolbens verbunden
ist und bei dessen vorgegebener Auslenkung in der einen oder der anderen Richtung
aus einer Mittellage jeweils ein Schalter betätigbar ist, dessen Schaltsignal die
Abweichung von dem eingestellten Verbraucherdruck anzeigt. Dadurch, daß bei einem
Druckregelventil gemäB.der Erfindung sich die Stellung des Drosselkolbens in Abhängigkeit
vom Verbraucherdruck ändert und hierbei bei Uber- oder Unterschreiten des zulässigen
Verbraucherdruckes unter Vermittlung der vom Drosselkolben betätigten Schalter ein
Signal ausgelöst wird, kommt eine feinfühlige Uberwachung zustande.
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Der Drosselkolben ist zweckmäßigerweise für jede seiner beiden Bewegungsrichtungen
jeweils mit wenigstens einem Drosselkanal versehen, der mit jeweils einer ihm zugeordneten
Drosselkante im Gehäuse zusammenwirkt und mit dieser eine'veränderliche, von der
axialen Position des Drosselkolbens abhängige Regeldrossel bildet.
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Zweckmäßig steht mit dem Zulaufanschluß. ein Vorsteuerventil und ein
Steuerkolben in Verbindung, der entgegengesetzt zum Zulaufdruck des Druckmediums
durch eine Regelkraft beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit der einen Seite der
Regelkolben verbunden ist.
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In dem Verbindungskanal vom Zulaufanschluß zum Vorsteuerventil ist
zweckmäßigerweise ein in Richtung zum Zulaufanschluß schließendes Rückschlagventil
angeordnet, um einen Druckabfall bei Ausfall der Pumpe zu vermeiden.
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Zweckmäßig trägt der Steuerkolben des Vorsteuerventils an seinem Ende
einen Ventilverschlußkörper, der bei Wegfall der Regelkraft unter der Wirkung des
Restdruckes auf der einen Seite des Regelkolbens schließt und damit die Verbindung
mit der Leckleitung und der Zulaufleitung unterbericht. Vorteilhaft ist auf beiden
Seiten des Regelkolbens je eine Feder angeordnet, die im Ruhezustand den Regelkolben
in der Mittelstellung halten, in der dieser den Zulaufanschluß und den Ablaufanschluß
sperrt.
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Das Querschnittsverhältnis von Regelkolben zu Drosselkolben kann beispielsweise
etwa 10:1 betragen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen jeweils in einem axialen Schnitt: Fig. 1 ein Druckregelventil
gemäß der Erfindung Fig. 2 ein Druckregelventil, das mit einem Vorsteuerventil vereinigt
ist Fig. 3 das Vorsteuerventil in seiner Grundstellung, und Fig. 4 das Vorsteuerventil
in seiner Regelstellung.
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Das in Fig. 1 dargestellte Druckregelventil 10 weist ein Gehäuse 12
mit einem Rücklaufanschluß 14, einem Verbraucheranschluß 16 und einem Zu.laufanschluS
18 auf. In einer Bohrung des Gehäuses 12 ist verschiebbar ein Regelkolben 20 angeordnet,
auf dessen einer Seite, wie bei Reduzierventilen üblich, eine durch eine Einstellschraube
11 zu beeinflussende Regelfeder 13 einwirkt. Der Kolben 20 ist mit einem Ringraum
30 versehen, der durch Reduzierung des Kolbenquerschnittes gebildet ist und durch
den bei entsprechender Kolben stellung der Verbraucheranschluß 16 entweder mit dem
ZulaufanschluB 18 oder mit dem Rücklaufanschluß 14 verbindbar ist. Das Maß des Zulaufdrucks
wird hierbei durch die Steuerkante 15 des Kolbens 20 bestimmt.
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Mit dem Gehäuse 12 ist ein Gehäuse ,58 einer Drosseleinrichtung verbunden,
wobei in dem Gehäuse 58 ein Drosselkolben 60 in einer entsprechenden Bohrung axial
hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Drosselkolben 60
wirkt,
wie noch erläutert wird, mit zwei Schaltern 62, 64 zusammen, die z.B. induktive
oder kapazitive berührungsfreie Schalter sein können. Der Drosselkolben 60 wird
durch zwei Druckfedern 66 und 68 in seiner Mittelstellung gehalten. Die beiden Druckfedern
sind in Kammern 70 und 72 enthalten, von denen je eine auf einer der Seiten des
Drosselkolbens 60 angeordnet ist und einen Teil der Bohrung bildet, in der der Drosselkolben
geführt ist.
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Die Kammer 72 ist über einen Verbindungskanal 54 ständig mit der Kammer
28 auf der einen Seite des Regelkolbens 20 verbunden, während die Kammer 70 über
einen Verbindungskanal 56 ständig mit dem Verbraucheranschluß 16 verbunden ist.
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Am Umfang des Drosselkolbens 60- ist von jeder seiner Stirnseiten
ausgehend jeweils wenigstens ein Drosselkanal 74 und 76 ausgebildet. Die Drosselkanäle
verlaufen in Achsrichtung des Drosselkolbens 60, wobei ihre inneren Enden jedoch
einen axialen Abstand voneinander haben.
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%zweckmäßig wird man am Umfang des Drosselkolbens jeweils zwei, drei
oder vier solcher Drosselkanäle vorsehen.
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Im Gehäuse 58 der Drosseleinrichtung sind andererseits zwei ringförmige
Kammern 86, 88 ausgebildet, von denen jede mit einer Drosselkante 78 bzw. 80 versehen
ist, wobei der Drosselkanal 74 mit der Drosselkante 80 und der Drosselkanal 76 mit
der Drosselkante 78 zusammenwirkt.
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Das oben beschriebene Druckregelventil arbeitet wie folgt: An den
Zulaufanschluß 18 ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe angeschlossen.
Wenn diese Pumpe eingeschaltet
wird, so fördert sie ein Druckmedium,
z.B. öl, über den Ringraum 30 des Regelkolbens 20 zum Verbraucheranschluß 16, wobei
der Druck am Verbraucheranschluß durch die Stellung des Regelkolbens und dessen
Steuerkante 15 in Abhängigkeit von der Regelfeder 13 bestimmt wird.
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Während einer Bewegung des Igelkolbens 20 nach rechts, ausgelöst durch
die Kraft der Regelfeder 13, wird das Ö1 in der Kammer 28 über den Verbindungskanal
54 in die Kammer 72 des Drosselkolbens 60 verdrängt, wodurch dieser nach links verschoben
wird, bis der Drosselkanal 76 die Drosselkante 78 überfährt, .worauf öl aus der
Kammer 72 über den Drosselkanal 76, den Ringraum 86, den Drosselkanal 74 und die
Kammer 70 in den Verbindungskanal 56 und damit zum Verbraucheranschluß 16 überströmen
kann.
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Wenn die vorgenannte Verbindung vom Zulaufanschluß 18 zum Verbraucheranschluß
16 hergestellt ist, so baut sich in der mit dem letzteren verbundenen Kammer 70
der Drosseleinrichtung der Verbraucherdruck auf, und strömt öl in umgekehrter Richtung
aus der Kammer 70 über den Drosselkolben 60 in die Kammer 72 und damit in die Karger
28, wodurch der Regelkolben 20 wieder nach links verschoben wird. Sinkt nun der
Druck im Verbraucheranschluß 16 und damit in der Kammer 70, so strömt erneut öl
aus der Kammer 72 in die Kammer 70, so daß der Druck in der Kammer 28 fällt, wodurch
die Kraft der Regelfeder 11 überwiegt und der Regelkolben 20 wieder nach rechts
verschoben wird, bis die Verbindung vom Verbraucheranschluß 16 zum Zulaufanschluß
18 wieder hergestellt ist. Auf diese Weise wird in dem Ventil 10 der eingestellte
Druck selbsttätig geregelt.
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Steigt nun am Verbraucheranschluß 16 der Druck aufgrund äußerer Einflüsse
an, so steigt auch der Druck in der Kammer
70 des Drosselkolbens
60, der aufgrund dieses höheren Druckes nach rechts verschoben wird, wodurch der
Druck in der Kammer 72 und damit über den Kanal 54 auch in der Kammer 28 ansteigt,
so daß der Regelkolben 20 nach links verschoben wird. Uberfährt der Drosselkanal
74 hierbei die Drosselkante 80, so strömt öl aus der.Kammer 70 über den Drosselkanal
74, den Ringraum 88 und den Drosselkanal 76 in die Kammer 72 und damit auch in die
Kammer 28, wodurch der Regelkolben 20 weiter nach links verschoben wird, bis über
seinen Ringraum 30 eine Verbindung vom Verbraucheranschluß 16 zum Rücklaufanschluß
14 hergestellt wird, so daß der Druck am Verbraucheranschluß nicht weiter ansteigen
kann.
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Fällt hingegen der Druck am Verbraucheranschluß 16 ab, so sinkt auch
der Druck in der Kammer 70, wodurch öl in umgekehrter Richtung aus der Kammer 72
über den Drosselkolben 60 in die Kammer 70 strömt, so daß auch der Druck in der
Kammer 28 des Regelkolbens 20 abfällt. Hiermit überwiegt die Kraft der Regelfeder
13 und verschiebt den Regelkolben 20 nach rechts, bis über seinen Ringraum 30 wieder
die Verbindung vom Verbraucheranschluß 16 zum Zulaufanschluß 18 hergestellt ist.
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Der Drosselkolben 60 und die Schalter 62 und 64 sind nun derart ausgelegt,
daß bei einer vorgegebenen Auslenkung des Drosselkolbens 60 in der einen oder anderen
Richtung aus seiner Mittellage heraus, der jeweilige Schalter 62 oder 64 betätigt
wird, wodurch der Verbraucher oder die gesamte Anlage abgeschaltet wird. Dies ist
vor allem dann der Fall, wenn durch eine plötzliche Drucksteigerung oder einen-plötzlichen
Druckabfall am Verbraucheranschluß 16 der Drosselkolben 60 stark nach der einen
oder anderen Richtung ausgetrieben wird. Es ist jedoch zu betonen, daß die elektrischen
oder elektronischen Schalter 62 und 64
noch nicht betätigt werden,
wenn der jeweilige Drosselkanal 74 oder 76 des Drosselkolbens 60 die ihm zugeordnete
Drosselkante 80 bzw. 78 im Gehäuse 58 gerade überfährt. Vielmehr hängt das Ansprechen
der Schalter 62 und 64 vnn dem Maß der Annäherung des Drosselkolbens 60 an dem jeweiligen
Schalter ab. Durch Veränderung der Stellung des Schalters kann die Druckdifferenz
eingestellt werden, bei welcher der Schalter anspricht.
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Erst wenn eine der Drosselkanten von einem der Drosselkanäle überfahren
wird, tritt ein Uberströmen von öl von der einen Seite zur anderen Seite des Drosselkolbens
auf. Dabei' wird die Drosselfünktion, d.h. die veränderliche Volumenmenge, die durch
den veränderlichen Drosselspalt strömt, zur Umsteuerung des Retgelkolbens- 20 ausgenutzt.
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Der Querschnitt des Drosselkolbens 60 ist kleiner als der des Regelkolbens
20 und das Querschnittsverhältnis k-ann beispielsweise 1:10 betragen. Der Drosselkolben
60 führt damit bei diesem Querschnittsverhältnis einen zehnmal größeren Weg aus
als der Regelkolben 20, wodurch eine sicherere und feinfühligere Drucküberwachung
ermöglicht und die Einstellung der Schalter 62, und 64 vereinfacht wird.
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Die vorbeschriebene Funktion ist unabhängig von der absoluten Größe
des durch die Regelfeder 13 am Druckregelventil 10 eingestellten Druckes. Das heißt,
irgendeine Veränderung der Einstellung der Schalter 62 und 64 ist bei einer Veränderung
des eingestellten Druckes nicht erforderlich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. list mit dem Druckregelventil
10 und der Drosseleinrichtung 58, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind
wie in Fig. 1, ein Vorsteuerventil 32 vereinigt. In
diesem Falle
wirkt auf die beiden Stirnflächen des Regelkolbens 20 je eine Druckfeder 22, 24
ein.
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Diese Druckfedern suchen den Regelkolben 20 ständig in seiner Mittellage
zu halten. Sie sind in Kammern 26 und 28 angeordnet, die zwischen dem Gehäuse 12
und dem Regelkolben 20 ausgebildet -sind.
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Mit dem Gehäuse 12 verbunden ist das Gehäuse 34 eines Vorsteuerventiles
32, das als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. In dem Gehäuse 34 ist eine Büchse
36 enthalten, in der ein Steuerkolben 38 verschiebbar angeordnet und geführt ist,
an dessen hinterem Ende ein Ventilverschlußkörper 42 ausgebildet ist, der sich an
die Stirnfläche 40 der Büchse 36 als Sitz anlegen kann. Der Steuerkolben 38 ist
durch eine Regelfeder 44 in öffnungsrichtung des Ventilverschlußkörpers 40 beaufschlagt.
Die Regelfeder 44 kann beispielsweise manuell oder mittels eines Proportional-Magneten
eingestellt werden.
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Das Vorsteuerventil 32 ist über einen Verbindungskanal 46 mit dem
Zulaufanschluß 18 verbunden, wobei in dem Verbindungskanal 46 ein Rückschlagventil
48 enthalten ist, das in Richtung zum Zulaufanschluß 18 schließt. Der Verbindungskanal
46 mündet in der Büchse 36 in einen Ringraum 84.
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Das Druckregelventil gemäß Fig. 2 bis 4 arbeitet f6lgendermaß en:
Bei Wirksammachen der an den Zulaufanschluß 18 angeschlossenen Pumpe fördert diese
das Druckmedium, z.B. öl, zum Zulaufanschluß 18 und von dort über das öffnende Rückschlagventil
48 und durch den Verbindungskanal 46 in den Ringraum 84 der Büchse 36
des
Vorsteuerventils 32. Das Ventil 40, 42 ist offen.
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Das ül strömt damit aus dem Ringraum 84 über Querbohrungen, eine Längsbohrung
und weitere Querbohrungen, die im Schaft des Steuerkolbens 38 ausgebildet und nicht
näher bezeichnet sind, zum und durch das geöffnete Ventil 40,42 in eine Kammer 82
und von dieser über einen Verbindungskanal 52 in die Kammer 26 vor dem Regelkolben
20.
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Das Vorsteuerventil 32 ist hier mit trilfe-der Regelfeder 44 auf einen
bestimmten öldruck eingestellt, und,wenn dieser Druck überschritten wird, wird der
Zulaufkanal 46 geschlossen, indem eine Steuerkante 86 an einem Ringkanal 87 des
Kolbens- 3d an dem Rín<-raum 84 vorbeigeht und dieser abgeschlossen wird.
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Der Ringkanal 87 stellt sodann an seinem oberen Ende eine Verbindung
mit der Leckleitung 50 her.
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Hierbei kann jedoch, wie in Fig. 4 angedeutet, auch über eine kleine
Öffnung die Verbindung zwischen dem Ringkanal 87 und der Zulaufleitung 46 aufrecht
erhalten werden, um ein stabiles Regelverhalten zu erreichen. Daher ist der Ringkanal
87 in seiner Länge derart bemessen, daß er in der Schließstellung noch um ein weniges
mit dem Ringraum 84 in der Buchse 36 verbunden ist. Übersteigt die durch das öl
auf den Kolben 38 wirkende Kraft die Kraft der Regelfeder 44, strömt das öl solange
über die Leckleitung 50, an die der Rücklaufanschluß 14 angeschlossen ist, bis der
Druck wieder unter den eingestellten Wert gefallen ist, so daß der Ringkanal 87
im Kolben 38 wieder vollstandig mit dem Ringraum 84 bzw der Kammer 82 und dem Zulaufanschluß
46 verbunden ist.
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In der Kammer 26 baut sich nun der eingestellte Druck auf wodurch
der Regelkolben nach rechts gedrückt wird, bis über den Ringraum 30 eine Verbindung
vom Zulaufanschluß 18 über den Ringraum 3Q direkt zum Verbraucheranschluß 16 hergestellt
ist.
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Die Wirkungsweise der Drosseleinrichtung 58 im Zusammenspiel mit dem
Druckregelventil 10 ist die gleiche wie sie oben mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 beschrieben-worden ist.
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Es wurde bereits ausgeführt, daß die beiden Druckfedern 22 und 24
den Regelkolben 20 ständig in seine Mittelstellung zu drücken suchen. Fällt nun
beispielsweise die Pumpe aus und wird dadurch der Verbraucheranschluß 18 drucklos,
so schließt das Rückschlagventil 48, was zur Folge hat, daß das öl in der Kammer
26 nicht zurückströmen kann. Der Regelkolben 20 kann sich daher nicht nach links
verschieben, so daß die Verbindung vom Verbraucheranschluß 16 zum Rücklaufanschluß
14 gesperrt bleibt. Andererseits ist die Kammer 28 ebenfalls mit öl. gefüllt und,
da vom Zulaufanschluß 18 kein öl mehr zur Kammer 26 nachströmt, kann der Regelkolben
20 auch nicht nach rechts verschoben werden, so daß auch die Verbindung vom Verbraucheranschluß
16 zum Zulaufanschluß 18 gesperrt bleibt. Der Regelkolben 20 wird vielmehr durch,
die beiden gleichen Druckfedern 22, 24 im wesentlichen in seiner Mittelstellung
gehalten, in der die Verbindung zu den Anschlüssen 14 und 18 gesperrt sind.
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Der Druck am Verbraucheranschluß 16 bleibt somit, abgesehen von evtl.
Leckverlusten, im wesentlichen
wenigstens noch eine Zeit lang erhalten,
die ausreicht, den Verbraucher oder die yesamte Anlage abzustellen, ohne daz hierzu
besondere zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind.
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Auch bei einem Ausfall bzw. Bruch der Regelfeder 44 wird der Druck
am Verbraucheranschluß 16 aufrechterhalten. Tritt dieser Fall ein, d.h. bricht die
Feder 44, so wird der Steuerkolben 38 nicht mehr durch die Feder beaufschlagt,und'das
Ventil 40, 42 schließt unter der Wirkung des den Ventilverschlußkörper 42 beaufschlagenden
Druckes. Durch die entsprechende Bewegung des Kolbens 38 überfährt die Steuerkante
86 des Ringkanals gleichzeitig den Ringraum 84, so daß, der Kanal 46 abgesperrt
wird. Das in der Kammer 26 befindliche öl kann nunmehr nicht zurückströmen, weil
das Ventil 40,42 geschlossen ist. Dasselbe gilt, wenn bei Ansteuerung des Vorsteuerventiles
32 durch einen Proportionalmagneten der Strom ausfällt.
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In beiden Fällen bleibt das Drucköl in der Kammer 26 eingeschlossen,
so daß der Regelkolben 20 nicht nach links in der Zeichnung fahren kann und damit
die Verbindung vom Verbraucheranschluß i6 zum Rücklaufanschluß 14 gesperrt bleibt.
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Bei manchen Einsatzmöglichkeiten sind mehrere Spanndrücke bei Werkzeugmaschinen
erforderlich, z.B. ein bestimmter Druck zum Schuppen und ein anderer Druck zum Schlichten
eines Werkstücks.
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Um auf einen solchen zweiten Druck während des Betriebes umschalten
zu können, kann die Kammer 26 über eine weitere, nicht gezeigte Leitung an ein weiteres
Vorsteuerventil angeschlossen werden, das auf den zweiten niedrigeren Druck eingestellt
ist.
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Bei Ansteuerung des dargestellten Vorsteuerventils 32 mittels eines
Proportionalmagneten ist dies jedoch nicht erforderlich, da in diesem Fall der Magnet
entsprechend angesteuert und das Vorsteuerventil auf den neuen anderen Druck eingestellt
werden kann.
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