DE3417672A1 - Fluidisches steuerventil und verwendung desselben - Google Patents

Description

DIPL-ING. WILHELM STELLRECHT M.Sc. 3417672

DIPL-PHYS. DR. DIETER QRiESSBACH

DIPL-PHYS. WALTER HAECKER - 4 -

DIPL.-PHYS. DR. ULRICH BÖHME

PATENTANWÄLTE
UHLANDSTR. 14c - 7000 STUTTGART 1

Fluidisches Steuerventil und Verwendung desselben

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluidisches Steuerventil gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, sowie eine Verwendung desselben gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 7.

Bei hydraulischen Steuerungen sind Wegeventile bekannte Bauelemente, mit denen durch eine axiale Verschiebung des Verstellkolbens ein Druckfluid aus einer Quelle über einen Arbeitsausgang zu einer Arbeitsmaschine und von dieser über einen Arbeitsrücklauf im Wegeventil zum Vorratstank des Fluids geleitet werden kann.

Die axiale Verschiebung des Verstellkolbens kann beispielsweise gemäss einem Vorschlag in der Zeitschrift ο + ρ "oelhydraulik und pneumatik" 25 (1981) Nr. 8 durch einen Druckkolben, der entgegen der Kraft einer Rückstellfeder arbeitet, geschehen. Daneben ist es aber aus der Technik allgemein bekannt, die Verstellung wie bei Linearverstärkern mittels einer Spindel und einer Schraubenmutter und einem Schrittoder einem Gleichstrommotor vorzunehmen.

Obwohl damit eine hohe Präzision erreichbar ist, kann sich diese Antriebsart beispielsweise für Dosiermaschinen, Zustellvorrichtungen und für Ladegeräte infolge der hohen Kosten für solche Motoren nicht durchsetzen. Andere bekannte Verschiebeantriebe, beispielsweise rein mechanisch oder hydraulisch, sind im allgemeinen zu ungenau, um höhere Anforderungen an die Verschiebegenauigkeit zu erfüllen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein fluidisches Steuerventil mit einem linearen Schrittantrieb zu schaffen, bei dem kostengünstige Antriebsmittel verwendbar sind.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Verwendung ist im Patentanspruch 7 definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Steuerventils nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Ausschnitt an der Stelle II in Fig. 1 in vergrössertem Massstab in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 3 denselben Ausschnitt wie Fig. 2 in einer zweiten Betriebsstellung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise,

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Steuerventils gemäss einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 6 ein Schaltbild einer hydraulischen Impulssteuerung.

In Fig. 1 ist ein Verstellkolben 1 mit zwei Steuerflanschen 5, 4 in einem Zylinder 2 axialbeweglich geführt. Der Zylinder 2 ist mit einer Bohrung für die Zuführung von Fluid

von einer Quelle P, mit einer Bohrung für die Rückführung zu einem Tank T und mit zwei Bohrungen für die Verbindung zu und von einer Arbeitsmaschine A versehen.

Ein Zapfen 7 des Kolbens 1 durchdringt einen Dichtungs- und Führungsflansch 8. Diesem Zapfen 7 ist der Anker 6 eines elektromagnetischen Hubmagnets 10 zugeordnet. Am anderen Ende des Verstellkolbens 1 befindet sich ein Kolbenzapfen 9. Dem Kolbenzapfen 9 gegenüber befindet sich ein Verstellzapfen 11 mit einer Anschlagfläche 12. Zwischen dem einen Steuerflansch 3 und dem Verstellzapfen 11 befindet sich eine Druckfeder 19.

An dem dem Hubmagnet 10 gegenüberliegenden Ende des Verstellkolbens 1 befindet sich eine Vorrichtung zur Einstellung der Anschlagfläche 12.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht diese Vorrichtung aus einem zylindrischen Gehäuse 20 mit einem axialbeweglich geführten Verstellbolzen 18. Beidseits dieses Verstellbolzens 18 ist. das Gehäuse 20 mit in axialer Richtung auf den Verstellbolzen 18 wirkenden elektromagnetischen Hubmagneten 14, 15 versehen. Die Einsatzteile 25, 26, auf die die Hubmagnete 14, 15 wirken, sind topfartig ausgebildet und umfassen je die Enden des Verstellbolzens 18.

Die ringförmigen Endflächen 24, 27 der Einsatzteile 25, 26 sind konisch ausgebildet, wie aus Fig. 2 und 3 deutlich ersichtlich ist. Jedem Einsatzteil 25, 26 ist ein Gegenring 22, 28 ebenfalls mit konischer Fläche 23, 29 zugeordnet. Zwischen den konischen Flächenpaaren 23, 24 und 27, 29 befinden sich je eine Anzahl Mitnehmerkugeln 16, 17. Die Gegenringe 22, 28 sind mittels Federkörpern 21, 30, die als viskoelastische Ringe ausgebildet sind, auf Schultern im Gehäuse 20 abgestützt.

Fig. 2 zeigt die Betriebsphase für freilaufenden Verstellbolzen 18 mit unbelasteten oder höchstens schwach belasteten Federkörpern 21. Sobald ein Hubmagnet 14, 15 betätigt wird, drückt die konische Fläche z.B. die Fläche 24 mit einer Kraft K (Fig. 3) gegen die Kugeln 16. Ueber die konischen Flächen 23, 24 und mit der Federkraft F des Federkörpers 21 entstellt eine Anpresskraft R senkrecht gegen die Achse des Verstellbolzens 18. Bei fortschreitendem Hub des Ankers 25 wird der Verstellbolzen 18 nach unten mitgenommen und dadurch wird auch die zur Achse des Verstellkolbens 1 und ebenfalls zur Achse des Verstellzapfens 11 geneigte Verstellfläche 13 nach unten bewegt und der Verstellzapfen 11 bewegt sich nach rechts und die Anschlagfläche 12 wird ebenfalls nach rechts verschoben.

Umgekehrt, wenn der Hubmagnet 15 betätigt wird, bewegt sich unter denselben Kräften die Verstellfläche 13 nach oben. Es ist natürlich wichtig, dass die Verstellkraft am Verstellbolzen 18 entsprechend dem Produkt aus der Kraft R und dem Reibungskoeffizienten grosser ist, als die durch die Feder 19 bewirkte Rückhaltekraft an der Fläche 13. Es müssen nicht beide Flächen 23, 24 oder 27, 29 konsich ausgebildet sein. Es genügt, wenn die Flächen 24, 27 der Einsatzteile 25, 26 konisch sind. Die Winkel (3 zwischen den konischen Flächen 24, 27 und der Vertikalen müssen ausserhalb der Selbsthemmungsgrenze liegen, um nicht die freie Bewegung des Verstellbolzens 18 durch die Kugeln 16, 17 zu hemmen. Dagegen muss der Winkel OL eine Hemmung bewirken, damit sich der Verstellbolzen 18 bei nichterregten Magneten nicht aus seiner Lage verschieben kann.

Die' Rückstellung der Einsatzteile 25, 26 beginnt sofort nach dem Stromunterbruch. Die Magnetkraft K (Fig. 3) sinkt dadurch gegen Null. Damit nun die Anpresskraft R aufgehoben wird, muss die Federkraft F eine zeitlich verzögerte Charakteristik besitzen. Dies kann auf einfachste Weise durch einen Körper aus viskoelastischem Material bewirkt werden. Die zeitlichen Zusammenhänge ergeben sich aus Fig. 4.

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Beim weiteren Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Zum Unterschied gegenüber dem Beispiel nach Fig. 1 ist nur ein Proportionalmagnet 33 mit stabförmigem Anker 32 vorhanden. Dieser Magnet 33 bewirkt eine Verschiebung des Ankers 32 proportional :ur Stromstärke durch die Magnetspule. Die Rückstellung des Verstellkolbens 18 erfolgt mittels einer Schraubenfeder 31.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnte zur Verstellung des Verstellkolbens 18 auch ein Dreh-Schrittmagnet benützt werden, bei dem dann die Drehbewegung mittels Gewindespindel und Mutter in eine translatorische Bewegung umgewandelt werden müsste.

Im Anwendungsbeispiel gemäss dem Schema Fig. 6 ist eine hydraulische Impulssteuerung dargestellt. Das fluidische Steuerventil besteht aus dem Wegeventilzylinder 2 mit angeflanschtem Hubmagnet 10 und Verstellzylinder 20 mit den beiden Hubmagneten 14, IS. Die Arbeitsanschlüsse A sind mit einem Fluidmotor 61 als Stellglied verbunden. Das Stellglied wirkt auf das Arbeitsgerät 62, von dem die Veränderung durch ein Messgerät 63 gemessen wird.

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Einem Rechner 65 wird der Sollwert von aussen eingegeben
und der Istwert aus dem Messgerät 63. Daraus werden in bekannter Weise Korrekturwerte gebildet, die den beiden Hubmagneten 14, 15 des Verstellzylinders 20 zugeführt werden. In einem mit dem Rechner 65 kombinierten Impulsgeber 64
werden die Steuerimpulse für den Hubmagneten 10 des Steuerventils 2 erzeugt.

In ähnlicher Weise könnte auch die Anordnung gemäss Fig. 5 benützt werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   l.J Fluidisches Steuerventil mit einem in einem Zylinder axaiIbeweglich geführten Verstellkolben mit Steuerkanten bildenden Flanschen und mit auf den Kolben einwirkendem, axialem Antrieb, mittels des Ankers (6) eines elektromagnetischen Hubmagnets (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein den pro Hub des genannten Verstellkolbens (1) begrenzender verstellbarer Anschlag (12) vorhanden ist.
2. 2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellvorrichtung (11, 14, 15, 18) zur Verstellung des Anschlags (12) vorhanden ist.
3. 3. Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung ein senkrecht zur Achse des Verstellkolbens (1) verschiebbar geführter Verstell-

   bolzen (18) mit einer mit der Achse des Verstellbolzens (18) einen spitzen Winkel ((X) einschliessenden Fläche (13) versehen ist.
4. 4. Ventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung des Verstellbolzens (18) in axialer Richtung wenigstens ein elektromagnetischer Hubmagnet (14, 15, 33) und wenigstens ein elastisches Rückstellmittel (21, 29, 31) vorhanden ist.
5. 5. Ventil nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits des Verstellbolzens (18) je ein elektrischer Hubmagnet (14, 15) vorhanden ist, dass zur Uebertragung der Kraft dieser Hubmagnete (14, 15) Mitnehmerkugeln (16, 17) und wenigstens eine auf den Mitnehmerkugeln (16, 17) aufliegenden konische Fläche (24, 27) an einem Einsatzteil (25, 26) vorhanden sind, und dass eine Gegenfläche (23, 29) an einem den Verstellbolzen (18) umfassenden, elastisch abgestützten Ring (22, 28) gebildet ist.
6. 6. Ventil nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Rückstellmittel (21, 29) ein Ring aus viskoelastischem Material ist.
7. 7. Verwendung des Steuerventils nach Patentanspruch 1, zur hydraulischen Impulssteuerung von Dösiermaschinen, Zustellvorrichtungen oder Ladegeräten in Verarbeitungsmaschinen.