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Druckregelventil sowie Verfahren zur Her-
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stellung eines solchen Druckregelventils Die Erfindung betrifft ein
Druckregelventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Druckregelventils nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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Druckregelventile werden beispielsweise zur Regelung von hydraulischen
Drücken verwendet, die nach Art eines Magnetventils arbeiten. In der Schließstellung
verschließt es eine Steuerleitung, so daß das Fluid nicht durch das Druckregelventil
strömen kann. Erst wenn sich ein bestimmter Druck in der Steuerleitung aufgebaut
hat, öffnet das Druckregelventil. Bei dem gattungsgemäßen Druckregelventil (DE-OS
31 19 049) sind als Federelemente Zentrierspinnen vorgesehen, mit denen zwei Hülsen
radial lagegesichert sind. Mit den Hülsen ist der Anker verbunden, der bei Strombeaufschlagung
der Spule axial verschoben wird, wodurch das als Tellerventil ausgebildete Verschlußglied
in seine Offenstellung verschoben wird. Die Zentrierspinnen haben lediglich die
Aufgabe, die Hülsen radial im Druckregelventil zu zentrieren.
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Um den erforderlichen Anpreßdruck des Verschlußgliedes in seiner Schließstellung
zu erreichen, steht die Spule ständig unter Strom, so daß das Verschlußglied über
den Anker in seiner Schließstellung gehalten wird.
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Bei einem anderen bekannten Druckregelventil (DE-OS 32 12 977) ist
der Anker mit einer freikragenden Blattfeder verbunden.
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Sie bildet somit einen einarmigen Hebel, der mit Abstand vom
Anker
im Druckregelventil befestigt ist. Infolge der als einarmiger Hebel ausgebildeten
Blattfeder erfährt der Anker bei seiner Axialbewegung noch quer gerichtete Kräfte.
Dadurch ist eine reibungsfreie Lagerung, die für einen einwandfreien Betrieb des
Druckregelventils erforderlich ist, nicht möglich.
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Es sind auch Druckregelventile bekannt (DE-OSen 22 55 272 und 31 44
362), bei denen der Anker unter der Kraft einer Druckfeder steht, die über den Anker
das Verschlußglied in seine Schließstellung drückt. Für die Druckfeder sind Verstelleinrichtungen
erforderlich, mit denen die Kraft der Druckfeder eingestellt werden kann. Die zusätzlichen
Teile verteuern nicht nur die Herstellung des Druckregelventiles, sondern auch dessen
Montage.
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Bei anderen bekannten Druckregelventilen (DE-OS 32 27 229, DE-PSen
19 64 724 und 22 06 751, US-PS 35 21 854) wird der Anker durch zwei mit Abstand
voneinander liegende blattförmige Federelemente in seiner radialen Lage gehalten.
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Zusätzlich ist wenigstens eine Schraubendruckfeder vorgesehen, mit
der über den Anker das Verschlußglied in seine Schließstellung gedrückt wird. Auch
bei diesen bekannten Ausführungen verteuert die zusätzliche Schraubendruckfeder
mit den entsprechenden Verstelleinrichtungen die Herstellung und die Montage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Druckregelventil
und das gattungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Druckregelventils
so auszubilden, daß das Druckregelventil aus nur wenigen Bauteilen einfach und kostengünstig
so hergestellt werden kann, daß die für einen bestimmten maximalen Druck notwendige,
auf das Verschlußglied in der Schließstellung wirkende Vorspannkraft
ohne
zusätzliche Druckerzeugungsmittel erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Druckregelventil erfindungsgemäß
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren
erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Druckregelventil wird mit den beiden Federelementen
nicht nur der Anker radial lagegesichert, sondern mit ihnen:wird das Verschlußglied
in seiner Verschließstellung derart belastet, daß bei stromloser Spule auf das Verschlußglied
eine Kraft wirkt, die dem maximal in der Steuerleitung zu erzeugenden Druck entgegengerichtet
und gleich groß ist. Da die Federelemente in der Einbaulage vorgespannt sind, sind
zur Erzeugung der für einen bestimmten maximalen Druck in der Steuerleitung notwendigen
Vorspannkraft keine zusätzlichen Druckelemente, wie Schraubendruckfedern oder dgl.,
erforderlich. Daher entfallen auch Verstelleinrichtungen für derartige Druckelemente.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil zeichnet sich daher durch einen einfachen
Aufbau und eine geringe Störanfälligkeit aus.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich das Druckregelventil
innerhalb kürzester Zeit einfach montieren.
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Beim Aufschieben des Gehäuses des Elektromagneten auf den vormontierten
Ventilkörper werden die beiden Federelemente elastisch gebogen und damit vorgespannt.
Das Gehäuse des Elektromagneten kann so weit auf den Ventilkörper geschoben werden,
bis die erforderliche Vorspannkraft erzielt wird, die für einen bestimmten maximalen
Druck in der Steuerleitung erforderlich ist. Erst anschließend,
wenn
die Federelemente die erforderlice Vorspannung haben, wird das Gehäuse mit dem Ventilkörper
verbunden. Auf diese Weise können auch Fertigungstoleranzen der Einzelteile des
Druckregelventiles bereits bei der Montage berücksichtigt werden. Da das Druckregelventil
nur aus wenigen Bauteilen besteht, ist die Montage einfach und kostengünstig durchzuführen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in einem Axialschnitt ein erfindungsgemäßes Druckregelventil,
Fig. 2 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Druckes von der Stromstärke des erfindungsgemäßen
Druckregelventils, Fig. 3 teilweise im Axialschnitt und teilweise in Ansicht ein
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Druckregelventiles.
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Das Druckregelventil hat einen Ventilkörper 1 mit einer Steuerleitung
2, die über eine (nicht dargestellte) Drosselöffnung mit einer Fluiddruckquelle
verbunden wird. Die Steuerleitung 2 ist mit einem Verschlußglied 3 verschließbar,
das in der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung an einem Ventilsitz 4 anliegt
und die Steuerleitung 2 absperrt. Der Ventilkörper 1 hat einen Ringflansch 5, mit
dem der Ventilkörper bei der Montage, die noch beschrieben werden soll, in seiner
Montagelage gehalten werden kann.
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Der Ventilkörper 1 weist Auslaßöffnungen 6 auf, die bei geöffnetem
Verschlußglied 3 mit der Steuerleitung 2 leitungsverbunden sind.
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Das Verschlußglied 3 sitzt auf einer Achse 7, auf der ein Anker 8
befestigt ist. Er liegt mit Spiel in einem ringförmigen Spulenkörper 9, der in einem
Gehäuse 10 befestigt ist. Es übergreift den Ventilkörper 1 über einen Teil seiner
Länge und ist mit ihm fest verbunden. Im Ausführungsbeispiel
ist
der Ventilkörper 1 mit einer im Querschnitt teilkreisförmigen Ringnut 11 versehen,
in die das Gehäuse 10 mit einer sickenförmigen Ausformung 12 eingreift. Das Gehäuse
10 kann auch mit dem Ventilkörper 1 durch Verbördeln, Verstemmen oder Verschweißen
verbunden werden. Ferner ist es möglich, das Gehäuse 10 mit einem Innengewinde zu
versehen, das auf ein Außengewinde des Ventilkörpers 1 geschraubt wird.
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Der Spulenkörper 9 hat elektrische Anschlüsse 13 für die Stromzuführung.
Die Achse 7 liegt koaxial zum Spulenkörper 9 und trägt zwei Blattfedern 14 und 15,
mit denen die Achse 7 so in einer zentrischen Lage gehalten wird, daß zwischen dem
Anker 8 und dem Spulenkörper 9 ein definierter Ringspalt 16 verbleibt. Die beiden
Blattfedern 14, 15 liegen mit ihren äußeren Enden an der Innenwandung 17 des Gehäuses
10 an. Dadurch sind die Blattfedern und damit auch der Anker 8 und die Achse 7 radial
im Gehäuse 10 fixiert, so daß bei der Axialbewegung des Ankers 8 der Ringspalt 16
zuverlässig aufrechterhalten bleibt. Damit die Blattfedern 14, 15 auf der Achse
7 axial gesichert sind, ist sie mit zwei Ringnuten 18 und 19 versehen, die beiderseits
des Ankers 8 vorgesehen sind. Die Blattfedern 14, 15 sind mit einer Öffnung 20,
21 versehen, deren lichte Weite dem Durchmesser der Ringnuten 18, 19 entspricht.
Zur Axialsicherung der Blattfeder 15 ist deren äußerer Rand zwischen dem Spulenkörper
9 und einem Gehäuseteil 22 eingespannt. Die auf der gegenüberliegenden Seite des
Ankers 8 vorgesehene Blattfeder 14 wird durch eine Tellerfeder 23 axial gesichert.
Sie liegt mit ihrem äußeren Rand auf dem äußeren Rand der Blattfeder 14 auf und
stützt sich an der dem Anker 8 zugewandten Stirn seite 24 des Ventilkörpers 1. Die
Tellerfeder 23 ist wenigstens teilweise vorgespannt, wodurch nicht nur die Blattfeder
14, sondern auch der Spulenkörper 9 und damit auch die Blattfeder 15 fest gegen
den Gehäuseteil 22 gedrückt werden.
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Das Gehäuse 10 mit dem Spulenkörper 9 und der elektrischen
Anschlüsse
13 bildet einen Elektromagneten 25, mit dem der Anker 8 axial verschoben werden
kann. Im stromlosen Zustand des Elektromagneten 25 wird das Verschlußelement 3 über
die Achse 7 durch die Kraft der vorgespannten Blattfedern 14, 15 in den Ventilsitz
4 gedrückt, so daß die Auslaßöffnungen 6 von der Steuerleitung 2 getrennt sind.
In der Steuerleitung 2 kann sich ein Druck aufbauen, der vom Querschnitt der Steuerleitung
und der Vorspannkraft der Blattfedern 14, 15 abhängt. Der maximale Druck Pmax, der
sich in der Steuerleitung 2 aufbauen kann, ist somit nur von der Vorspannkraft der
Blattfedern 14, 15 und vom Querschnitt der Steuerleitung 2 abhängig. Bei der Montage
des Druckregelventiles lassen sich die Blattfedern 14, 15 in einfacher Weise so
vorspannen, daß der gewünschte maximale Druck Pmax in der Steuerleitung 2 aufgebaut
werden kann. Wenn der Elektromagnet 25 eingeschaltet wird, wirkt in bekannter Weise
auf den Anker 8 und somit auf die Achse 7 eine dem Strom proportionale Kraft F,
die der Federkraft der Blattfedern 14, 15 entgegenwirkt. Dadurch wird die Kraft,
mit der das Verschlußglied 3 in den Ventilsitz 4 gedrückt wird, verringert, so daß
das Verschlußglied bei entsprechend geringeren Drücken;in der 6teuerleitung 2 vom
Ventilsitz abhebt und die Leitungsverbindung zwischen der Steuerleitung und den
Auslaßöffnungen 6 freigibt. Den Kennlinienverlauf des Druckregelventiles zeigt Fig.
2. In dem dort dargestellten Diagramm ist der Druck p, der in der Steuerleitung
2 herrscht, gegenüber dem Strom I aufgetragen. Wenn der Elektromagnet 25 stromlos
ist, herrscht in der Steuerleitung 2 der maximale Druck Pmax. Mit zunehmender Stromstärke
nimmt der Druck in der ePuerleitung 2 ab, da mit zunehmender Stromstärke die der
Kraft der Blattfedern 14, 15 entgegenwirkende Kraft F größer wird.
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Das Druckregelventil hat also eine fallende Kennlinie. Wenn der Elektromagnet
25 abgeschaltet wird, wird das Verschlußglied 3 durch die Kraft der Blattfedern
14, 15 wieder in seine in Fig. 1 dargestellte Schließlage gedrückt.
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Mit dem beschriebenen Druckregelventil ist eine hochpräzise Regelung
bei einfacher Herstellung und Montage möglich. Das Druckregelventil zeichnet sich
durch einen einfachen Aufbau aus. Die beiden Blattfedern 14, 15 erfüllen eine Doppelfunktion.
Zum einen dienen sie zur reibungsfreien Lagerung des Ankers 8 im Spulenkörper 9,
so daß bei der Axialbewegung des Ankers 8 der erforderliche Ringspalt 16 unverändert
bleibt. Zum anderen wird mit den Blattfedern 14, 15 die nötige Vorspannkraft erzeugt,
mit der das Verschlußglied 3 in den Ventilsitz 4 gedrückt wird und mit der die Größe
des in der Steuerleitung 2 sich aufbauenden Druckes eingestellt werden kann. Der
einfache Aufbau des Druckregelventiles ermöglicht,die Justage des Ventiles auf einen
geforderten Kennlinienverlauf gleichzeitig mit der Montage des Druckregelventiles
auszuführen.
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Zur Montage wird eine Montagevorrichtung 26 verwendet (Fig.
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3). Sie hat eine Aufnahmeöffnung 27, in die ein stutzenförmiger Teil
28 des Ventilkörpers 1 gesteckt wird. In der Montagelage liegt der Ventilkörper
mit seinem Ringflansch 5 auf einer Oberseite 29 der Montagevorrichtung 26 auf. In
der Aufnahmeöffnung 27 ist der stutzenförmige Teil 28 des Ventilkörpers 1 dichtend
geführt. Hierzu ist der stutzenförmige Teil 28 im Bereich zwischen dem Ringflansch
5 und der Stirnseite 30 (Fig. 1) mit einer Ringnut 31 versehen, die eine Dichtung
32 (Fig. 3) aufnimmt, die dichtend an der Innenwandung 33 der Aufnahmeöffnung 27
anliegt. Der Ringflansch 5 wird von Niederhaltern 34 übergriffen, die auf der Oberseite
29 der Montagevorrichtung 26 verschiebbar gelagert sind und in Montagestellung (Fig.
3) den Ringflansch 5 fest gegen die Oberseite 29 der Montagevorrichtung 26 drücken.
Auf die Stirnseite 24 des Ventilkörpers 1 wird die Tellerfeder 23 aufgelegt. Anschließend
wird der Elektromagnet 25 mit dem Spulenkörper 9 mit der Spule 35, mit dem Anker
8 und der Achse 7 mit den aufgesetzten Blattfedern 14,
15 auf den
Ventilkörper 1 aufgeschoben. Das Gehäuse 10 ragt axial über den Spulenkörper 9 und
weist zunächst keine Ausformung 12 auf. Das Gehäuse 10 wird so weit auf den Ventilkörper
1 geschoben, bis die Vorspannung der Blattfedern 14, 15 so groß ist, daß sie dem
in der Steuerleitung 2 sich aufbauenden maximalen Druck PmaX entspricht. Die Vorspannung
der Blattfedern 14, 15 wird dadurch erreicht, daß das Verschlußglied 3 am Ventilsitz
4 anliegt, so daß beim Aufschieben des Elektromagneten 25 die Achse 7 mit dem Anker
8 relativ zum Spulenkörper 9 und zum Gehäuse 10 axial verschoben wird. Der Elektromagnet
25 wird durch eine (nicht dargestellte) Vorrichtung auf den Ventilkörper 1 aufgeschoben.
Diese Vorrichtung ist so ausgebildet, daß der Elektromagnet 25 in jeder Stellung
relativ zum Ventilkörper 1 gehalten werden kann. Dadurch ist es möglich, ohne das
Gehäuse 10 mit dem Ventilkörper 1 formschlüssig zu verbinden, den jeweils erreichten
Montagezustand in bezug auf den Kennlinienverlauf zu überprüfen. Hierzu ist die
Montagevorrichtung 26 mit einer Auslaßleitung 36 versehen, die in eine der Auslaßöffnungen
6 mündet. Die Steuerleitung 2 ist mit der Aufnahmeöffnung 27 verbunden, durch die
das Druckmittel zugeführt werden kann. Außerdem werden die elektrischen Anschlüsse
13 mit elektrischen Zuleitungen 37 verbunden. Bei der Montage ist es dadurch möglich,
über die Aufnahmeöffnung 27 das Druckmittel zuzuführen, das in die Steuerleitung
2 gelangt. Dort kann sich ein Druck aufbauen.
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Es läßt sich dadurch sehr einfach überprüfen, ob die Vorspannung der
Blattfedern 14, 15 ausreicht, um im stromlosen Zustand dem geforderten maximalen
Druck in der Steuerleitung 2 standzuhalten. Durch einfaches Verschieben des Elektromagneten
25 gegenüber dem Ventilkörper 1 kann ggfs.
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die Vorspannung der Blattfedern 14, 15 in gewünschter Weise geändert
werden. Es kann aber nicht nur der maximale Druck PmaX auf diese Weise leicht eingestellt
werden, sondern es läßt sich auch während der Montage die Kennlinie gemäß
Fig.
2 bestimmen. Hierzu wird der Elektromagnet 25 eingeschaltet und die Kennlinie aufgenommen.
Sobald der gewünschte Kennlinienverlauf erreicht ist, werden das Gehäuse 10 des
Elektromagneten 25 und der Ventilkörper 1 formschlüssig miteinander verbunden. Im
Ausführungsbeispiel sind auf der Montagevorrichtung 26 Kolben-Zylinder-Einheiten
38 gelagert, deren Kolbenstangen 39 in Höhe der Ringnut 11 des Ventilkörpers 1 liegen
und quer zum Gehäuse 10 verschiebbar sind. Mit den Kolbenstangen 29 wird das Gehäuse
10 an dem über den Spulenkörper 9 ragenden Ende in die Ringnut 11 gedrückt. Auf
diese Weise werden über den Umfang des Gehäuses 10 Ausformungen gebildet, die in
die Ringnut 11 eingreifen und die Formschlußverbindung zwischen dem Gehäuse 10 und
dem Ventilkörper 1 herstellen.
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Die beschriebene Montage hat den Vorteil, daß auch Toleranzen der
Bauteile des Druckregelventiles bei der Einstellung der Vorspannkraft der Blattfedern
14, 15 berücksichtigt werden können. Dadurch läßt sich das Druckregelventil einfach
und schnell herstellen. Wenn das Gehäuse 10 auf den Ventilkörper 1 aufschraubbar
ist, kann die Vorspannung der Blattfedern 14, 15 auch sehr feinfühlig und genau
eingestellt werden.
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