DE3690299C1 - Steuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Einstellen einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Drücken p₁ und p₂ zweier separater Drucksysteme, im einzelnen mit den im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Steuerventile dieser Art sind bekannt aus dem Normblatt DIN 24 300, März 1966, Blatt 3, Seite 7, Nr. 3.2.. Dort ist ein so­ genanntes Druckstufenventil (proportioning pressure relief valve) beschrieben. Ein solches Steuerventil sorgt dafür, daß zwischen zwei Drücken p₁ und p₂ ein bestimmter Verhältnis­ wert b eingehalten wird.

Separate Drucksysteme, deren Drücke in der vorbeschriebenen Weise voneinander abhängen sollen, liegen z. B. vor in Walzen­ pressen von Papiermaschinen, insbesondere in Naßpressen (zum Entwässern der Papierbahn) und/oder in Glättwerken (zum Glätten der Papierbahn). In derartigen Walzenpressen kann wenigstens eine der Walzen als Durchbiegungseinstellwalze, z. B. als soge­ nannte schwimmende Walze ausgebildet sein. In diesem Falle kommt es auf die richtige Abstimmung zweier separater Druck­ systeme an, nämlich einerseits des wirksamen Druckes auf die Kolben äußerer Hydraulikzylinder, welche die eine Walze gegen die andere Walze andrücken und andererseits des Innendruckes in wenigstens einer Druckkammer, die sich in der Durchbiegungs­ einstellwalze zwischen dem rotierenden Walzenmantel und dem sich durch diesen erstreckenden feststehenden "Joch" befindet. Es kann sich aber auch um die zwei gegeneinanderwirkenden In­ nendrücke zweier Durchbiegungseinstellwalzen handeln, deren Walzenmäntel gegeneinander gepreßt werden.

In derartigen Walzenpressen, welche zwei separate Drucksysteme aufweisen, kommt es darauf an, daß das Verhältnis zwischen den beiden genannten Drücken p₁ und p₂ dauernd mit hoher Sicherheit aufrechterhalten bleibt. Insbesondere soll auch im Falle eines Defektes, beispielsweise dem plötzlichen Ausfall von Steuerluft, einer Hydraulikpumpe oder dem Bruch einer Lei­ tung, mit geringstmöglicher zeitlicher Verzögerung die ge­ wünschte Abhängigkeit zwischen den beiden Drücken p₁ und p₂ wieder hergestellt werden. Mit anderen Worten: Wenn sich bei einem derartigen instationären Vorgang einer der beiden Drücke verändert, soll sich der andere ebenfalls umgehend in dem ge­ wünschten Verhältnis verändern. Wenn dies nicht erfolgt, dann besteht die Gefahr, daß es zu Beschädigungen an den Walzen oder an einem mit der Papierbahn durch die Walzenpresse laufenden Filz oder an der zu behandelnden Papierbahn selbst kommt. Be­ schädigungen dieser Art sind in der Vergangenheit mehrfach auf­ getreten, weil es nicht gelungen ist, das gewünschte Druckver­ hältnis mit genügender Genauigkeit aufrechtzuerhalten, wenn es zu einem instationären Betriebszustand kam.

Heute gebräuchliche Systeme verwenden elektrisch oder pneuma­ tisch vorgesteuerte Hydraulikventile, die den Solldruck in den hydraulischen Druckkammern herstellen. Selbst wenn bei insta­ tionären Zuständen, also beim Erhöhen bzw. Verringern der Be­ triebsdrücke die Regelventile verzögerungsfrei arbeiten würden, ist eine simultane Änderung der Drücke in den verschiedenen Druckkammern nicht zu erwarten, weil sich die Maschinenteile elastisch verformen und zur Erzeugung der Verformung erst ge­ wisse Ölmengen durch die Regelventile gepumpt werden müssen. Es ist aus konstruktiven Gründen ausgeschlossen, bei dieser alten Bauart der Regelung in beiden hydraulischen Systemen bei Be- und Entlastungsvorgängen immer die gleichen Zeitkonstanten für das Füllen bzw. Entleeren der sich aus der Verformung erge­ benden hydraulischen Arbeitsvolumina zu gewährleisten.

Dies kann am Beispiel der hydraulischen Durchbiegungseinstell­ walze nach Fig. 1 der DE-OS 33 28 779 unter Zugrundelegung einer gebräuchlichen Dimensionierung belegt werden: Bei einer Druckänderung, z. B. dem Anpressen der beiden Walzen gegeneinan­ der von Null bis auf den Maximaldruck, verformen sich einer­ seits die in der Figur nicht gezeigten Seitengestelle um 2 mm, das Joch 11 der Walze hingegen biegt sich in der Mitte um 30 mm durch. Die Pumpe für die äußere Hydraulik, die den Druck in den Druckräumen 32 und 33 der äußeren Anpreßhydraulik erzeugt, hat eine Förderleistung von 40 l/min. Die Kolben haben 300 mm Durchmesser. Wenn man von Leck- und Drosselverlusten absieht, beträgt die Zeit zur Erreichung des vollen Druckes im äußeren System rechnerisch 0,42 sec. Andererseits betrage das Verdrän­ gungsvolumen bei der Durchbiegung des Joches 140 l, die Förder­ menge der Pumpe 90 l/min. Dann beträgt die Zeit bis zum Errei­ chen des vollen Druckes im inneren System rechnerisch 93 sec, also mehr als das 200-fache der Zeit im äußeren System! Das äußere Anpreßsystem genau so träge wie das innere zu machen, ist unerwünscht, weil man z. B. bei Störungen die Presse schnell öffnen will. Außerdem treten im inneren System druck- und öl­ temperaturabhängige Leckverluste auf, die sich mit der Be­ triebszeit (Einlaufen der Dichtleisten) ändern können. Mit her­ kömmlichen Mitteln ist also die gewünschte simultane, stets genaue Druckänderung in den beiden Drucksystemen nicht möglich.

Die europäische Patentanmeldung 01 12 625 zeigt eine für ähn­ liche Zwecke vorgesehene Ventilanordnung. Diese hat u. a. einen pneumatisch vorgesteuerten Ventilkolben zum Steuern des Druckes p₁ in einen ersten und ein als Schwebekolben ausgebildetes Steuerventil für das Steuern des Druckes p₂ in einem zweiten Hydrauliksystem in Abhängigkeit von Druck p₁ in einem ersten Hydrauliksystem. Im stationären Betrieb ist dieses Steuerventil geeignet, eine Regelgerade zwischen den zwei Drücken gemäß der Gleichung p₂ = b. p₁ zu erzeugen. Es ist mit diesem Ventil al­ lerdings nicht möglich, mehr als zwei Drücke in Beziehung zu bringen, wie dies mitunter erwünscht ist. Schwerwiegender ist jedoch, daß im Störfall mit diesem Ventil das gewünschte Druck­ verhältnis p₂/p₁ = b verlorengeht. Deshalb wurde gemäß einer weiteren europäischen Patentanmeldung 01 09 220 zusätzlich zum beschriebenen Steuerventil ein weiteres Sicherheitsventil zwi­ schen den beiden Hydrauliksystemen mit p₁ und p₂ vorgesehen. Dieses ist Gegenstand einer dritten EP-Patentanmeldung 01 12 624 und ist so beschaffen, daß sich, sobald der Druck in einem der beiden Systeme um ein bestimmtes Maß höher sein soll­ te als es der Regelgeraden entspricht, ein Ventil öffnet und den Überdruck abbaut. Weil aber zum Öffnen des Ventils Feder­ kraft überwunden werden muß und in den Leitungen und Ventilkör­ pern Reibungsverluste entstehen, kann auch mit dieser Einrich­ tung kein genaues Regelverhalten erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zum Einstellen einer bestimmten Abhängigkeit zwischen den Drücken p₁ und p₂ zweier separater Drucksysteme anzugeben, das nicht nur (mit möglichst hoher Genauigkeit) ein gewünschtes Verhält­ nis zwischen den beiden Drücken p₁ und p₂ einhält (und zwar so­ wohl im stationären als auch im instationären Betriebszustand), sondern auch noch ermöglicht, daß einer der beiden Drücke (p₂) zusätzlich von einem dritten Druck (p₃) abhängig gemacht werden kann, der dem anderen der beiden Drücke (p₁) entgegenwirkt. Gleichzeitig soll der Aufbau der Drucksysteme möglichst weitgehend vereinfacht werden, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden können und Fehler beim Justieren der Geräte aus­ geschlossen werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dieser besagt mit anderen Worten folgendes: Der Kolben und das Gehäuse des Steuerventils bilden insgesamt zwei Überlaufspalte. Diese sind räumlich derart voneinander getrennt, daß die Fluide der beiden Drucksysteme vollkommen getrennt voneinander blei­ ben. Bei Bedarf können auch zwei voneinander getrennte Nieder­ druckräume vorgesehen werden, in welche die Druckflüssigkeit nach dem Passieren der Überlaufspalte strömt. Da jedoch häufig in beiden Drucksystemen die gleiche Druckflüssigkeit verwendet wird und da außerdem in beiden Niederdruckräumen häufig der gleiche Druck herrscht, z. B. Atmosphärendruck, kann auch nur ein einziger Niederdruckraum vorgesehen werden, der beiden Überlaufspalten gemeinsam ist (Anspruch 6).

In dem erfindungsgemäßen Steuerventil können die beiden Kol­ ben-Stirnflächen, die durch die Drücke der beiden Drucksysteme beaufschlagt sind, bei Bedarf gleich groß sein, wenn das Ver­ hältnis zwischen den beiden Drücken stets gleich 1 sein soll. In der Regel ist es jedoch erforderlich, daß dieses Druckver­ hältnis von 1 abweicht, so daß in bekannter Weise Stirnflächen unterschiedlicher Größe vorgesehen werden müssen.

Bei allen diesen verschiedenen Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Steuerventils wird folgendes erreicht: Während im normalen Gleichgewichtszustand des Kolbens, wie bei den bekann­ ten Steuerventilen, an dem zweiten Überlaufspalt die Regelung des zweiten Druckes p₂ in Abhängigkeit vom ersten Druck p₁ stattfindet, indem dort ständig eine kleine Flüssigkeitsmenge aus dem zweiten Druckraum in den Niederdruckraum überströmt, findet an dem ersten Überlaufspalt kein Regelvorgang statt; d. h. dort hält der Kolben den ersten Überlaufspalt im wesent­ lichen geschlossen. Ein Druckregelvorgang (zwecks Änderung des ersten Druckes p₁) setzt an dem ersten Überlaufspalt erst dann ein, wenn der zweite Druck p₂ (beispielsweise in irgendeinem Störfall) den gewünschten Wert unterschreitet. In diesem Falle wird also dafür gesorgt, daß der erste Druck p₁ simultan mit dem zweiten Druck p₂ zurückgeht, wobei ständig das gewünschte Druckverhältnis aufrechterhalten bleibt. Wesentlich ist ferner, daß das erfindungsgemäße Steuerventil bei der Regelung des zweiten Druckes p₂ nicht nur den (beispielsweise in der Druck­ kammer einer Durchbiegungseinstellwalze herrschenden) ersten Druck p₁ berücksichtigt, sondern auch einen dem ersten Druck p₁ entgegenwirkenden dritten Druck p₃, z. B. den (mit der Ölvisko­ sität und den Ablaufbedingungen) veränderlichen Gegendruck p₃, der auf der anderen Seite des Joches der Durchbiegungsein­ stellwalze herrscht.

Die FR-PS 10 27 361 offenbart ein Steuerventil zum Einstellen eines bestimmten Verhältnisses zwischen den Drücken zweier se­ parater Drucksysteme. Der Druckraum 1 und die daran angeschlos­ senen Leitungen 3 und 4 (Fig. 1 oder Fig. 5) gehören zu dem einen Drucksystem. Der Druckraum 2 und die daran angeschlosse­ nen Leitungen 5 und 6 gehören zu dem anderen Drucksystem. In einem Gehäuse ist ein verschiebbarer Kolben 7 bzw. Doppelkolben 8, 9 vorgesehen. Dieser hat an seinen beiden Enden je eine Stirnfläche, von denen die eine mit dem Druck des einen Druck­ raumes 1 und die andere mit dem Druck des anderen Druckraumes 2 beaufschlagt ist. Abweichend von der vorliegenden Erfindung sind mit dem Kolben 7 bzw. Doppelkolben 8, 9 verschiebbare Drosselventilkörper gekoppelt (Fig. 1, Ziffern 12 und 13 oder Fig. 5, Ziffern 14 und 15), von denen jedes Teil eines ver­ stellbaren Drosselventils ist (z. B. in Fig. 5: 14, 16 und 15, 17). Wirkungsweise: Wenn in einem der beiden Druckräume 1 oder 2 der Druck höher wird als im anderen Druckraum, dann ver­ ringert der betreffende Drosselventilkörper 12 oder 13 (bzw. 14 oder 15) den Strömungsquerschnitt von Leitung 3 nach Leitung 4 oder von Leitung 5 nach Leitung 6, um hierdurch die Drücke in den beiden Drucksystemen wieder aneinander anzunähern.

Einerseits sind in der FR-PS, verglichen mit dem erfindungsge­ mäßen Steuerventil, zusätzlich die genannten Drosselventil­ körper 12 und 13 bzw. 14 und 15 erforderlich. Andererseits feh­ len in der FR-PS u. a. der beim Anmeldungsgegenstand vorgesehene Niederdruckraum sowie die vom Kolben und Gehäuse gebildeten Überlaufspalte. Aufgrund dieser baulichen Unterschiede bestehen auch Unterschiede in der Funktion: In der FR-PS (insbesondere Fig. 5) ergibt es sich, daß solange Druckflüssigkeit über die Auslässe 4 und 6 zu den Verbrauchern strömt, stets die volle Flüssigkeitsmenge durch das betreffende Drosselventil oder durch beide Drosselventile (z. B. 14, 16 und 15, 17 in Fig. 5) strömen muß. In dieser Zeit ist also ein dauernder Druckverlust und somit erhöhter Energieverbrauch an den Pumpen vorhanden. Dieser Nachteil wäre besonders gravierend, wenn einer der Ver­ braucher von der Druckflüssigkeit ununterbrochen durchströmt werden muß, wie z. B. eine Durchbiegungseinstellwalze. Die Er­ findung vermeidet das Prinzip der Druckregelung mittels Dros­ selventilen, sie wendet stattdessen das an sich bekannte Prin­ zip der Druckregelung mit Hilfe von Überströmventilen an. Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung an den ersten Druckraum ein Verbraucher (z. B. die obengenannte Durchbiegungsein­ stellwalze) angeschlossen sein, der dauernd von der Flüssigkeit durchströmt ist, wobei im ungestörten Betriebszustand die ge­ samte Flüssigkeitsmenge ungeregelt und somit verlustfrei am Steuerventil vorbeiströmt; denn der erste Überlaufspalt bleibt, wie schon erwähnt, normalerweise geschlossen. Nur an dem zwei­ ten Überlaufspalt findet dauernd ein Überströmen von Flüssig­ keit und somit ein Druckregelvorgang statt.

Im Anspruch 2 ist angegeben, wie das erfindungsgemäße Steuer­ ventil mit den Elementen einer Walzenpresse mit Durchbiegungs­ einstellwalze zu verknüpfen ist.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird erreicht, daß sich der zweite Druck p₂ exakt linear zur Druckdifferenz p₁-p₃ verhält.

Die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale sind bei anderen Steuer­ ventilen schon bekannt. Im Falle des erfindungsgemäßen Steuer­ ventils kann mit Hilfe der Zusatzkraft F5 beispielsweise er­ reicht werden, daß das Eigengewicht einer vertikal anzupressen­ den Walze beim Druckregelvorgang berücksichtigt wird. Somit ist das Steuerventil nicht nur zur Herstellung einer Regelgeraden gemäß der Formel p₂ = b. (p₁-p₃) geeignet, sondern auch zur Herstellung einer Regelgeraden gemäß der Formel
p₂ = a + b. (p₁-p₃),
wobei der Differenzwert a durch die genannte Zusatzkraft F5 bestimmt wird.

Im Prinzip könnte wenigstens eine der Steuerkanten des Kolbens, wie bekannt, durch eine in die Kolbenmantelfläche eingearbeite­ te Umfangsnut gebildet werden. Vorzugsweise wird man jedoch die im Oberbegriff des Anspruchs 5 angegebene und ebenfalls bekann­ te Anordnung wählen; denn sie ist einfacher und platzsparend und sie bietet mit einfachen Mitteln, nämlich mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 die Möglichkeit, bei Bedarf den Verhältniswert b der Regelgeraden zu verändern.

Mit der im Anspruch 7 genannten Führungsbüchse kann erreicht werden, daß der Kolben im Gehäuse nahezu vollkommen wider­ standsfrei verschoben werden kann. Dies trägt wesentlich dazu bei, daß das Steuerventil mit der gewünschten Genauigkeit ar­ beitet.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 kann zunächst erreicht wer­ den, daß auch noch ein dem zweiten Druck p₂ entgegengerich­ teter Gegendruck p₄ berücksichtigt wird, so daß die Formel der Regelgeraden nunmehr lautet: p₂-p₄ = a + b. (p₁-p₃). Mit den Merkmalen des Teils b des Anspruchs 8 wird dafür gesorgt, daß bei Änderungen des Gegendruckes p₄ der Regelvorgang unbeeinflußt bleibt.

Die Anwendung der Merkmale des Anspruches 9 empfiehlt sich ins­ besondere an denjenigen Bauteilen des Steuerventils, welche den erfindungsgemäßen zusätzlichen Überlaufspalt bilden. Da nämlich an diesem zusätzlichen Überlaufspalt nur in verhältnismäßig seltenen Fällen Flüssigkeit tatsächlich überströmt, besteht die Gefahr, daß sich hier Schmutzpartikel zwischen dem Kolben und der Gehäusebohrung festsetzen und Reibung verursachen. Durch die vorgesehene Konizität wird erreicht, daß einerseits ständig eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge den zusätzlichen Überlauf­ spalt passiert (ohne daß dort ein Regelvorgang stattfindet) und eventuell vorhandene Schmutzpartikel wegtransportiert und daß andererseits dennoch ein genügend hoher Strömungswiderstand vorhanden ist, der die abströmende Flüssigkeitsmenge gering hält.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Variante zur Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Steuerventils.

Die Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsge­ mäße Steuerventil. Es handelt sich hier um eine Drei-Walzen- Presse mit schematischer Darstellung zweier separater Druck­ systeme.

Das in Fig. 1 dargestellte Steuerventil 50 hat einen unteren Kolben 1 und einen oberen Kolben 2, verbunden durch eine Kol­ benstange 3 und angeordnet in einem Gehäuse 4 mit oberem Deckel 9 und unterem Deckel 10. Die Unterseite des unteren Kolbens 1 mit der wirksamen Stirnfläche A1 wird mit dem im Druckraum 1a herrschenden Druck p₁ beaufschlagt. Die Oberseite des unteren Kolbens 1 mit der Gegendruckfläche A3 wird mit dem im Nieder­ druckraum 3a herrschenden Druck p₃ beaufschlagt, der im all­ gemeinen niedriger als p₁ ist. Falls p₃ gleich dem Atmosphärendruck ist, wird der Raum 3a über den Anschluß S und die Leitung 33a mit dem Ölbehälter 20 verbunden. Eine Gehäuse­ zwischenwand 12 mit Dichtring 11 dichtet den Niederdruckraum 3a gegen einen weiteren Niederdruckraum 4a ab. Dort herrscht der Druck p₄, der auf die Gegendruckfläche A4 des oberen Kolbens 2 wirkt. Auch der Raum 4a kann über den Anschluß U und die Lei­ tung 33 mit einem Ölbehälter 26 verbunden sein. Die Kolben­ stange 3 ist einerseits in der Zwischenwand 12 und andererseits mit dem Zapfen 13 in der Gehäusebohrung 14 gelagert. Der Zapfen 13 besitzt Verbindungsbohrungen 16 zwischen dem Druckraum 2a und dem Raum 15. Auf den Kolben 1 wird mittels einer Schrauben­ feder 17 eine Zusatzkraft F5 ausgeübt, die durch Verdrehen des Gewindestöpsels 18 einstellbar ist. Dessen Gewindebohrung im Deckel 10 ist durch eine Schraube 19 verschlossen.

Aus einem Ölbehälter 20 fördert eine Pumpe 21 Öl über eine Druckleitung 21a in ein hydraulisches Anpreßelement 22. Von der Druckleitung 21a führt eine Verbindungsleitung 23 über den An­ schluß R in den Druckraum 1a. Ein Druckbegrenzungsventil 24 in einer Überlaufleitung 25 hält den Druck p₁ im Druckraum 1a aufrecht. Aus einem Ölbehälter 26 fördert Pumpe 27 Öl über eine Druckleitung 27a zu einem hydraulischen Anpreßelement 28. Über die Zweigleitung 29 gelangt Öl mit dem Druck p₂, der norma­ lerweise größer ist als p₁, über den Anschluß T in den Raum 2a über dem oberen Kolben 2, dessen wirksame Stirnfläche A2 kleiner ist als A1. Der Druck p₂ drückt den gesamten Kolben 1, 2, 3 so weit nach unten, bis durch den Spalt S2 gerade Öl zu entweichen beginnt. Somit wird im Raum 2a der Druck p₂ auf einem solchen Wert gehalten, daß sich die Kräfte F1 + F5 auf den unteren Kolben 1 und F2 auf den oberen Kolben 2 das Gleich­ gewicht halten.

In Fig. 2 sind die den Gehäuseteilen 4, 9, 10 der Fig. 1 ent­ sprechenden Gehäuseteile mit 4′, 9′ und 10′ bezeichnet. Hier wird die Zusatzkraft F5 nicht mittels einer Feder sondern hy­ draulisch erzeugt. Über eine Leitung 30 wird Fluid vom Druck p₅ in den Raum 5a geleitet und drückt gegen das Kolbenteil 5, das in der Bohrung 31 gleiten kann und eine Verlängerung des Kolbenteils 1′ bildet. Durch Veränderung des Druckes p₅ kann die Zusatzkraft F5 auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Der obere, in der Zwischenwand 12′ gleitende Kolbenteil 2′ hat auf seiner ganzen Länge den gleichen Durchmesser D0. Somit ist eine obere Gegendruckfläche (wie A4 in Fig. 1) nicht vorhanden. Der Durchmesser D5 des Kolbenteils 5 ist gleich dem Durchmesser D0 des Kolbenteils 2′. Somit ist am Kolbenteil 1′ die wirksame Stirnfläche A1 gleich der Gegendruckfläche A3.

Das in Fig. 3 dargestellte und insgesamt mit 150 bezeichnete Steuerventil hat im wesentlichen fünf Gehäuseteile, die (von oben nach unten) mit 101, 102, 103, 104 und 105 bezeichnet sind. Den beiden oberen Gehäuseteilen 101 und 102 wird wiederum der zweite Druck p₂ zugeführt. Auf einer Kolbenstange 113 ist ein oberer, kleiner Kolben 112 befestigt, der durch den zweiten Druck p₂ beaufschlagt ist, außerdem ein mittlerer verhältnis­ mäßig großer Kolben 111, der von unten her durch den ersten Druck p₁ beaufschlagt ist und schließlich am unteren Ende ein Dämpfungskolben 114, der beidseitig durch den ersten Druck p₁ beaufschlagt ist. Der zuletzt genannte Dämpfungskolben 114 ist also bei den Druckregelvorgängen ohne Wirkung. Er dämpft nur die Bewegungen des gesamten Kolbensystems, so daß Schwingungen vermieden werden.

Das Gehäuseteil 102 bildet eine Zwischenwand 102a, in dem eine Kugelführungsbüchse 106 zur reibungsfreien Lagerung der Kolben­ stange 113 angeordnet ist. Durch die Zwischenwand 102a verlau­ fen mehrere Bohrungen 102b, so daß die Innenräume der Gehäuse­ teile 102 und 103 einen einzigen Niederdruckraum 3a′ bilden, in dem ein einheitlicher niedriger Druck p₃ herrscht. Eine zwei­ te Kugelführungsbüchse 116 zur Führung des unteren Teiles der Kolbenstange 113 ist in dem Gehäuseteil 104 angeordnet. Dieses Gehäuseteil hat Verbindungsbohrungen, die den Druck p₁ beiden Stirnseiten des Dämpfungskolbens 114 zuführen. Eine nur schema­ tisch angedeutete verstellbare Drossel 120 dient zum Justieren des Dämpfungseffektes.

Der mittlere Kolben 111, dessen untere Stirnfläche durch den ersten Druck p₁ und zusätzlich durch die Kraft einer Feder 117 beaufschlagt ist, verjüngt sich nach oben hin konisch mit einer Konizität zwischen 1 : 200 und 1 : 500.

Zwischen die oberen Gehäuseteile 101 und 102 ist eine auswech­ selbare Scheibe 118 eingesetzt. Diese hat eine zentrale Boh­ rung, deren Durchmesser dem Durchmesser des oberen Kolbens 112 entspricht. Diese beiden Bauteile 112 und 118 bilden mit ihren Steuerkanten den Überlaufspalt S2, der den zweiten Druck p₂ auf dem gewünschten Wert hält. Wenn es erforderlich wird, den Verhältniswert b der weiter oben erwähnten Regelgeraden zu ver­ ändern, so braucht man nur nach dem Entfernen des obersten Ge­ häuseteils 101 die Scheibe 118 und den Kolben 112 gegen ent­ sprechende Bauteile mit verändertem Bohrungs- und Kolbendurch­ messer auszutauschen.

Die Fig. 4 zeigt ein Drei-Walzen-Glättwerk einer Papiermaschi­ ne als Anwendungsbeispiel für das Steuerventil 50 gemäß Fig. 1 mit seinen Anschlußöffnungen (R), (S), (T) und (U). Dieses Ven­ til 50 ist über ein Zwischenstück 51 mit dem Joch 52 einer schwimmenden Walze 53 verbunden. Auf der Walze 53 liegt die starre Walze 54 und auf dieser die schwimmende Walze 153 mit Joch 152. Die schwimmenden Walzen 53, 153 haben zylindrische Walzenmäntel 55, 155, die über Wälzlager 56, 156 auf den Jochen 52, 152 drehbar gelagert sind. Druckräume 57, 157 werden durch Stirndichtungen 58, 158 und Längsdichtungen 59, 159 zwischen den Jochen 52, 152 und den Walzenmänteln 55, 155 abgegrenzt. Die schwimmende Walze 53 ist über kugelige Lagerbüchsen 60 mit den Gestellen 61 verbunden. Die Zwischenwalze 54 wird durch in den Gestellen längsverschiebliche Gleitlager 62 geführt. Das Joch 152 der oberen schwimmenden Walze 153 ist über kugelige Lagerbüchsen 160 direkt oder auch über nicht gezeigte zwischen­ geschaltete Lagerhebel mit den Kolbenstangen 63 der beiden Hy­ draulikzylinder 64 verbunden. Die Zylinder 64 stützen sich ebenfalls am Gestell 61 ab, über Gelenke 65.

Eine Druckluftleitung 66 führt einem Druckminderventil 67 Steuerluft zu. Der im Druckminderventil eingestellte Ausgangs­ druck ist am Manometer 68 angezeigt und stellt mit Hilfe des Differenzdruckregelventils 169 in der oberen schwimmenden Walze 153 den gewünschten hydraulischen Differenzdruck zwischen der Druckkammer 157 und der Leckkammer 170 ein.

Ein Additionsventil 71 erhöht den vom Druckminderventil 67 vor­ gegebenen Betrag um eine additive Konstante. Der Ausgangsdruck des Additionsventils ist am Manometer 72 ablesbar. Mit diesem Druck wird in der unteren schwimmenden Walze 53 der gewünschte hydraulische Differenzdruck p₁-p₃ zwischen Druckkammer 57 und Leckkammer 70 mit Hilfe des Differenzdruckregelventils 69 gesteuert.

Die genannten pneumatisch vorgesteuerten hydraulischen Dif­ ferenzdruckventile 69 und 169 sind aus der Literatur über schwimmende Walzen bekannt.

Voraussetzung für die hydraulischen Drücke in den schwimmenden Walzen 53 und 153 ist der Betrieb der Hydraulikpumpen 71 und 171, die über Leitungen 72, 73 und 172, 173 Öl in die Druck­ kammern 57 und 157 der Walzen 53 und 153 pumpen. Die in die Druckkammern 57, 157 gepumpten Ölmengen durchlaufen die Walzen und gelangen über Leitungen 74, 174, Differenzdruckregelventile 69, 169, sowie Leitungen 75, 175 in die Leckkammern 70, 170 und von dort über Leitungen 76, 176 und 77, 177 wieder zurück in den Öltank 78. Druckbegrenzungsventile 79, 179 sind lediglich als Sicherheit gedacht und im Normalbetrieb geschlossen.

Eine weitere Pumpe 80, mit Druckbegrenzungsventil 81, sorgt für Druckölzufluß über einen Strömungsverteiler 82 und die Leitun­ gen 84, 88 zu den Hydraulikzylindern 64. Eine an die Leitung 84 angeschlossene Zweigleitung 83 führt zum Gehäuseanschluß (T) des Steuerventils 50, das den Druck p₂ in den Leitungen 83, 84 einstellt. Dieser Druck p₂ beaufschlagt über die Leitungen 85 und 86 die Druckräume über den Kolben 87 der Zylinder 64.

Ein Teil des von Pumpe 80 geförderten Öls gelangt über Leitung 88, gesichert durch Druckbegrenzungsventil 89, zu den pneuma­ tisch vorgesteuerten Druckregelventilen 90, 91 und beaufschlagt über diese die Unterseiten der Kolben 87 der Zylinder 64. Die Druckregelventile 90, 91 werden über pneumatische Druckregler 92, 93 vorgesteuert. Die Vorsteuerdrücke sind an den Manometern 94, 95 ablesbar.

In der Rücklaufleitung 96 vom Gehäuseanschluß (U) des Steuer­ ventils 50 kann ein Druckbegrenzungsventil 97 angeordnet wer­ den, um einen gewünschten Druck p₄ im Steuerventil 50 einzu­ stellen, falls man diesen Druck (anstelle einer Feder) zum Er­ zeugen einer Zusatzkraft F5 benötigt.

Das dargestellte Schema zeigt die große Einfachheit des erfin­ dungsgemäßen Regelsystems.

Mit dem Druckregelventil 67 wird die Linienkraft zwischen der Oberwalze 153 und der Zwischenwalze 54 eingestellt. Das Druck­ erhöhungsventil 71 besorgt automatisch eine Erhöhung des Druckes p₁ im Druckraum 57 der Unterwalze 53 gegenüber dem Druck im Druckraum 157 der Oberwalze 153. Der Differenzbetrag entspricht der Wirkung des Eigengewichtes der Zwischenwalze 54 samt eventueller Zusatzlasten. Die Unterseiten der Kolben 87 sind mit einem bestimmten Vordruck beaufschlagt, dem bei Li­ nienkraft "Null" zwischen den Walzen 54 und 153 ein entspre­ chender Gegendruck über den Kolben 87 entspricht. Die Höhe die­ ses Gegendruckes wird im Steuerventil 50 durch Einstellen einer bestimmten Zusatzkraft F5 bestimmt. Man kann nun durch Betäti­ gung des Druckreglers 67 jede gewünschte Linienkraft einstel­ len. Dabei sorgt das Steuerventil 50 immer für die entsprechen­ de Relation zwischen den Walzeninnendrücken und den äußeren Anpreßdrücken in den Zylindern 64. Durch Betätigung der Druck­ regler 92, 93 können einseitig oder beidseitig die äußeren An­ preßdrücke zwecks Korrektur nach oben oder unten beliebig ver­ ändert werden.

Claims (11)

1. Steuerventil zum Einstellen eines in einem ersten hydrauli­ schen Drucksystem herrschenden ersten Druckes (p₁) und eines in einem zweiten hydraulischen Drucksystem herrschen­ den zweiten Druckes (p₂) in Abhängigkeit vom ersten Druck, mit den folgenden Merkmalen:

• a) ein in einem Gehäuse (4, 9) des Steuerventils (50) ver­ schiebbarer Kolben (1, 2) besitzt an seinen beiden En­ den je eine Stirnfläche (A1) bzw. (A2), von denen die erste in einem ersten Druckraum (1a) mit dem ersten Druck (p₁) und die zweite in einem zweiten Druckraum (2a) mit dem zweiten Druck (p₂) beaufschlagbar ist;
• b) der Kolben (1, 2) und das Gehäuse (4, 9) bilden einen ersten Überlaufspalt (S1), der den ersten Druckraum (1a) mit einem Niederdruckraum (3a) verbindet, wenn der zweite Druck (p₂) einen gewünschten Wert unterschreitet;
• c) der Kolben (1, 2) bildet außerdem mit dem Gehäuse (4, 9) einen zweiten Überlaufspalt (S2), der den zweiten Druckraum (2a) öffnet, wenn der zweite Druck (p₂) den gewünschten Wert übersteigt;

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) der Kolben (1, 2) eine dem ersten Druck (p₁) entgegen­ wirkende Gegendruckfläche (A3) aufweist, die durch den im Niederdruckraum (3a) herrschenden Druck (p₃) beauf­ schlagt ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die fol­ genden Merkmale:

• a) der erste Druckraum (1a), in dem der erste Druck (p₁) herrscht, ist über eine Leitung (73) an eine Druckkam­ mer (57) angeschlossen, die in einer zu einer Walzen­ presse gehörenden Durchbiegungseinstellwalze (53) zwi­ schen ihrem Walzenmantel (55) und ihrem Joch (52) vor­ handen ist und zur Übertragung einer Anpreßkraft dient;
• b) der zweite Druckraum (2a), in dem der zweite Druck (p₂) herrscht, ist über weitere Leitungen (83, 84) an zur Walzenpresse gehörende Hydraulikzylinder (64) ange­ schlossen, die zum gegenseitigen Anpressen zweier Wal­ zen (53, 153) dienen, von denen eine die besagte Durch­ biegungseinstellwalze (53) ist;
• c) der Niederdruckraum (3a) ist an die Leckkammer (70) der Durchbiegungseinstellwalze (53) angeschlossen.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1′, 2′), ausgehend von der einen Stirnfläche (A1), einen Zusatzkolben (5) aufweist, der in einer zusätz­ lichen Gehäusebohrung (31) geführt ist und dessen Durchmes­ ser (D5) vorzugsweise so groß gewählt ist, daß die wirksame Stirnfläche (A1) gleich der Gegendruckfläche (A3) ist (Fig. 2).

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an wenigstens einer der beiden Stirnflä­ chen (A1, A2) eine Zusatzkraft (F5) angreift, vorzugsweise in Form der Kraft einer Feder (17) oder der Druckkraft eines auf den Zusatzkolben (5) wirkenden Druckes (p₅).

5. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die den Überlaufspalt (S2) bildende Steuerkante des Kolbens (2) unmittelbar an der vom zweiten Druck (p₂) beaufschlagten Kolben-Stirnfläche (A2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der vom zweiten Druck (p₂) beaufschlagten Kolben-Stirnfläche (A2) und zugleich der Durchmesser des Überlaufspaltes (S2) dadurch veränder­ bar sind, daß diejenigen Teile des Kolbens und des Gehäu­ ses, welche die Steuerkanten für den Überlaufspalt (S2) tragen, gegen entsprechende Bauteile unterschiedlicher Grö­ ße austauschbar sind.

6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Niederdruckraum (3a′) vorhanden ist, in den beide Überlaufspalte (S1 und S2) münden (Fig. 3).

7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des einzigen Niederdruckraumes (3a′) eine im Ge­ häuse angeordnete Führungsbüchse (106) für den Kolben (111, 112, 113) vorgesehen ist, vorzugsweise in Form einer an sich bekannten Kugelführungsbüchse.

8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeich­ net durch die folgenden Merkmale:

• a) das Gehäuse (4, 9) begrenzt mittels einer Zwischenwand (12′) zwei separate Niederdruckräume (3a und 4a);
• b) durch eine Bohrung der Zwischenwand (12′) erstreckt sich ein die Stirnflächen (A1 und A2) verbindender Kolben-Teil (2′), dessen Durchmesser (Do) gleich dem Durchmesser der vom zweiten Druck (p₂) beaufschlag­ ten Stirnfläche (A2) ist (Fig. 2).

9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an wenigstens einem der Steuerkantenpaare entweder der Kolben oder die Gehäusebohrung derart konisch ist, daß sich der dort befindliche Ringspalt in Richtung der Überlaufströmung erweitert, wobei die Konizität vor­ zugsweise zwischen 1 : 200 und 1 : 500 beträgt.

10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es am Joch (51) einer Durchbiegungsein­ stellwalze (53) angeordnet ist, wobei sein erster Druckraum (1a) im wesentlichen unmittelbar mit demjenigen Walzen- Druckraum (57) verbunden ist, der die Anpreßkraft vom Joch (51) auf den Walzenmantel (55) überträgt.