DE3829686A1 - Druckregelventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einem bekannten Druckregelventil dieser Art (EP 00 47 848 A1) ist der Magnetanker des Elektromagneten kraftschlüssig mit dem den Ventilsitz für den Ventilkegel tragenden Ventilkörper verbunden. Die Stellung des Ventilkegels wird mittels des induktiven Wegaufnehmers abgegriffen. Aus dessen wegproportionalem Ausgangssignal wird nach Vergleich mit einem elektrischen Sollwertsignal im Differenzverstärker ein Steuersignal für den Proportionalmagneten generiert. Entsprechend der Erregung der Magnetwicklung wird der Magnetanker und mit diesem der Ventilkörper solange gegen die Kraft der Meßfeder verschoben, bis der über die Verschiebung des Ventilkörpers und die Längenänderung der Meßfeder mittels des Wegaufnehmers gemessene Istdruck mit dem Solldruck übereinstimmt. Ein solches Druckregelventil arbeitet mit hoher Regelgenauigkeit, da die Regelgröße Druck in einem geschlossenen Regelkreis eingestellt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Druckregelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Trennung von Proportionalmagnetanker und Ventilkörper und durch das Vorsehen einer fluidischen Steuerkammer zur Axialverschiebung des Ventilkörpers, deren Steuerdruck mittels des Proportionalmagneten eingestellt werden kann, eine hydraulische Vorsteuerung des Ventils erreicht wird. Der Vorsteuerdruck in der fluidischen Steuerkammer ist dem Druck an der ersten Anschlußöffnung (Arbeitsanschluß P) des Ventils proportional, jedoch um das Flächenverhältnis der Querschnittsfläche der Ventilöffnung zur Querschnittsfläche des Ventilkörpers reduziert. Wird die fluidische Steuerkammer mit einer weiteren Anschlußöffnung (Arbeitsanschluß A) versehen, so kann dieser elektrisch einstellbare Druck in der Steuerkammer zu Steuerzwecken verwendet werden. So ist es beim Einsatz des erfindungsgemäßen Druckregelventils in Kunststoffspritzgußmaschinen möglich, den Druck am Arbeitsanschluß A zum Steuern des Plastifiziervorgangs zu verwenden, während der Druck am Arbeitsanschluß P zum Steuern des Einspritz- und Nachdruckes dient.

Die Regelgenauigkeit des erfindungsgemäßen Druckregelventils ist gleich gut, da auch hier die Regelgröße Druck in einem geschlossenen Regelkreis eingestellt wird. Dabei wird durch die Stellgröße der Magnetanker derart verschoben, daß der dadurch in der Steuerkammer eingestellte, auf den Ventilkörper wirkende Druck eine Verschiebung des Ventilkörpers mit Ventilkegel und eine Längenänderung der Meßfeder in der Größe bewirkt, daß der am Sitzventil eingestellte Druck gleich dem Solldruck ist.

Das erfindungsgemäße Druckregelventil zeichnet sich durch eine lineare, vom Volumenstrom unabhängige Kennlinie und durch eine hohe Langzeitstabilität aus und kann kostengünstig durch Verwendung von Serienteilen hergestellt werden, beispielsweise durch Verwendung eines Ventilgehäuses mit einem N 6-Lochbild, bei dem die Arbeitsanschlüsse A und B abgeschlossen werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Anspruchs 1 angegebenen Druckregelventils möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung einen Längsschnitt eines Druckregelventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Zeichnung teilweise im Längsschnitt dargestellte Proportionaldruckregelventil weist ein Ventilgehäuse 10 auf, an dem axial ein Proportionalmagnet 40 angeflanscht ist. Das Magnetgehäuse 11 des Proportionalmagneten 40 ist aus fertigungstechnischen Gründen zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem mit dem Ventilgehäuse 10 unmittelbar verbundenen Gehäusesockel 111 und einem diesen übergreifenden Gehäusedeckel 112. Der im Querschnitt etwa T-förmig ausgebildete Gehäusesockel 111 weist eine koaxiale Stufenbohrung 12 mit einem Bohrungsabschnitt 121 und einem Bohrungsabschnitt 122 mit wesentlichen größeren Durchmesser auf. In dem Bohrungsabschnitt 122 ist ein Magnetanker 13 axial verschieblich geführt, der mit einem durch den Bohrungsabschnitt 121 hindurchtretenden Stößel 14 starr verbunden ist. Auf dem zylindrischen Längsteils des Sockels 111 ist ein Spulenträger 15 aufgesetzt, der eine Erreger- oder Magnetspule 16 trägt. Die Magnetspule 16 ist über einen schematisch angedeuteten Stecker 17 mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 18 verbunden. Der über den Gehäusesockel 111 gestülpte Gehäusedeckel 112 deckt den Bohrungsabschnitt 122 und die Magnetspule 16 ab.

Koaxial zu der Stufenbohrung 12 ist im Ventilgehäuse 10 eine längsdurchgehende Mittelbohrung 19 vorhanden, die an den beiden Stirnseiten des Ventilgehäuses 10 jeweils in einen Bohrungsabschnitt 191 bzw. 192 mit etwas vergrößertem Durchmesser übergeht. Das Ventilgehäuse ist ein Standardgehäuse mit einem N 6-Lochbild und vier Anschlußöffnungen oder Ventilanschlüsse, die mit P, T, A und B bezeichnet sind. In dem hier vorliegenden Anwendungsfall sind die Anschlußöffnungen A und B verschlossen, die Anschlußöffnung T wird an einen hydraulischen Entlastungsraum gelegt, während an der Anschlußöffnung P das zu regelnde Druckmedium, hier Hydraulikflüssigkeit, liegt. Die Anschlußöffnungen bzw. Ventilanschlüsse P und T liegen nicht in der in der Zeichnung liegenden Schnittebene und sind daher nicht zu sehen. Die Mittelbohrung 19 weist fünf im Axialabstand voneinander angeordnete Ringnuten 21-25 auf. Die Ringnuten 21 und 25 stehen über einen Verbindungskanal 20 miteinander in Verbindung. Die Ringnuten 21-24 sind über jeweils eine Radialbohrung 26-29 mit einem der Ventilanschlüsse T, P, A und B verbunden. Die zu den Ventilanschlüssen P und T führenden Radialbohrungen 26 und 28 sind strichliniert angedeutet. Wie erwähnt, sind die Ventilanschlüsse A und B verschlossen.

In der Mittelbohrung 19 ist einerseits ein Steuerschieber 30 und andererseits ein Ventilkörper 31 axial verschieblich geführt. Der Steuerschieber 30 ist kraftschlüssig mit dem Stößel 14 des Proportionalmagneten 40 verbunden. Hierzu stützt sich eine in dem Bohrungsabschnitt 191 einliegende, den Steuerschieber 30 koaxial umgebende Regelfeder 32 einerseits am Ventilgehäuse 10 und andererseits an einem mittels eines Sprengringes 34 am Steuerschieber 30 gehaltenen Federteller 33 ab. Der Steuerschieber 30 begrenzt mit seiner magnetfernen Stirnfläche 301 eine Steuerkammer 35, die von der Ringnut 24 gebildet ist. Auf seinem Umfang trägt der Steuerschieber 30 eine axial verlaufende Steuernut 36, die bis hin zu seiner Stirnfläche 301 reicht und eine Verbindung zwischen der Steuerkammer 35 und der Ringnut 25 mit je nach Stellung des Steuerschiebers 30 unterschiedlichem Öffnungsquerschnitt herstellt.

Die Steuerkammer 35 wird auf der anderen Seite von der Stirnfläche 311 des Ventilkörpers 31 begrenzt. Der Ventilkörper 31 weist eine koaxile längsdurchgehende Mittelbohrung 37 auf, die an der steuerkammerfernen Stirnfläche 312 des Ventilkörpers 31 von einem Ventilsitz 38 umschlossen wird. An dem in der Stirnfläche 311 des Ventilkörpers 31 mündenden Ende ist die Mittelbohrung 37 von einer Regelblende 39 abgeschlossen. Über eine radial verlaufende Querbohrung 41 steht die Mittelbohrung 37 in ständiger Verbindung mit der Ringnut 23. Mit dem Ventilsitz 38 arbeitet ein Ventilkegel 42 zum Öffnen und Schließen der von dem Ventilsitz 38 umschlossenen Ventilöffnung 43 zusammen, der bis in den Bohrungsabschnitt 192 der Mittelbohrung 19 hineinragt. Die stirnseitige Öffnung des Bohrungsabschnittes 192 wird von dem Gehäuse 45 eines Wegaufnehmers oder Wegsensors 46 abgedeckt. Der in Aufbau und Funktionsweise bekannte, induktiv arbeitende Wegsensor 46 erfaßt den Verschiebeweg des Ventilkegels 42. Hierzu ist der Ventilkegel 42 mechanisch mit einem als Ferritkern ausgebildeten beweglichen Teil 47 des Wegsensors 46 verbunden und wird durch eine Meßfeder 48, die sich zwischen Ventilkegel 42 und Gehäuse 45 des Wegsensors 46 abstützt in Richtung Ventilsitz 38 belastet. Der elektrische Ausgang des Wegsensors 46 ist mit einem Eingang 49 des Differenzverstärkers 18 verbunden, an dessen anderem Eingang 50 ein elektrisches Sollwertsignal für einen gewünschten Regeldruck liegt.

Die Wirkungsweise des Druckregelventils ist wie folgt:

Der in den Ventilanschluß P und damit in die Ringnut 23 fließende Druckmittelstrom ist stromaufwärts durch eine Drossel oder ein Stromregelventil in seiner Größe begrenzt. Über die Regelblende 39 wird die Steuerkammer 35 mit Druckmittel gefüllt. Bei unerregtem Proportionalmagneten 40 ist die Steuerkammer 35 über die Steuernut 36 mit der Ringnut 25 und über den Ventilanschluß T mit einem Entlastungsraum verbunden. Der in der Ringnut 23 herrschende Druck kann sich über die Querbohrung 41 und die Mittelbohrung 19 zum Ringkanal 21 und damit über den Ventilanschluß T zu dem Entlastungsraum hin abbauen. Hierbei bildet der Ventilkegel 42 mit dem Ventilsitz 38 eine Drosselstelle. Die an dieser Drosselstelle entstehende Druckdifferenz wirkt über die Angriffsfläche des Ventilkegels 42 als eine druckproportionale Kraft auf die Meßfeder 48. Die Meßfeder 48 erfährt dabei eine druckproportionale Längenänderung. Letztere führt zu einer entsprechenden Hubänderung des Ferritkerns 47 im Wegsensor 46. Dessen elektrisches Ausgangssignal steht als Istwertsignal am Eingang 49 des Differenzverstärkers 18 an. Ist an dem Eingang 50 des Differenzverstärkers 18 ein einem gewünschten Solldruck entsprechendes Sollwertsignal angelegt, so erhält der Proportionalmagnet 40 infolge der Differenz zwischen Soll- und Istwert an den beiden Eingängen 49, 50 des Differenzverstärkers 18 ein Stellsignal. Dadurch wird der Steuerschieber 30 über den Stößel 14 und den Magnetanker 13 so weit verschoben, daß sich in der Steuerkammer 35 ein Steuerdruck bestimmter Größe einstellt. Dieser verschiebt wiederum den Ventilkörper 31 soweit nach rechts, daß die Vorspannung der Meßfeder 48 erhöht wird. Der Ventilkegel 42 hebt damit erst bei einem höheren Druck in der Mittelbohrung 19 von dem Ventilsitz 38 ab, so daß der Druck in der Ringkammer 23 und damit am Ventilanschluß P auf einen höheren Druckwert eingeregelt wird. Durch Verschieben des Steuerschiebers 30 infolge der Ansteuerung des Proportionalmagneten 40 wird der Druck in der Steuerkammer 35 im geschlossenen Regelkreis so eingestellt, daß der Hub des Ventilkegels 42 - gemessen durch den Wegaufnehmer 46 - den durch den Sollwert am Eingang 50 des Differenzverstärkers 18 definierten Wert erreicht.

Bei Einsatz des Druckregelventils zum Steuern einer Kunststoffspritzgußmaschine wird der Ventilanschluß A geöffnet und der Druck in der Steuerkammer 35, der proportional dem Druck am Ventilanschluß P, jedoch um das Verhältnis der Querschnittsflächen von Ventilöffnung 43 und Ventilkörper 31 reduziert ist, zur Steuerung des Plastifiziervorgangs verwendet, während der am Ventilanschluß P eingeregelte Druck zur Steuerung des Einspritz- und Nachdruckes dient.

Claims (7)

1. Druckregelventil mit einem mindestens zwei Anschlußöffnungen aufweisenden Ventilgehäuse, an deren erster Anschlußöffnung ein zu regelnder fluidischer Druck anlegbar und an deren zweiter eine Entlastungsleitung anschließbar ist, mit einem im Ventilgehäuse axial verschiebbaren Ventilkörper, der einen eine Ventilöffnung umschließenden Ventilsitz trägt, mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkegel, der von einer gehäusefest sich abstützenden Meßfeder in Schließrichtung der Ventilöffnung belastet ist, mit einem den Hub des Ventilkegels erfassender Wegaufnehmer, der ein hubproportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt, mit einem Proportionalmagneten zum Verschieben des Ventilkörpers und mit einem Differenzverstärker, an dessen Eingängen das elektrische Ausgangssignal des Wegaufnehmers und ein einem Solldruck entsprechendes elektrisches Sollwertsignal liegt und dessen Ausgang mit dem elektrischen Eingang des Proportionalmagneten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ventilsitz (38) abgekehrte Stirnseite (311) des Ventilkörpers (31) eine Steuerkammer (35) begrenzt, deren fluidischer Steuerdruck mittels eines durch den Proportionalmagneten (40) betätigten Steuerschiebers (30) einstellbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (35) über einen Stromregler, vorzugsweise eine Regelblende (39), in ständiger Verbindung mit der ersten Anschlußöffnung (P) steht und über einen vom Steuerschieber (30) einstellbaren Öffnungsquerschnitt mit der zweiten Anschlußöffnung (T) verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (31) und der Steuerschieber (30) in einer Mittelbohrung (19) im Ventilgehäuse (10) axial verschieblich einliegen, daß die Mittelbohrung (19) eine im Axialabstand zur Steuerkammer (35) angeordnete Ringnut (25) aufweist, die mit der zweiten Anschlußöffnung (T) verbunden ist, und daß der Steuerschieber (30) auf seinem Umfang eine bis zu seiner die Steuerkammer (35) begrenzenden Stirnseite (301) verlaufende axiale Steuernut (36) trägt, welche die Verbindung zwischen Steuerkammer (35) und Ringnut (25) mit je nach Steuerschieberstellung unterschiedlichem Öffnungsquerschnitt herstellt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ventilkegel (42) und ggf. die Meßfeder (48) aufnehmende Auslaßabschnitt (21) der Mittelbohrung (19) mit der zweiten Anschlußöffnung (T) in ständiger Verbindung steht, daß die Mittelbohrung (19) zwischen dem Auslaßabschnitt (21) und der Ringnut (25) mit einer weiteren Ringnut (23) versehen ist, die mit der ersten Anschlußöffnung (P) in ständiger Verbindung steht, und daß der Ventilkörper (31) eine längsdurchgehende koaxiale Axialbohrung (37) aufweist, an deren einem Ende der Ventilsitz (38) und an deren anderem Ende die Regelblende (39) angeordnet ist und die über eine Radialbohrung (41) ständig mit der weiteren Ringnut (23) verbunden ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (30) von einer gehäusefest sich abstützenden Regelfeder (32) entgegen der Wirkrichtung des Proportionalmagneten (40) belastet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (35) mit einer weiteren Anschlußöffnung (A) im Ventilgehäuse (10) in Verbindung steht, die wahlweise abschließbar ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (10) ein N6-Lochbild-Standardgehäuse mit vier Ventilanschlüssen (A, B, P, T) ist, von denen der Ventilanschluß P die erste, der Ventilanschluß T die zweite und der Ventilanschluß A die weitere Anschlußöffnung bildet und der Ventilanschluß B stets verschlossen ist.