DE60209595T2 - Proportionalventil, insbesondere für die Zufuhr von Druckluft an einer Glasformmaschine - Google Patents

Proportionalventil, insbesondere für die Zufuhr von Druckluft an einer Glasformmaschine Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Proportionalventil-Vorrichtung, insbesondere zum Zuführen von Druckluft an eine Glasformmaschine.
  • In der Glasindustrie werden hohle Glasartikel auf sogenannten I.S.-Formmaschinen hergestellt, welche eine Anzahl von luftbetriebenen Betriebseinheiten aufweisen, wobei zumindest einige dieser mittels jeweiliger Proportionalventil-Vorrichtungen versorgt und gesteuert werden.
  • Bei den meisten Anwendungen weisen die Proportionalventile eine längliche Außenummantelung, in welcher die Einlass-, die Auslass- und die Entleerungsöffnungen ausgebildet sind, und eine Hülse auf, die in der Ummantelung aufgenommen ist und die eine Anzahl von Vorsprüngen aufweist, die in fluiddichter Weise mit der Innenfläche der Ummantelung zusammenpassen.
  • Zum Öffnen/Schließen der unterschiedlichen Öffnungen wird normalerweise die Hülse auf der einen Seite innerhalb der Ummantelung mittels eines elektrischen Linearstellgliedes axial bewegt und auf der anderen mittels einer Gegenwirkung, die durch das Zusammenwirken einer Rückstell-Schraubenfeder und des mittels der Ventilvorrichtung zugeführten Druckfluids bestimmt wird. Die Feder weist normalerweise einen Endabschnitt, der in einen Sitz in der Ummantelung eingesetzt ist, und einen gegenüberliegenden Endabschnitt auf, der mit einem axialen Vorsprung zusammengepasst ist, der integral mit der Hülse ist.
  • Obwohl an üblichen Formmaschinen weit verbreitet, erfüllen bekannte Ventilvorrichtungen der oben genannten Art nicht die Anforderungen moderner Glasformmaschinen in Bezug auf die Ansprechgeschwindigkeit und das Wiederholtpositionieren. Dies ist so, weil die auf die Hülse ausgeübte Gegenwirkung nicht immer ausschließlich axial ist und in vielen Fällen – infolge von Bearbeitungs-, Positionier- und Montagetoleranzen und/oder einer Verformung unter Last – eine radiale Komponente aufweist, die in Richtung und Intensität unkontrollierbar variiert. Das Vorhandensein von Komponenten quer zur Bewegungsrichtung der Hülse beeinflusst den Gleitwiderstand der Hülse innerhalb der Ummantelung und erzeugt lokalen Verschleiß, welcher die Ansprechzeit, die Abdichtung und die Betriebsgenauigkeit beeinträchtigt und welcher nebenher offensichtlich eine Erhöhung im Fluidzuführdruck verstärkt.
  • US 5,417,241 offenbart eine Ventilanordnung, bei welcher Relativbewegungsmittel zwischen der Hülse und der Reaktionsfeder angeordnet sind. Relativbewegungsmittel sind ebenfalls vorgesehen bei dem in US 5,918,630 offenbarten Ventil.
  • Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Proportionalventil-Vorrichtung zu schaffen, die so konstruiert ist, dass sie eine einfache und kostengünstige Lösung für die oben genannten Nachteile bereitstellt.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Proportionalventil-Vorrichtung, insbesondere zum Zuführen von Druckluft an eine Glasformmaschine, wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die einen Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Proportionalventil-Vorrichtung gemäß den Lehren der Erfindung zeigt.
  • Nummer 1 in der beigefügten Zeichnung bezeichnet eine Proportionalventil-Vorrichtung zum Zuführen von Druckluft an eine Betriebseinheit 2 einer Maschine 3 zum Formen hohler Glasartikel.
  • Die Ventilvorrichtung 1 weist ein Außengehäuse 4 auf, das seinerseits einen zylindrischen, rohrförmigen Körper 5 mit einer Längsachse 6 und zwei gegenüberliegenden Axialöffnungen 7 und 8 aufweist, wobei die Öffnung 7 in fluiddichter Weise mittels eines bekannten, elektrischen Linearstellgliedes 9 verschlossen ist, das sich koaxial zu der Achse 6 erstreckt, und wobei die Öffnung 8 in fluiddichter Weise mittels einer Endkappe 10 verschlossen ist, die mittels einer Anzahl von Schrauben 11 integral mit dem Körper 5 verbunden ist.
  • Die Kappe 10 definiert eine zylindrische, innere Sackaufnahme 12, welche sich koaxial zu der Achse 6 erstreckt und in der ein Endabschnitt eines becherförmigen Körpers 13 in Eingriff ist, wobei eine Bodenwand 14 dessen an der Kappe 10 anliegt und eine Seitenwand 15 dessen sich innerhalb des Körpers 5 erstreckt und in fluiddichter Weise mit dem Körper 5 zusammengepasst ist.
  • Der becherförmige Körper 13 ist mittels noch eines rohrförmigen Körpers oder einer Buchse 18 der Ventilvorrichtung 1 gegen die Kappe 10 geklemmt. Die Buchse 18 ist ebenfalls im Körper 5 aufgenommen, erstreckt sich entlang der verbleibenden Länge des Körpers 5 koaxial zu der Achse 6, ist mit dem Körper 5 in fluiddichter Weise zusammengepasst und weist eine Anzahl von Fluideinlassöffnungen 19, die mit jeweiligen Fluidzuführleitungen 19a in Verbindung stehen, die in dem Körper 5 ausgebildet sind, eine Anzahl von Auslassöffnungen 20, die mit einer Auslassleitung 20a in Verbindung stehen, die durch den Körper 5 hindurch ausgebildet ist zum Zuführen von Druckfluid zur Betriebseinheit 2, und eine Anzahl von Endleerungsöffnungen 21 auf.
  • Ein bekannter Schieber 22 gleitet in der Buchse 18 axial in entgegengesetzte Richtungen und weist eine Anzahl von Radialvorsprüngen 22a zum Öffnen/Schließen der Öffnungen 19, 20 und 21, einen Endabschnitt 23, der direkt an dem bewegbaren Ausgabeelement des elektrischen Linearstellgliedes 9 anliegt, und einen gegenüberliegenden Endabschnitt 24 auf, der dem becherförmigen Körper 13 zugewandt ist und der mit einer Reaktionseinrichtung 25 verbunden ist zum ausschließlichen Ausüben axialer Wirkungen, die entgegengesetzt zu jenen sind, die von dem Linearstellglied 9 ausgeübt werden.
  • Wie in der beigefügten Figur gezeigt, weist die Einrichtung 25 eine Feder 26 auf, die koaxial zu der Achse 6 in dem Hohlraum des becherförmigen Körpers 13 aufgenommen ist, wobei deren eines Ende an der Wand 14 anliegt und das gegenüberliegende Ende an dem Kopf 27 einer Stößelstange 28 anliegt, die koaxial zu der Achse 6 ist. Die Stößelstange 28 weist einen zylindrischen Schaft 22b auf, der einen Außendurchmesser hat, der kleiner als jener der Vorsprünge 22a und damit kleiner als der Innendurchmesser der Buchse 18 ist, und gleitet in entgegengesetzte Richtungen und in fluiddichter Weise in einem Durchgangsloch 29 einer rohrförmigen Führung 30, das koaxial zur Achse 6 ist. Die Führung 30 ist teilweise und in fluiddichter Weise in dem becherförmigen Körper 13 aufgenommen, wird von der Buchse 18 gegen eine Schulter des becherförmigen Körpers 13 geklemmt und definiert zusammen mit der Stößelstange 28, der Führung 30 und dem becherförmigen Körper 13 eine Kammer 31, die den Kopf 27 und die Feder 26 aufnimmt und die über eine Leitung 31a mit den Auslassöffnungen 20 in Verbindung steht.
  • Die Stößelstange 28 ist separat und mit Abstand von dem Schieber 22 angeordnet, steht axial aus der Führung 30 vor und endet an dem dem Schieber 22 zugewandten Ende in einem hohlen, länglichen Abschnitt 32, welcher einen konischen Endsitz 33, der in Richtung zu dem Schieber 22 hin offen ist, und einen Axial-Sackhohlraum 34 definiert.
  • Der Sackhohlraum 34 erstreckt sich von dem konischen Sitz 33 und steht mit diesem in Verbindung und ist von einer konischen Bodenfläche begrenzt, die noch einen geraden, auf geweiteten konischen Sitz 35 definiert, der mit axialem Abstand von dem konischen Sitz 33 angeordnet ist und der eine größere Aufweitung als der konische Sitz 33 aufweist.
  • Die Stößelstange 28 bildet einen Teil einer Kuppeleinrichtung 37, welche ferner ein Kuppelelement 38 aufweist, das zwischen dem Schieber 22 und der Stößelstange 28 angeordnet und separat von beiden ist.
  • Genauer gesagt weist das Kuppelelement 38 einen Zwischen-Kugelkopf 39 auf, der teilweise und bewegbar in dem Sitz 33 und noch einem geraden, auf geweiteten, konischen Sitz 40 in Eingriff ist. Der Sitz 40 ist in einem Endabschnitt 24 des Schiebers 22 ausgebildet und definiert zusammen mit dem konischen Sitz 33 ein Selbstanpassungs-Kugelkopfgelenk 41. Der Sitz 40 steht über eine Passage, die koaxial zu der Achse 6 in dem Schieber 22 ausgebildet ist und die über eine Innenschulter mit einem Hohlraum 42 verbunden ist, mit dem Hohlraum 42 in Verbindung. Der Hohlraum 42 nimmt einen Haltekopf 44 auf, welcher an der Innenschulter anliegt und welcher mittels einer Stange 45, die bewegbar in der Passage in Eingriff ist und die in bekannter Weise mit dem Kopf 44 verbunden ist, mit dem Kopf 39 verbunden ist.
  • Wie in der beigefügten Figur gezeigt, weist das Element 38 ferner eine zylindrische Stößelstange 46 auf, die radial bewegbar in dem Hohlraum 34 in Eingriff ist und die in einem halbkugelförmigen Ende 47 endet, das im Außendurchmesser kleiner als der Kopf 39 ist und das in dem Sitz 35 aufgenommen ist, so dass noch ein Selbstanpassungs-Kugelkopfgelenk 48 gebildet ist, das mit axialem Abstand von und in Reihe zu dem Gelenk 41 angeordnet ist.
  • Bei der tatsächlichen Verwendung drückt die Gegenwirkung der Feder 26 und des Fluids in der Kammer 31 an dem Kopf 27 der Stößelstange 28 die Stößelstange 28, das Kuppelelement 38 und den Schieber 22 gegeneinander. Zum Demontieren der Vorrichtung 1 werden die Stößelstange 28 und das Kuppelelement 38 mittels einfachen axialen Herausziehens voneinander entkuppelt, weil das Element 38 axial von dem Kopf 44 gehalten wird und sich daher zusammen mit dem Schieber 22 bewegt. Die Stößelstange 28, das Element 38 und die Gelenke 41 und 48, die in Reihe zueinander angeordnet sind, verhindern, dass Querkomponenten und/oder Momente von der Feder 26 oder der Wirkung des Fluids an dem Schieber 22 erzeugt werden, so dass der Schieber 22 unabhängig von den Bearbeitungs- und Montagetoleranzen der unterschiedlichen Komponenten, einer Verformung und/oder einer Belastung der Feder 26 sowie dem Fluidzuführdruck jederzeit in ausschließlich axialen Betriebsbelastungszuständen arbeitet.
  • Die Tatsache, dass Schub ausschließlich entlang der Achse 6 ausgeübt wird, resultiert in schneller und genauer Bewegung des Schiebers 22 und in gleichmäßigem Verschleiß der Buchse und der Gleitteile des Schiebers 22, so dass am besten für die unterschiedlichen Produktionszustände geeignete Wirkungen oder Kräfte an die Betriebseinheiten 2 der Maschine 3 übertragen werden können und auf diese Weise die Produktionszeit minimiert und die Endproduktqualität verbessert wird.
  • Im Gegensatz zu bekannten Lösungen bedeutet ferner die Tatsache, dass die Stößelstange 28 in fluiddichter Weise in dem Loch 29 in Eingriff ist, dass der Fluiddruck ausschließlich an dem Kopf 27 der Stößelstange 28 wirkt, der dem Abschnitt 24 des Schiebers 22 abgewandt ist, so dass die Durchflussmenge der Ventilvorrichtung mittels Anpassens des Außendurchmessers der Vorsprünge 22a angepasst werden kann, ohne Änderung in der von dem Fluid ausgeübten Gegenwirkung, welche bei bekannten Lösungen proportional zu der Veränderung der Größe der Vorsprünge variiert. Mit anderen Worten ist es, da die Vorsprünge 22a und der Kopf 27 unabhängig in der Größe anpassbar sind, möglich, bei gegebenem Fluidzuführdruck unabhängig von der Durchflussmenge der Ventilvorrichtung die von dem Fluid ausgeübte Gegenwirkung vorzukonfigurieren, so dass im Gegensatz zu bekannten Lösungen das gleiche Linearstellglied für unterschiedliche Durchflussmengen der Ventilvorrichtung verwendet werden kann.
  • Es ist offensichtlich, dass an der wie hierin beschriebenen Ventilvorrichtung 1 Veränderungen durchgeführt werden können ohne jedoch vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können eines oder mehrere der Relativbewegungselemente, die zwischen der Feder 26 und dem Schieber 22 angeordnet sind, anders als jene ausgebildet sein, die beispielhaft angegeben wurden, vorausgesetzt, dass sie verhindern, dass durch die Feder und die Fluidzufuhr Kräfte quer zur Gleitachse 6 des Schiebers 22 an den Schieber übertragen werden und auf diese Weise unerwünschte und unvorhersehbare Reibungskomponenten erzeugen.

Claims (17)

  1. Proportionalventil-Vorrichtung (1), insbesondere zum Zuführen von Druckluft an eine Glasformmaschine (3), wobei die Vorrichtung (1) aufweist: einen rohrförmigen Körper (18) mit einer Achse (6) sowie einer Einlassöffnung (19) und einer Auslassöffnung (20) für ein Betriebsfluid, wenigstens ein bewegbares Schieberelement (22), das in dem rohrförmigen Körper (18) aufgenommen ist, ein Linearstellglied (9) zum Ausüben einer Steuerungswirkung auf das Schieberelement, und Reaktionsmittel (26) (27) zum Ausüben einer Gegenwirkung, die entgegengesetzt zur Steuerungswirkung ist, auf das Schieberelement und zum Bewegen des Schieberelements (22) entlang der Achse (6), ein Relativbewegungsmittel (37), das zwischen den Reaktionsmitteln (26) (27) und dem Schieberelement (22) angeordnet ist, wobei das Relativbewegungsmittel (37) ein Drückelement (28), das von dem Schieberelement (22) getrennt ist, und Kuppelmittel (38) aufweist zum Verbinden des Drückelementes mit dem Schieberelement (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelmittel einen Einzel-Kupplungskörper (38) aufweisen, der separat von dem Drückelement (28) und dem Schieberelement (22) ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Aufweisen von Führungsmitteln (30) zum Führen des Drückelements (28) entlang der Achse (6).
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Relativbewegungsmittel (37) Selbstanpassungs-Gelenkverbindungsmittel (41) (48) aufweist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkverbindungsmittel ein erstes (41) und ein zweites (48) Kugelkopfgelenk aufweisen.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (41) und das zweite (48) Kugelkopfgelenk entlang der Achse (6) mit Abstand voneinander angeordnet sind.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (41) und das zweite (48) Kugelkopfgelenk in Reihe angeordnet sind.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (41) und das zweite (48) Kugelkopfgelenk jeweilige Kugelköpfe (39) (47) mit jeweils unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmittel elastische Reaktionsmittel (26) aufweisen, und dass von den Kugelkopfgelenken (41) (48) das Gelenk (48), das sich näher an den elastischen Reaktionsmitteln (26) befindet, dasjenige mit der Kugelfläche kleineren Radius ist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelköpfe (39) (47) integral miteinander verbunden sind.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelköpfe (39) (47) einen Teil eines einstückig ausgebildeten Körpers (38) bilden.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement (28) wenigstens einen (39) (47) der Kugelköpfe (39) (47) zumindest teilweise aufnimmt.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement (28) wenigstens einen (39) der Kugelköpfe (39) (47) mit radialem und axialem Spiel aufnimmt.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement (28) beide Kugelköpfe (39) (47) zumindest teilweise aufnimmt.
  14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelkopfgelenke jeweils gerade, konische, aufgeweitete Sitze (40) (35) aufweisen.
  15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement (28) von einer Endfläche (27) gebildet ist, an welcher das Fluid eine Gegenwirkung ausübt, die entgegengesetzt zur Steuerungswirkung ist.
  16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückelement (28) einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers (18) ist.
  17. Glasformmaschine (3), aufweisend: wenigstens eine Betriebseinheit (2), und Pneumatik-Zuführ-und-Steuerungsmittel zum Versorgen der Betriebseinheit (2) mit einem unter Druck stehenden Betriebsfluid, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatik-Zuführ-und-Steuerungsmittel wenigstens eine Ventil-Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisen.
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