DE8631700U1 - Differential area switching valve - Google Patents
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Description
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Dipl..-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. JochemPatent attorneys
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
6000 Frankfurt/Main Staufenstraße 366000 Frankfurt/Main Staufenstrasse 36
Anm.: Lothar Schmitt GmbH
Gleisstraße 4-6
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Differenzflächen-Schaltventi1Differential area switching valve1
Die Neuerung betrifft ein Differenzflächen-Schaltventil zum gesteuerten
Anschließen eines Verbrauchers an eine pneumatische
Energiequelle mittels eines innerhalb eines Gehäuses längsverschieblichen Ventilkörpers mit zwei entgegengesetzt gerichteten
Steuerflächen unterschiedlicher Größe, von denen die kleinere
dem Druck der Energiequelle in Öffnungsrichtung und die größere einem veränderbaren pneumatischen Steuerdruck in Absperrichtung
unterworfen sind, derart, daß beim Absenken des Steuerdrucks
unter einen bestimmten Wert der Ventilkörper aus seiner Absperrstellung
in seine Öffnungsstellung verschoben wird.The innovation concerns a differential area switching valve for the controlled connection of a consumer to a pneumatic
Energy source by means of a valve body which is longitudinally displaceable within a housing and has two oppositely directed control surfaces of different sizes, of which the smaller
the pressure of the energy source in the opening direction and the larger one is subjected to a variable pneumatic control pressure in the shut-off direction, such that when the control pressure is reduced
below a certain value the valve body is moved from its shut-off position to its open position.
Derartige Differenzflächen-Schaltventile finden in den verschiedensten pneumatischen Steuerungen Anwendung. Dabei spielt meistens die Umstellzeit zwischen Absperrstellung und Öffnungsstellung eine untergeordnete Rolle. Such differential area switching valves are used in a wide variety of pneumatic controls. The changeover time between the shut-off position and the open position usually plays a minor role.
In einigen Fällen ist jedoch ein möglichst schnelles öffnen des Ventils beim Absinken des Steuerdrucks auf einen bestimmten Wert dringend erwünscht. Ein Beispiel hierfür ist die Steuerung der pneumatischen Betätigung von Roboter-Schweißzangen derart, daß am Ende der Schließbewegung der Zangenbacken unter vermindertem Druck schlagartig eine Umschaltung auf den vollen Speisedruck zur Erzeugung der nötigen Anpreßkraft beim Widerstandsschweißen erfolgt. Zu diesem Zweck ist es bekannt (DE-OS 35 08 277) , im Zuluftstrang zum Betätigiingszylinder der Zange parallel zu einem Differenzdruckventil ein Differenzflächen-Schaltventil vorzusehen, dessen Steuerdruck vom Staudruck eines Drosselventils bestimmt wird, welches im Ablaufstrang angeordnet ist. Kommt die Zangenbewegung durch den Angriff der von den Zangenbacken getragenen Schweißelektroden am Werkstück zum Stillstand, endet der Abluftstrom, und der über das Drosselventil zusammenbrechende Staudruck bewirkt das öffnen des Differenzflächen-Schaltventils, das den vollen Speisedruck an den Betätigungszylinder freigibt.In some cases, however, it is urgently desired that the valve should open as quickly as possible when the control pressure drops to a certain value. An example of this is the control of the pneumatic actuation of robot welding guns in such a way that at the end of the closing movement of the gun jaws under reduced pressure, a sudden switchover to the full supply pressure takes place to generate the necessary contact pressure during resistance welding. For this purpose, it is known (DE-OS 35 08 277) to provide a differential area switching valve in the air supply line to the actuating cylinder of the gun, parallel to a differential pressure valve, the control pressure of which is determined by the dynamic pressure of a throttle valve that is arranged in the discharge line. If the movement of the tongs comes to a standstill due to the attack of the welding electrodes carried by the tongs jaws on the workpiece, the exhaust air flow ends and the back pressure collapsing via the throttle valve causes the opening of the differential area switching valve, which releases the full feed pressure to the actuating cylinder.
Herkömmliche Differenzflächen-Schaltventile haben sich für die Umschaltung auf den vollen Speisedruck zum Betätigungszylinder (Verbraucher) als zu langsam erwiesen. Ihre Umschaltzeit ist mit Werten in der Größenordnung von etwa 5o ms zu groß·.Conventional differential area switching valves have proven to be too slow for switching to the full feed pressure to the actuating cylinder (consumer). Their switching time is too long, with values in the order of about 50 ms.
Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Differenzflächen-Schaltventil der eingangs genannten Art zu schaffen, ~T\ mit dem sich wesentlich kürzere Umschaltzeiten aus der Absperrstellung in die Öffnungsstellung erzielen lassen.The innovation is therefore based on the task of creating a differential area switching valve of the type mentioned at the beginning, ~T\ with which significantly shorter switching times from the shut-off position to the open position can be achieved.
Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ventilkörper nach Art eines Tellerventils mit einer stirnseitigen Dichtfläche versehen ist, welche in der Absperrstellung dieAccording to the innovation, this task is solved by providing the valve body like a disk valve with a front sealing surface, which in the shut-off position
• ··
MUndung eines Speisedru ckkanals in eine mit dem Verbraucher verbundene Ventilkammer* verschließt, und daß der Ventilkörper einen Kolbenteil von wesentlich größerem Querschnitt als die Mündung des Speisedruckkanals aufweist, dessen Rückseite dem Steuerdruck unterworfen ist und dessen in der Absperrstellung über eine Blende entlüftete Vorderseite beim Abheben der Dichtfläche von der Mündung des Speisedruckkanals unter dessen Druck gelangt.The valve body closes the opening of a feed pressure channel into a valve chamber connected to the consumer, and the valve body has a piston part with a significantly larger cross-section than the opening of the feed pressure channel, the rear side of which is subjected to the control pressure and the front side of which is vented via an orifice in the shut-off position and comes under the pressure of the feed pressure channel when the sealing surface is lifted off the opening of the feed pressure channel.
Be,* der Neuerung wird demgemäß die kleinere Steuerfläche des Differenzflächen-Schaltventils von dem zentralen Bereich der Dichtfläche am Ventilkörper bestimmt, der bei geschlossenem Ventil dem Druck im Speisedruckkanal ausgesetzt ist, während die gedrosselte Entlüftung der Kolbenvorderseite dafür sorgt, daß sich dort kein Druck infolge von Leckströmungen aufbauen und das Ventil in seiner Schließstellung destabilisieren kann. Sobald hingegen die Dichtfläche von der Mündung des Speisedruckkanals abhebt, gelangt augenblicklich der volle Speisedruck an die Vorderseite des Kolbenteils und verschiebt den Ventilkörper gegen den auf der Rückseite wirkenden verminderten Steuerdruck schlagartig in die Öffnungsstellung, wobei die Entlüftung der Vorderseite des Kolbenteils infolge der Drosselung praktisch ohne Einfluß bleibt.According to the innovation, the smaller control surface of the differential area switching valve is determined by the central area of the sealing surface on the valve body, which is exposed to the pressure in the feed pressure channel when the valve is closed, while the throttled venting of the piston front ensures that no pressure can build up there as a result of leakage flows and destabilize the valve in its closed position. As soon as the sealing surface is lifted from the mouth of the feed pressure channel, the full feed pressure immediately reaches the front of the piston part and suddenly moves the valve body into the open position against the reduced control pressure acting on the back, whereby the venting of the front of the piston part has practically no influence due to the throttling.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung dreier in der Zeichnung gezeigter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Steuerung eines pneumatischen BetätigungsZylinders für insbesondere eine Roboter-Schweißzange. In der Zeichnung zeigen:Advantageous embodiments of the innovation emerge from the subclaims and the following description of three embodiments shown in the drawing in connection with the control of a pneumatic actuating cylinder for in particular a robot welding gun. In the drawing:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine solcheFig. 1 shows a schematic representation of such a
Steuerung mit einem im Schnitt dargestellten Ventilblock, der neben anderen Ventilen eine Differenzflächen-Schaltventil in einer ersten Ausführungsform der Neuerung enthält, Control with a valve block shown in section, which, in addition to other valves, contains a differential area switching valve in a first embodiment of the innovation,
Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 1Fig. 2 a similar representation as in Fig. 1
mit einer abgeänderten Ausführungsform des Differenzflächen-Schaltventils undwith a modified design of the differential area switching valve and
Fig. 3 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 1 undFig. 3 is another illustration similar to Fig. 1 and
2 mit einer dritten Ausfuhrungsform des Differenzflächen-Schaltventils.2 with a third embodiment of the differential area switching valve.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen enthält der im Schnitt dargestellte Ventilblock 1:In all three embodiments, the valve block 1 shown in section contains:
mindestens zwei Rückschlagventile 2 und 3, zwei einstellbare Drosselventile 4 und 5, ein einstellbares Differenzdruckventil 6 und ein Differenzflächen-Schaltventil 7 (in Fig.2 und 3: 7· bzw.7").at least two check valves 2 and 3, two adjustable throttle valves 4 and 5, an adjustable differential pressure valve 6 and a differential area switching valve 7 (in Fig.2 and 3: 7· or 7").
Diese Ventile sind, wie nachstehend anhand der Fig. 1 näher erläutert wird, untereinander und/oder mit Anschlußbohrungen A, B, C. D im Ventilblock 1 durch Kanäle verbunden. Mit Hilfe der Anschlußbohrungen A, C bzw. B, D ist der Ventilblock 1 in die beiden Arbeitsleitungen 8, 9 eines doppeltwirkenden pneumatischen Kraftzylinders 1o eingefügt, dessen durch einen Kolben 11 mit ausfahrbarer Kolbenstange 12 voneinander getrennte Arbeitskammern 13, 14 über ein 5/2 Wegeventil 16 wechselweise an eine pneumatische Energiequelle 17 angeschlossen oder bei 18, 19 entlüftet werden können.These valves are, as explained in more detail below with reference to Fig. 1, connected to one another and/or to connection holes A, B, C. D in the valve block 1 by channels. With the help of the connection holes A, C and B, D, the valve block 1 is inserted into the two working lines 8, 9 of a double-acting pneumatic power cylinder 1o, whose working chambers 13, 14, separated from one another by a piston 11 with extendable piston rod 12, can be alternately connected to a pneumatic energy source 17 via a 5/2-way valve 16 or vented at 18, 19.
Der pneumatische Kraftzylinder 1o dient beispielsweise als Betätigungszylinder für eine (nicht gezeigte) Roboter-Schweißzange, deren die Schweißelektroden tragende Backen beim Ausfahren der Kolbenstange unter vermindertem Druck schließen und beim Auftreffen der Elektroden auf das Werkzeug durch Zuführen des vollen Speisedrucks &zgr; «mi Kraftzylinder mit erhöhter Kraft gegen das Werkzeug angepreßt werden. Hierzu sind die genannten Ventile wie folgt zwischen den Anschlußbohrungen A, B, C, D geschaltet:The pneumatic power cylinder 1o serves, for example, as an actuating cylinder for a robot welding gun (not shown), whose jaws carrying the welding electrodes close under reduced pressure when the piston rod is extended and when the electrodes hit the tool, they are pressed against the tool with increased force by the power cylinder by supplying the full feed pressure ζ «mi. For this purpose, the valves mentioned are connected between the connection holes A, B, C, D as follows:
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Von der Anschlußbohrung B führt ein erster Hauptkanal 2o zu dem Rückschlagventil 2, das in dieser Richtung ein Weiterströmen des Druckmediums (Druckluft) in einen Querkanal 21 sperrt. Der Querkanal 21 verläuft durch eine Ventilkammer 22 des Drosselventils 4 zu einem zweiten Hauptkanal 23, der an der Anschlußbohrung D endet. Vom ersten Hauptkanal 2o zweigt vor dem Rückschlagventil 3 ein zweiter Querkanal 24 ab, der zu einem Speisedruckkanal 25 führt. Der Speisedruckkanal 25 ist zum einen über einen vom Drosselventil 4 bestimmten einstellbaren Ringspalt 26 mit der Ventilkammer 22 und zum anderen mit einer Ventilkammer 27 des Differenzflächen-Schaltventils 7 verbunden, in welche der Speisedruckkanal 25 über einen Ringsitz 28 absperrbar einmündet. Zum Absperren dient eine elastische Dichtfläche 29 an einem verschieblichen Ventilkörper 3o. Der weitere Aufbau des Differenzflächen-Schaltventils wird an späterer Stelle erläutert. Ein Kanal 31 mit einem darin enthaltenen dritten Rückschlagventil 32 verbindet die Ventilkammer 27 mit dem zur Anschlußbohrung D führenden Hauptkanal 23.A first main channel 2o leads from the connection hole B to the check valve 2, which blocks the pressure medium (compressed air) from flowing further in this direction into a cross channel 21. The cross channel 21 runs through a valve chamber 22 of the throttle valve 4 to a second main channel 23, which ends at the connection hole D. A second cross channel 24 branches off from the first main channel 2o in front of the check valve 3, which leads to a feed pressure channel 25. The feed pressure channel 25 is connected to the valve chamber 22 via an adjustable annular gap 26 determined by the throttle valve 4 and to a valve chamber 27 of the differential area switching valve 7, into which the feed pressure channel 25 opens in a lockable manner via an annular seat 28. An elastic sealing surface 29 on a movable valve body 3o serves to shut off the valve. The further structure of the differential area switching valve will be explained later. A channel 31 with a third check valve 32 contained therein connects the valve chamber 27 with the main channel 23 leading to the connection bore D.
Von der Anschlußbohrung A führt ein Hauptkanal 33 über das Rückschlagventil 3, das in dieser Richtung öffnet, zu einem anschließenden Hauptkanal 34, der an der Anschlußbohrung C endet. Vom Hauptkanal 34 zweigt ein Steuerdruckkanal 35 ab, der über das einstellbare Differenzdruckventil 6 bei dessen öffnung gegen die Kraft einer Ventilfeder 36 mit einem Querkanal 37 in Verbindung gelangt. Der Querkanal 37 verläuft durch eine Ventilkammer 38 des einstellbaren Drosselventils 5 und mündet in den Hauptkanal 33. Das Drosselventil 5 verbindet parallel zu dem Differenzdruckventil 6 den Steuerdruckkanal 35 ständig mit der Ventilkammer 38 und damit dem Querkanal 37 über einen einstellbaren Ringspalt 39 von sehr geringer Größe.A main channel 33 leads from the connection bore A via the check valve 3, which opens in this direction, to a subsequent main channel 34, which ends at the connection bore C. A control pressure channel 35 branches off from the main channel 34, which is connected to a cross channel 37 via the adjustable differential pressure valve 6 when it opens against the force of a valve spring 36. The cross channel 37 runs through a valve chamber 38 of the adjustable throttle valve 5 and opens into the main channel 33. The throttle valve 5, parallel to the differential pressure valve 6, constantly connects the control pressure channel 35 to the valve chamber 38 and thus to the cross channel 37 via an adjustable annular gap 39 of very small size.
Der Steuerdruckkanal 35 ist über das Differenzdruckventil 6 hinaus weitergeführt und mündet in eine Steuerkammer 4o des Differenzflächen-Schaltventils an der Rückseite eines Kolben 41, der Teil des Ventilkörpers 3o dieses Ventils ist.The control pressure channel 35 is continued beyond the differential pressure valve 6 and opens into a control chamber 4o of the differential area switching valve on the back of a piston 41, which is part of the valve body 3o of this valve.
Der Kolbenteil 41 ist in einer zylindrischen Bohrung des Ventilblocks 1 abgedichtet geführt und trennt diese bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in die Steuerkammer 4o und die oben erwähnte Ventilkammer 27, die somit von der Vorderseite des Kolbenteils 41 begrenzt wird. Die Dichtfläche 29 befindet sich an einem vorspringenden Kopfteil 42 an der Vorderseite des Kolbenteils 41 und ist zweckmäßig von einem Belag aus elastischem Material gebildet. An der Rückseite des Kolbenteils 41 schließt eine Kolbenstange 43 an und erstreckt sich dichtend verschieblich durch eine Bohrung 44 im Ventilblock 1 zu einer Entlüftungskammer 45, die über einen Kanal 46 mit darin angeordneter Drosselblende 47 zur Atmosphäre entlüftet ist. Die Kolbenstange 43 enthält eine von ihrem freien Ende ausgehende Axialbohrung 48, die sich durch den Kolbenteil 41 in den Kopfteil 42 des Ventilkörpers 3o fortsetzt und über Radialkanäle 49 in die Ventilkammer 27 an der Vorderseite des Kolbenteils 41 mündet. Beim Verrchieben des Ventilkörpers 3o nach links in die (nicht gezeigte) Offenstellung wird die Axialbohrung 48 durch Anlage des freien Endes der Kolbenstange 43 gegen eine elastische Dichtfläche 5o an der Endwand der Entlüftungskammer 45 verschlossen und dadurch die Entlüftung der Ventilkammer 27 über iie Bohrungen 49, 48 und den Kanal 46 zur Atmosphäre unterbrochen„The piston part 41 is guided in a sealed manner in a cylindrical bore of the valve block 1 and, in the embodiment according to Fig. 1, separates this into the control chamber 40 and the above-mentioned valve chamber 27, which is thus delimited by the front of the piston part 41. The sealing surface 29 is located on a protruding head part 42 on the front of the piston part 41 and is expediently formed by a coating made of elastic material. A piston rod 43 is connected to the back of the piston part 41 and extends in a sealingly displaceable manner through a bore 44 in the valve block 1 to a vent chamber 45, which is vented to the atmosphere via a channel 46 with a throttle orifice 47 arranged therein. The piston rod 43 contains an axial bore 48 extending from its free end, which continues through the piston part 41 into the head part 42 of the valve body 3o and opens into the valve chamber 27 at the front of the piston part 41 via radial channels 49. When the valve body 3o is moved to the left into the open position (not shown), the axial bore 48 is closed by the free end of the piston rod 43 resting against an elastic sealing surface 5o on the end wall of the venting chamber 45, thereby interrupting the venting of the valve chamber 27 to the atmosphere via the bores 49, 48 and the channel 46.
Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Steuerung ist folgende:The operation of the control described above is as follows:
In der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung des 5/2 Wegeventils ist die kolbenstangenseitige Arbeitskammer 14 des Betätigungszylinders 1o über die Arbeitsleitung 8 mit der pneumatischen Energiequelle 17 verbunden, und die kolbenseitige Arbeitskammer 13 des Betätigungszylinders 1o ist über die Arbeitsleitung 9 bei 18 entlüftet. Sollte der Kolben 11 mit der Kolbenstange 12 noch nicht die dargestellte eingefahrene Stellung erreicht haben, vermag Druckluft aus der Energiequelle 17 durch den Ventilblock 1 über das sich dabei öffnende Rückschlagventil 3 zu strömen, und in ähnlicher Weise vermag die aus der Arbeitskammer 13 des Betätigungszylinders 1o verdrängte Luft über das sich hierbei öffnende Rückschlagventil 2 abzufließen. DieIn the rest position of the 5/2-way valve shown in Fig. 1, the piston rod-side working chamber 14 of the actuating cylinder 1o is connected to the pneumatic energy source 17 via the working line 8, and the piston-side working chamber 13 of the actuating cylinder 1o is vented via the working line 9 at 18. If the piston 11 with the piston rod 12 has not yet reached the retracted position shown, compressed air from the energy source 17 can flow through the valve block 1 via the check valve 3, which opens in the process, and in a similar way the air displaced from the working chamber 13 of the actuating cylinder 1o can flow out via the check valve 2, which opens in the process.
Die Hauptkanäle 33, 34 zwischen den Anschlußbohrungen A und C stehen somit unter dem vollen Speisedruck der pneumatischen Energiequelle 17, und dieser breitet sich auch in der Steuerleitung 35 aus und gelangt in die Steuerkammer 4o des Differenzflächen-Schaltventils 7, wo er die Rückseite des Kolbenteils 41 beaufschlagt und den Ventilkörper 3o nach rechts in die Absperrstellung der Dichtfläche 29 gegen den Ventilsitz 28 verschiebt. Das Differenzflächen-Schaltventil 7 ist damit geschlossen.The main channels 33, 34 between the connection bores A and C are thus under the full supply pressure of the pneumatic energy source 17, and this also spreads in the control line 35 and reaches the control chamber 4o of the differential area switching valve 7, where it acts on the rear of the piston part 41 and moves the valve body 3o to the right into the shut-off position of the sealing surface 29 against the valve seat 28. The differential area switching valve 7 is thus closed.
Soll nun der Betätigungszylinder 1o, beispielsweise zum Schließen einer Roboter-Schweißzange und Anpressen der Schweißelektroden gegen ein Werkstück ausgefahren werden, wird das 5/2 Wegeventil 16 in die nicht gezeigte Lage umgestellt, wodurch die Arbeitsleitung 9 mit der Anschlußbohrung B an den Speisedruck der pneumatischen Energiequelle 17 gelangt und die vom 5/2 Wegeventil zur Anschlußbohrung A führende Arbeitsleitung 8 bei 19 entlüftet wird. In diesem Zustand vermag jedoch weder Druckluft vom Anschluß B zum Anschluß D unmittelbar zu strömen, noch Abluft des Betätigungszylinders 1o von der Anschlußbohrung C unmittelbar zur Anschlußbohrung A zu gelangen, da beide Rückschlagventile 2, 3 in dieser Richtung sperren. Zwischen den Anschlußbohrungen B und D wird stattdessen die von der pneumatischen Energiequelle 17 gelieferte Druckluft gezwungen, ihren Weg vom Hauptkanal 2o über den Querkanal 24 und den Drosselspalt 26 zum Querkanal 21 und den Hauptkanal 23 zu nehmen, wodurch die Kolbenseite des Kolbens 11 im Betätigungszylinder 1o nur mit vermindertem Druck beaufschlagt wird und der Betätigungszylinder 1o verhältnismäßig langsam ausfährt.If the actuating cylinder 1o is now to be extended, for example to close a robot welding gun and press the welding electrodes against a workpiece, the 5/2-way valve 16 is switched to the position not shown, whereby the working line 9 with the connection hole B reaches the supply pressure of the pneumatic energy source 17 and the working line 8 leading from the 5/2-way valve to the connection hole A is vented at 19. In this state, however, neither compressed air can flow directly from connection B to connection D, nor exhaust air from the actuating cylinder 1o from the connection hole C can reach the connection hole A directly, since both check valves 2, 3 block in this direction. Instead, between the connection holes B and D, the compressed air supplied by the pneumatic energy source 17 is forced to take its path from the main channel 2o via the transverse channel 24 and the throttle gap 26 to the transverse channel 21 and the main channel 23, whereby the piston side of the piston 11 in the actuating cylinder 1o is only subjected to reduced pressure and the actuating cylinder 1o extends relatively slowly.
Mit der Entlüftung der Anschlußbohrung A über das umgestellte 5/2 Wegeventil 16 zum Auslaß 19 öffnet dafs Differenzdruckventil 6 und gestattet zusammen mit dem parallel liegenden Drosselventil 5 ein Absinken des Steuerdrucks in der Steuerdruckleitung 35. Gleichzeitig strömt jedoch die aus dev kolbenstangenseitigen Arbeitskammer 14 des Betätigungszylinders 1o verdrängte Luft über die Anschlußbohrung C und den Hauptkanal 34 in die Stuuerdruckleitung 35 nach und hält darin einen vom Differenzdruckventil 6 gesteuerten Staudruck aufrecht, der When the connection bore A is vented via the switched 5/2-way valve 16 to the outlet 19, the differential pressure valve 6 opens and, together with the parallel throttle valve 5, allows the control pressure in the control pressure line 35 to drop. At the same time, however, the air displaced from the piston rod-side working chamber 14 of the actuating cylinder 1o flows through the connection bore C and the main channel 34 into the control pressure line 35 and maintains a dynamic pressure controlled by the differential pressure valve 6, which
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auch in die Steuerkammer 4o des Differenzflächen-Schaltventils 7 gelangt und ausreicht, dieses Ventil geschlossen zu halten.also reaches the control chamber 4o of the differential area switching valve 7 and is sufficient to keep this valve closed.
Bei geschlossenem Ventil 7 verhindert das Rückschlagventil 32 ein Auffüllen der Ventilkammer 27 mit dem verminderten Druck des Hauptkanals 23, und die Ventilkammer 27 wird stattdessen über die Bohrungen 49, 48, die EntlUftungskammer 45 und den Entlüftungskanal 46 zur Atmosphäre entlüftet. Auf diese Weise wird zugleich dsSWhen the valve 7 is closed, the check valve 32 prevents the valve chamber 27 from filling with the reduced pressure of the main channel 23, and the valve chamber 27 is instead vented to the atmosphere via the holes 49, 48, the vent chamber 45 and the vent channel 46. In this way, the
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25 zwischen dem Ventilsitz 28 und der Dichtfläche 29 in die Ventilkammer 27 gelangt, darin Druck aufbauen und die Schließlage des Differenzflächen-Schaltventils 7 destabilisieren kann.25 between the valve seat 28 and the sealing surface 29 enters the valve chamber 27, builds up pressure therein and can destabilize the closed position of the differential area switching valve 7.
Sobald nun die vom Betätigungszylinder 1o betätigte Einrichtung auf einen Widerstand stößt, d.h. im Beispieisfall die Elektroden der Schweißzange auf das Werkstück aiftreffen, wird die Ausfahrbewegung des Betätigungszylinders 1o unterbrochen, und es wird keine weitere Luft aus der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer 14 zur Anschlußbohrung C verdrängt. Dies hat zur Folge, daß der Staudruck in der Steuerdruckleitung 35 über das Drosselventil 5 rasch absinkt und einen Wert erreicht, der nicht mehr ausreicht, um das Differenzflächen-Schaltventil 7 in seiner Schließlage zu halten. Mit anderen Worten, der innerhalb des Ringsitzes 28 auf die Dichtfläche 29 wirkende Druck des Speisedruckkanals 25, der praktisch dem vollen Druck der pneumatischen Energiequelle 17 entspricht, erzeugt eine größere Kraft als der auf die Rückseite des Kolbenteils 41 wirkende Druck der Steuerdruckleitung 35, so daß der Ventilkörper 30 nach links verschoben wird und die Dichtfläche 28 vom Ventilsitz 29 abhebt.As soon as the device actuated by the actuating cylinder 1o encounters resistance, i.e. in the example case the electrodes of the welding gun hit the workpiece, the extension movement of the actuating cylinder 1o is interrupted and no further air is displaced from the working chamber 14 on the piston rod side to the connection bore C. This has the consequence that the dynamic pressure in the control pressure line 35 via the throttle valve 5 drops rapidly and reaches a value that is no longer sufficient to hold the differential area switching valve 7 in its closed position. In other words, the pressure of the feed pressure channel 25 acting on the sealing surface 29 within the ring seat 28, which practically corresponds to the full pressure of the pneumatic energy source 17, generates a greater force than the pressure of the control pressure line 35 acting on the back of the piston part 41, so that the valve body 30 is displaced to the left and the sealing surface 28 lifts off the valve seat 29.
Mit dem Abheben der Dichtfläche 29 vom Ventilsitz 28 steigt augenblicklich der Druck in der Ventilkammer 27 auf den Druck des Speisedruckkanals 25 an und belastet den vollen Querschnitt des Kolbenteils 41 an dessen Vorderseite, wodurch der Ventilkörper 3o mit großer Geschwindigkeit nach links bis zum Anschlag der Kolbenstange 43 gegen die Dichtfläche 5o verschoben wird.When the sealing surface 29 is lifted off the valve seat 28, the pressure in the valve chamber 27 immediately rises to the pressure of the feed pressure channel 25 and loads the full cross-section of the piston part 41 at its front side, whereby the valve body 3o is displaced at high speed to the left until the piston rod 43 stops against the sealing surface 5o.
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Während der Verschiebung des Ventilkörpers vermag eine geringe Menge Druckluft aus der Ventilkammer 27 durch die Bohrungen 49, 4,P, die Entlüftungskammer 45 und den Kanal 46, begrenzt von der Drosselblende 47, zur Atmosphäre abzuströmen. Sobald jedoch das freie Ende der Kolbenstange 43 auf die Dichtfläche 50 auftrifft, wird dieser Entlüftungsstrom unterbrochen, und die Vorderseite des Kolbenteils 41 bleibt unter dem Speisedruck, der das Differenzflächenventil 7 geöffnet hält.During the displacement of the valve body, a small amount of compressed air can flow out of the valve chamber 27 through the bores 49, 4,P, the vent chamber 45 and the channel 46, limited by the throttle orifice 47, to the atmosphere. However, as soon as the free end of the piston rod 43 hits the sealing surface 50, this vent flow is interrupted and the front of the piston part 41 remains under the feed pressure which keeps the differential area valve 7 open.
Mit dem öffnen des Differenzflächenventils 7 wird gleichzeitig Druckluft von der pneumatischen Energiequelle 17 über die Kanäle 20, 24, 25, den Kanal 31 mit dem sich hierbei öffnenden Rückschlagventil 32 und den Hauptkanal 23 über die Anschlußbohrung D zur kolbenseitigen Arbeitskammer 13 des Betätigungszylinders 10 geleitet und bewirkt, daß im Beispielsfall die Elektroden der Schweißzange mit voller Kraft gegen das Werkstück angepreßt werden.When the differential area valve 7 is opened, compressed air is simultaneously directed from the pneumatic energy source 17 via the channels 20, 24, 25, the channel 31 with the check valve 32 opening in the process and the main channel 23 via the connection bore D to the piston-side working chamber 13 of the actuating cylinder 10 and causes, in the example case, the electrodes of the welding gun to be pressed against the workpiece with full force.
Versuche haben gezeigt, daß die Schaltzeit eines derart ausgebildeten Differenzflächen-Schaltventils gegenüber herkömmlichen Ventilen nur etwa 1 bis 3 ms beträgt, was auf die neuerungsgemäße Belastung des vollen Querschnitts der Kolbenvorderseite des Differenzflächenventils 7 mit dem vollen Druck des Speisedruckkanals 25 für die Verschiebung des Ventilkörpers 30 zurückzuführen ist. Diese extrem kurze Umschaltzeit des Differenzflächenventils 7 in Verbindung mit dessen großem Durchlaßquerschnitt hat eine entsprechend kurze Druckaufbauzeit in der Zylinderkammer 13 des pneumatischen Kraftzylinders 10 als Voraussetzung für die Einschaltung des elektrischen Schweißstroms zur Folge. Der Arbeitszyklus des Schweißvorgangs wird daher ebenfalls erheblich im Vergleich zu der bekannten Schweißzangensteuerung verkürzt.Tests have shown that the switching time of a differential area switching valve designed in this way is only about 1 to 3 ms compared to conventional valves, which is due to the new loading of the full cross-section of the piston front of the differential area valve 7 with the full pressure of the feed pressure channel 25 for the displacement of the valve body 30. This extremely short switching time of the differential area valve 7 in conjunction with its large passage cross-section results in a correspondingly short pressure build-up time in the cylinder chamber 13 of the pneumatic power cylinder 10 as a prerequisite for switching on the electric welding current. The working cycle of the welding process is therefore also significantly shortened in comparison with the known welding gun control.
Würde stattdessen auf die Zwischenschaltung des Differenzflächen-Schaltventils 7 zwischen das 5/2-Wegeventil 16 und den Schweißzangen-Kraftzylinder 10 verzichtet, müßte der Druckaufbau in der Zylinderkaituner 13 über das die Hubgeschwindigkeit bestimmende Drosselventil 4 erfolgen. Da der Drosselquerschnitt diesesIf instead the differential area switching valve 7 between the 5/2-way valve 16 and the welding gun power cylinder 10 were dispensed with, the pressure build-up in the cylinder chamber 13 would have to take place via the throttle valve 4, which determines the stroke speed. Since the throttle cross-section of this
Ventils mit Rücksicht auf die zulässige Maximal-Hubgeschwindigkeit relativ eng eingestellt ist, ergeben sich hierbei zwangsläufig eine entsprechende Verlängerung der Druckaufbauzeit in der Zylinderkammer 13 des pneumatischen Kraftzylinders 10. Dieser Nachteil wird durch das Differenzflächen-Schaltventil 7 ebenfalls behoben.Valve is set relatively tightly with regard to the permissible maximum stroke speed, this inevitably results in a corresponding extension of the pressure build-up time in the cylinder chamber 13 of the pneumatic power cylinder 10. This disadvantage is also remedied by the differential area switching valve 7.
Die in Fig. 2 gezeigte Steuerung ist bis auf die Ausbildung des dort mit 71 bezeichneten Differenzflächen-Schaltventils dieselbe. Im übrigen sind für gleiche Teile dieselben Zahlen verwendet. The control system shown in Fig. 2 is the same except for the design of the differential area switching valve, designated there with 7 1. Otherwise, the same numbers are used for the same parts.
Abweichend von dem Differenzflächen-Schaltventil nach Fig. 1 begrenzt die Vorderseite des Kolbenteils 41 innerhalb der Bohrung im Ventilblock 1 eine Arbeitskammer 51, die von des.· Ventilkammer 27 durch eine Zwischenwand 52 getrennt ist. Die Zwischenwand 52 enthält eine mit einem Dichtungsring 53 versehene Bohrung, durch welche sich ein Schaft 54 von gleichem Durchmesser wie die Kolbenstange 43 dichtend verschieblich erstreckt, der den Kolbenteil 41 des Ventilglieds 30 mit einem vergrößerten Kopfteil 42 verbindet. Der Kopfteil 42 trägt eine entsprechend vergrößerte Dichtfläche 29, die in der gezeigten Absperrstelluitg nicht nur gegen den die Mündung des Speisedruckkanals 25 bildenden Ringsitz 28, sondern einen dazu konzentrischen größeren Ringsitz 55 dichtet. Zwischen den beiden Ringsitzen 28, 55 mündet ein Verbindungskanal 56, der beim Abheben der Dichtfläche 29 von den beiden Ventilsitzen die Ventilkammer 27 mit der Arbeitskammer 51 verbindet.In contrast to the differential area switching valve according to Fig. 1, the front of the piston part 41 within the bore in the valve block 1 defines a working chamber 51, which is separated from the valve chamber 27 by an intermediate wall 52. The intermediate wall 52 contains a bore provided with a sealing ring 53, through which a shaft 54 of the same diameter as the piston rod 43 extends in a sealingly displaceable manner, which connects the piston part 41 of the valve member 30 to an enlarged head part 42. The head part 42 has a correspondingly enlarged sealing surface 29, which in the shut-off position shown not only seals against the ring seat 28 forming the mouth of the feed pressure channel 25, but also against a larger ring seat 55 concentric with it. A connecting channel 56 opens between the two ring seats 28, 55, which connects the valve chamber 27 with the working chamber 51 when the sealing surface 29 is lifted off the two valve seats.
Schließlich fehlt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 das Rückschlagventil 32, das hier nicht benötigt wird.Finally, the embodiment according to Fig. 2 lacks the check valve 32, which is not required here.
In der Absperrstellung des Differenzflächen-Schaltventils 7' hält genauso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der auf die Rückseite des Kolbenteils 41 wirkende Druck der Speisedruckleitung 35 das Ventil gegen die vom Druck im Speisedruckkanal 25 innerhalb des Ringsitzes 28 auf die DichtflächeIn the shut-off position of the differential area switching valve 7', just as in the embodiment according to Fig. 1, the pressure of the feed pressure line 35 acting on the back of the piston part 41 holds the valve against the pressure in the feed pressure channel 25 inside the ring seat 28 on the sealing surface.
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ausgeübte Kraft geschlossen. Gleichzeitig verschließt die Dichtfläche 29 den Verbindungskanal 56 und verhindert, daß der bis zur Ventilkammer 27 reichende verminderte Druck, mit welchem der Betätigungszylinder 10 ausgefahren wird, zur Arbeitskammer 51 gelangt. Stattdessen wird die Arbeitskammer 51 in gleicher Weise wie die Ventilkamifter 27 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 über die Bohrungen 49, 48, die Entlüftungskammer 45, den Entlüftungskanal 46 und die Drosselblende 47 entlüftet.applied force. At the same time, the sealing surface 29 closes the connecting channel 56 and prevents the reduced pressure reaching the valve chamber 27, with which the actuating cylinder 10 is extended, from reaching the working chamber 51. Instead, the working chamber 51 is vented in the same way as the valve chamber 27 of the embodiment according to Fig. 1 via the bores 49, 48, the venting chamber 45, the venting channel 46 and the throttle orifice 47.
Sobald nun wie beim vorher beschriebenen Beispiel der Druck in der Steuerdruckleitung 35 und damit der Steuerkammer 40 des Differenzflächen-Schaltventils 7 auf einen solchen Wert absinkt, daß die vom Druck im Speisedruckkanal 25 auf den Ventilkörper 30 ausübte Kraft die Schließkraft dieses Ventils übersteigt, hebt die Dichtfläche 29 von den Ringsitzen 28 und 55 ab und öffnet dadurch die Verbindung zwischen der Ventilkammer 27 und der Arbeitskammer 51 über die Verbindungsleitung 56 mit der Folge, daß sich in der Arbeitskammer 51 rasch der Druck des Speisedruckkanals 25 aufbaut und durch Beaufschlagung der Vorderseite des Kolbenteils 41 den Ventilkörper 30 in die Öffnungsstellung verschiebt, in welcher das Ende der Kolbenstange 43 gegen die Dichtfläche 50 in der Entlüftungskaminer 45 zur Anlage kommt. Gleichzeitig strömt Druckluft aus dem Speisedruckkanal 25 über die Ventilkammer und die Kanäle 31, 23 zur Anschlußbohrung D und von dort weiter zur kolbenseitigen Arbeitskammer 13 des Betätigungszylinders 10, die dadurch unter den vollen Speisedruck gelangt. Während d2r Schaltbewegung des Ventilkörpers 30 von der Absperrstellung in die Offenstellung strömt wiederum ein kleiner Teil der in die Arbeitskammer 51 gelangenden Druckluft über die Bohrungen 49, 48, die Entlüftungskairaner 45 und den Entlüftungskanal 46 ins Freie, ohne jedoch wegen der Drosselung dieser Verbindung durch die Drosselblende 47 den Druckaufbau in der Ventilkammer 51 merklich zu beeinträchtigen. As soon as, as in the previously described example, the pressure in the control pressure line 35 and thus the control chamber 40 of the differential area switching valve 7 drops to such a value that the force exerted by the pressure in the feed pressure channel 25 on the valve body 30 exceeds the closing force of this valve, the sealing surface 29 lifts off the ring seats 28 and 55 and thereby opens the connection between the valve chamber 27 and the working chamber 51 via the connecting line 56, with the result that the pressure of the feed pressure channel 25 builds up quickly in the working chamber 51 and, by acting on the front of the piston part 41, moves the valve body 30 into the open position in which the end of the piston rod 43 comes to rest against the sealing surface 50 in the vent chamber 45. At the same time, compressed air flows from the feed pressure channel 25 via the valve chamber and the channels 31, 23 to the connection bore D and from there further to the piston-side working chamber 13 of the actuating cylinder 10, which thereby reaches the full feed pressure. During the switching movement of the valve body 30 from the shut-off position to the open position, a small part of the compressed air entering the working chamber 51 flows out into the open via the bores 49, 48, the venting channels 45 and the venting channel 46, but without noticeably affecting the pressure build-up in the valve chamber 51 due to the throttling of this connection by the throttle orifice 47.
Die Schaltzeit des Differenzflächen-Schaltventils T nach
Fig. 2 ist, wie Versuche gezeigt haben, mit etwa 6 bis 8 ms
etwas größer als die der Ausführungsform nach Fig. 1 , was
sich durch den längeren Weg der Druckluft aus dem Speisedruckkanal 25 zur Vorderseite des Kolbens 41 über den Verbindungskanal
56 erklärt. Auch ist der konstruktive Aufwand
dieses Ventils größer. Andererseits entfällt jedoch das Rückschlag vent i 1 32.The switching time of the differential area switching valve T after
Fig. 2 is, as experiments have shown, with about 6 to 8 ms
slightly larger than that of the embodiment according to Fig. 1 , which
is explained by the longer path of the compressed air from the feed pressure channel 25 to the front of the piston 41 via the connecting channel 56. The design effort
of this valve is larger. On the other hand, however, the check valve i 1 32 is no longer required.
Das Differenzflächen-Schaltventil 7" nach Fig. 3 hat ähnlich * wie das Ventil 7' nach Fig. 2 eine von der Ventilkammer 27The differential area switching valve 7" according to Fig. 3 has , similar to the valve 7' according to Fig. 2, a
getrennte Arbeitskammer 51 an der Vorderseite des Kolben- [A separate working chamber 51 at the front of the piston [ A
teils 41, und der die Dichtfläche 29 tragende Kopfteil 42 % part 41, and the head part carrying the sealing surface 29 42 %
ist mit dem Kolbenteil 41 durch einen Schaft 54 verbunden, pis connected to the piston part 41 by a shaft 54, p
der sich verschieblich durch eine Bohrung in der Zwischen- 1which can be moved through a hole in the intermediate 1
wand 52' zwischen der Ventilkammer 27 und der Arbeitskammer 51 : wall 52' between the valve chamber 27 and the working chamber 51 :
erstreckt. |extends. |
% Im Unterschied zu dem Ventil 71 nach Fig. 2 enthält die Bohrung % In contrast to the valve 7 1 according to Fig. 2, the bore contains
in der Zwischenwand 52 jedoch keinen Dichtring, sondern dient
als reine Führungsbohrung, zu der sich parallel mindestensin the intermediate wall 52, however, no sealing ring, but serves
as a pure guide hole, to which at least
ein exzentrischer Verbindungskanal 57 erstreckt. Der Kopf- ,an eccentric connecting channel 57 extends. The head,
teil 42 des Ventilkörpers 30 hat einen größeren Durchmesser ;part 42 of the valve body 30 has a larger diameter;
als der Umfangsbereich um den Schaft 54, auf dem der Ver- \ than the circumferential area around the shaft 54 on which the
bindungskanal 57 in die Ventilkammer 27 mündet, und ist auf \ connection channel 57 opens into the valve chamber 27 and is on \
seiner Rückseite mit einem elastischen Dichtring 58 ver- ■its back with an elastic sealing ring 58 ■
sehen, der in der Absperrstellung die Mündung des Verbin- ■see, which in the shut-off position the mouth of the connecting ■
dungskanals 57 (bzw. der Verbindungskanäle 57) verschließt. \ duct 57 (or the connecting channels 57). \
Ein weiterer Unterschied des Ventils 7" gegenüber der Ausführungsform
nach Fig. 2 besteht darin, daß die Kolbenstange 43
sowie die Entlüftungskammer 45 und die Bohrungen 48, 49 fehlen
und stattdessen die Arbeitskammer 51 an der Vorderseite
des Kolbenteils 41 über einen Entlüftungskanal 59 mit darin
enthaltener Drosselblende 60 unmittelbar zur Atmosphäre entlüftet ist.A further difference between the valve 7" and the embodiment according to Fig. 2 is that the piston rod 43
as well as the vent chamber 45 and the holes 48, 49 are missing and instead the working chamber 51 at the front
of the piston part 41 via a vent channel 59 with
contained orifice plate 60 is vented directly to the atmosphere.
Im übrigen ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur ein Ringsitz 28 vorhanden, und der Kanal 31 enthält genauso wie dort ein Rückschlagventil 32.Otherwise, as in the embodiment according to Fig. 1, only one ring seat 28 is present, and the channel 31 contains a check valve 32 just as there.
Die Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten Schaltventils 7" innerhalb der Steuerung des Betätigungszylinders 10 ist im Prinzip wiederum die gleiche. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 2 ist in der gezeigten Absperrstellung auch die Ventilkammer 27 über den Kanal 57, die Arbeitskammer 51 und den Kanal 59 entlüftet, was die Verwendung des Rückschlagventils 32 voraussetzt. Sobald die Dichtfläche 29 vom Ventilsitz 28 abhebt, gelangt der druck des Speisedruckkanals 25 über die Ventilkammer 27 und den Verbindungskanal 57 (bzw. mehrere solche Kanäle) zur Arbeitskammer 51 und beaufschlagt die Vorderseite des Kolbenteils 41, was zu einer schlagartigen Verschiebung des Ventilkörpers 30 in die Offenstellung führt. Die Offenstellung wird im wesentlichen durch die Anlage des Dichtrings 58 gegen die Zwischenwand 52 bestimmt, wodurch der Verbindungskanal 57 verschlossen wird. Sobald dies der Fall ist, wird die Arbeitskammer 51 über den gedrosselten Entlüftungskanal 46 erneut entlüftet, und der Ventilkörper 30 wird allein durch den auf die Vorderseite des Kopfteils 42 wirkenden Speisedruck in der Offenstellung gehalten.The mode of operation of the switching valve 7" shown in Fig. 3 within the control of the actuating cylinder 10 is again in principle the same. In contrast to the embodiment according to Fig. 2, in the shut-off position shown, the valve chamber 27 is also vented via the channel 57, the working chamber 51 and the channel 59, which requires the use of the check valve 32. As soon as the sealing surface 29 lifts off the valve seat 28, the pressure of the feed pressure channel 25 passes through the valve chamber 27 and the connecting channel 57 (or several such channels) to the working chamber 51 and acts on the front of the piston part 41, which leads to a sudden displacement of the valve body 30 into the open position. The open position is essentially determined by the contact of the sealing ring 58 against the intermediate wall 52, whereby the connecting channel 57 is closed. As soon as this is the case, the working chamber 51 is vented again via the throttled vent channel 46, and the valve body 30 is held in the open position solely by the feed pressure acting on the front of the head part 42.
Die Schaltzeit des Ventils 7" liegt in der gleichen Größenordnung wie die der Ausführungsform T nach Fig. 2. Dat Ventil 7" ist jedoch leichter zu fertigen, was andererseits durch die Notwendigkeit des Rückschlagventils 32 erkauft wird. Ein weiterer Vorteil des Differenzflächen-Schaltventils 7" besteht darin, daß es eine deutlich kürzere Rückschaltzeit von der Offenstellung in die Absperrstellung hat, da bei Beginn dieser Umschaltung die Vorderseite des Kolbenteils 41 bereits entlüftet ist.The switching time of the valve 7" is of the same order of magnitude as that of the embodiment T according to Fig. 2. The valve 7" is, however, easier to manufacture, which is offset by the need for the check valve 32. A further advantage of the differential area switching valve 7" is that it has a significantly shorter switching back time from the open position to the shut-off position, since at the start of this switching the front of the piston part 41 is already vented.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19868631700 DE8631700U1 (en) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | Differential area switching valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19868631700 DE8631700U1 (en) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | Differential area switching valve |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8631700U1 true DE8631700U1 (en) | 1987-01-29 |
Family
ID=6800576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19868631700 Expired DE8631700U1 (en) | 1986-11-27 | 1986-11-27 | Differential area switching valve |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8631700U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004006811A1 (en) * | 2004-02-11 | 2005-09-08 | Mls Lanny Gmbh | Valve for regulating or controlling a pressure |
-
1986
- 1986-11-27 DE DE19868631700 patent/DE8631700U1/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004006811A1 (en) * | 2004-02-11 | 2005-09-08 | Mls Lanny Gmbh | Valve for regulating or controlling a pressure |
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