EP0074496B1

EP0074496B1 - Ventilvorrichtung, insbesondere für Druckgiessmaschinen

Info

Publication number: EP0074496B1
Application number: EP82107315A
Authority: EP
Inventors: Hans Gebhard Krines; Hans-Jürgen Müller
Original assignee: Vickers Systems GmbH
Current assignee: Vickers Systems GmbH
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1985-03-13
Also published as: JPS58103950A; DE3132909A1; CA1192375A; DE3262555D1; EP0074496A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung, insbesondere für Druckgießmaschinen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Ventilanordnung dieser Art (US-A-3 159 375) sind zwei Hubbegrenzungsanschläge vorgesehen, die nacheinander zur Wirkung kommen sollen und wovon der eine Anschlag einen Kolben mit Zylinderraum in einer Buchse umfaßt, die sich mit einem Außengewinde im Ventilgehäuse abstützt und über ein Handrad verstellt werden kann. Bei der Öffnungsbegrenzung des Hauptventils schlägt der Ventilkegel mit seinem Steuerkolben gegen den Anschlag, so daß die auftretenden Kräfte schließlich über das Gewinde auf das Ventilgehäuse übertragen werden müssen. Die feste Aufeinanderpressung der Gewindeflanken infolge der immer aus der gleichen Richtung auftretenden Kräfte führt dazu, daß mit der Zeit immer größere Bereiche der Gewindeflanken aneinander trocken haften. Es sind deshalb sehr große Kräfte erforderlich, um diese Haftreibung zu überwinden und die Gewindebuchse zu verstellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der oberbegrifflichen Art so auszubilden, daß die Verstellung der Gewindebuchse mit verhältnismäßig kleinen Kräften möglich wird.
Die gestellte Aufgabe wird, wie in Anspruch 1 angegeben, gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung lösen sich bei jedem Schaltspiel des Ventilkegels die aufeinander liegenden Flanken der Gewinde der Gewindebuchse und des Ventilgehäuses voneinander, so daß eine zwangsläufige Schmierung der Gewindeflanken aus benachbarten Öldruckräumen erfolgt. Die Gewinde bleiben deshalb leicht gängig. Der Direktantrieb kann von Hand ohne Anwendung großer Handräder erfolgen bzw. für einen motorischen Antrieb braucht man keine Übersetzung, vielmehr genügt die Verwendung eines Schrittschaltmotors mit niedrigem Drehmoment im Direktantrieb. Die erfindungsgemäße Lösung ist somit raumsparend und mit einfachen Mitteln zu verwirklichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt :

Figur 1 eine erste Ausführungsform mit einer Schnittdarstellung des Hauptventils und einem hydraulischen Schaltplan der Steuerventileinrichtung ;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform mit einem zusätzlichen Wegaufnehmer am Hauptventil und einer Variante der Steuerventileinrichtung ; und
Figur 3 Ausführungsbeispiele für drehfeste, axial verschiebbare Verbindungen zwischen einer Welle und einer Buchse.

Der gesamte Ventilmechanismus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als zylindrische Patrone ausgeführt und bildet mit den einzelnen nachstehend beschriebenen Ventilteilen eine auswechselbare Baueinheit. Die Bohrung 2 des Gehäuses steht z. B. mit einer nicht dargestellten Speiseleitung eines Druckspeichers einer Druckgießmaschine in Verbindung, während die axiale Bohrung 3 mit dem Zylinderraum verbunden ist. Die Bohrungen 2 und 3 können auch einer anderen Zweckbestimmung dienen. Der ringförmige Ventilsitz 4 wird durch das innere Ende der Bohrung 3 gebildet ; gegen ihn liegt die eingedrehte Kopffläche 5 des Ventilkegels 6 bei geschlossenem Ventil an. Die Anordnung und Ausbildung des Ventilsitzes 4 und der eingedrehten Kopffläche 5 ist so getroffen, daß bei geschlossenem Ventil der Druck in der Leitung 2 und der Ringkammer 2a auf die projektierte Durchmesserfläche des Abschnitts 5a der Kopffläche 5 wirken kann.
Auf Höhe der Bohrung 2 weist das Gehäuse 1 eine weitere Bohrung 7 auf, die gegenüber der Bohrung 3 gleichfalls durch den Ventilkegel 6 abschließbar ist. Dieser weist hohlzylindrische Form auf und wird mit seiner Außenwand an einem Abschnitt 8 der Längsbohrung 9 des Gehäuses geführt. Das hintere Ende des Ventilkegels 6 weist eine ringartige nach außen gerichtete Verstärkung 10 auf, wie auch die Bohrung 9 eine entsprechende Erweiterung 11 besitzt. Hierdurch wird einerseits eine Ringschulter 12 an dem Gehäuse und eine Ringschulter 13 an dem Ventilkegel 6 gebildet, zwischen denen in der Erweiterung 11 der Bohrung 9 ein entsprechender Ringraum entsteht, der über die Bohrung 14 drucklos gehalten ist. Andererseits wird durch die hintere Verstärkung 10 die wirksame rückseitige Stirnfläche gegenüber der vorderen wirksamen Stirnfläche des Ventilkegels 6 vergrößert. Die Innenwand des hohlen Ventilkegels 6 bildet ebenfalls eine Schulter 15, die das eine Widerlager einer untenstehend noch näher beschriebenen Feder 16 bildet.
Die Erweiterung 11 der Bohrung 9 geht in eine Ventilkammer 17 über, in die eine Bohrung 18 mündet, die über ein erstes Rückschlagventil 19 und ein zweites entgegengerichtetes Rückschlagventil 20 mit einer Bohrung 21 verbunden ist, die ihrerseits über die Bohrungen 22, 23 mit einer weiteren Kammer 24 in Verbindung steht.
In der Erweiterung 11 der Bohrung 9 ist der Kopf 25 einer Gewindebüchse 26 verschieblich und abgedichtet angeordnet. Ihre Stirnseite 27 (Fig. 2) steht wie auch die rückseitige Stirnfläche 28 des Ventilkegels 6 unter der Wirkung des Druckes in der Kammer 17 und der Bohrung 18. Die Gewindebüchse 26 greift mit ihrem Außengewinde in das Innengewinde 29 des Ventilgehäuses 1 ein. Die rückseitige Stirnfläche 30 der Gewindebüchse 26 (Fig. 2) steht unter Wirkung des Druckes in der Kammer 31, der auch in der Bohrung 21 sowie über die Bohrungen 22, 23 in der Kammer 24 herrscht, die von den Schultern 32, 33 der Gewindebüchse axial begrenzt wird. Gegen die Stirnseite 27 der Gewindebüchse liegt das zweite Ende der Axialdruckfeder 16 an, die wahlweise auch mit einem Axialdrucklager zur Reduzierung der Drehreibkräfte ausgestattet sein kann.
In dem Ventilgehäuse 1 ist die Welle 34 des mit der allgemeinen Bezugsziffer 35 versehene Verstellantrieb für die Gewindebüchse 26 gelagert. Hierbei ist die Welle 34 über einen Kupplungsteil 36 mit der Antriebswelle 37 des in dem Gehäuse 38 angeordneten Verstellantriebs verbunden, der z. B. ein Schrittmotor mit kleinem Drehmoment sein kann. Das vordere Ende der Welle 34 ragt abgedichtet bis in den Innenraum 39 des Ventilkegels 6 und wird von der Feder 16 umschlossen. Gleichfalls abgedichtet gegenüber der Welle 34 ist die Gewindebüchse 26, die drehfest mit der Gewindewelle verbunden ist. Hierzu kann gemäß Fig.3a die Gewindebüchse 26 über mehrere axiale Kugelreihen 40 mit der Welle 34 verbunden sein. Gemäß Fig.3b können die Teile 26 und 34 über einen Drehkeil 41, der in eine entsprechende Nut 42 der Gewindebüchse 26 eingreift, drehfest verbunden sein, während gemäß Fig. 3c die Drehfestigkeit der Gewindebüchse 26 und der Welle 34 über Federn und Nuten 43, 44 bewerkstelligt werden kann.
Der Innenraum 39 des Ventilkegels 6 wie auch der Innenraum der Welle 34 ist über eine Bohrung 45 drucklos gehalten. Die Führung des Ventilkegels 6 erfolgt außer durch Anlage an der Wand der Bohrung 9 und der Erweiterung 11 durch eine Axialstange 46, die innerhalb der Welle 34 geführt ist.
Gemäß Fig. 2 ist diese axiale Stange 46 durch die Welle 37 des Verstellantriebs 35 hindurchgeführt und endet auf Höhe eines Wegaufnehmers 47, durch den eine lagekontrollierte Regelung des Ventilkegels 6 der untenstehend beschriebenen Ventilsteuerung erfolgen kann.
Für die Erfindung ist die Betrachtung der Gewindebüchse 26, insbesondere deren Gewinde 29 und das Gegengewinde 48 (Fig. 2) des Gehäuses 1 wichtig. Das Rückschlagventil 19 wirkt hierbei als Differenzdruckventil zwischen der Kammer 17 vor (d. h. in den Fig. 1 und 2 links) der Gewindebüchse 26 und der Kammer 31 hinter (d. h. rechts) der Gewindebüchse 26. Bei Druckgabe in der Bohrung 21 stellt sich in der Kammer 31 dieser Druck ein, während in der Kammer 17 sich ein druch das Rückschlagventil 19 bewirkter geringerer Druck herrscht, wodurch die Gewindebüchse 26 nach links in den Fig. 1 und 2 gedrückt wird und sich hierbei die Flanken des Gewindes 29 der Büchse 26 von den Flanken des Gewindes 48 entgegen der Wirkung der Feder 16 abheben und die Flanken mit einem Schmierfilm neuerlich versehen werden. Zum Verstellen der Büchse 26, wodurch der Hub des Ventilkegels 6 veränderbar ist, bedarf es daher nur geringer Kräfte an der Welle 34, da nur die auftretenden Reibungskräfte zwischen den Gewinden 29 und 48 sowie den Dichtungen und die Federkräfte 16, 19 und 20 zu überwinden sind. Ein Haften oder Festfressen der Gewindeflanken aneinander ist ausgeschlossen durch Wiederholung des vorgenannten Ablaufes nach jeder erfolgten Gewindeflanken-Druckbeaufschlagung.
Da die Stirnfläche 28 der Verstärkung 10 zusammen mit der Schulterfläche 15 eine größere Fläche als die projektierten Flächen der Abschnitte 5a und 5b (siehe Fig.1) bilden, ist hierdurch die für den Schließvorgang des Ventilkegels 6 erforderliche Differentialdruckwirkung gegeben.
Um die Druckdifferenz zwischen der Kammer 17 einerseits und den Kammern 24 und 31 zu gewährleisten, trägt der erweiterte Kopf 25 der Büchse zwei Dichtungen 25a und 25b, die als Ring- oder Spaltichtung ausgeführt sein können.
Der Schaltplan nach Fig. 1 sieht ein mit der Bohrung 7 in Verbindung stehendes Rückschlagventil 50 als Steuerdruck-Sicherheitsventil vor, damit der Ventilkegel 6 auch dann geschlossen bleibt, wenn der Hauptdruck über die Bohrung 2 plötzlich entweicht. An das Ventil 50 schließt ein elektrisch betätigtes leckölfreies Wegesitzventil 51 als Vorsteuerstufe für die schlagartige Öffnung des Ventilkegels 6 an. Mit 52 ist ein Stromregelventil für die begrenzte Steuer- ölversorgung für die langsame Öffnungs- und Schließbewegung des Kegelventils 6 bezeichnet, das mit einem Rückschlagventil 53 verbunden ist, das der Trennung der Steuerölströmung zwischen dem Wegesitzventil 51 und dem Hauptsteuerventil 54 dient. Bei Betätigen des Hauptsteuerventils 54 über das Pilotventil 51 kann eine schlagartige Öffnungsbewegung des Ventilkegels 6 erfolgen. Mit dem Ausgang 62 des Hauptsteuerventils 54 ist ein elektrisch betätigtes leckölfreies Wegesitzventil 55 verbunden, dem ein Drosselventil 56 zur manuellen Vorwahl der langsamen Öffnungsbewegung des Ventilkegels 6 vorgeschaltet ist, das mit der Bohrung 21 des Gehäuses 1 verbunden ist.
Der Funktionsablauf bei langsamen Öffnen des Kegelventils 6 spielt sich wie folgt ab :

Beim Einschalten des Wegesitzventils 55 kann über die Bohrung 21 und das Drosselventil 56 mehr Steueröl über die Leitung 60 abfließen, als über das Rückschlagventil 50, das Wegesitzventil 51, das Stromregelventil 52 und das Rückschlagventil 53 nachströmen kann. Hierdurch wird in der Bohrung 21 und der Kammer 17 über das Rückschlagventil 20 ein Druckabfall erzielt, der den Ventilkegel 6 durch den höheren Druck auf den Abschnitt 5a in Öffnungsrichtung bewegt. Bei Druckumkehr erfolgt ein Schließen des Ventilkegels 6.

Das schnelle Öffnen des Ventilkegels 6 kann zu jedem Zeitpunkt des langsamen Öffnungsvorganges erfolgen. Wird hierzu das Wegesitzventil 51 eingeschaltet und das vorher geschlossene Hauptsteuerventil 54 geöffnet, so entweicht der Steuerstrom aus der Kammer 17 über das Rückschlagventil 20, die Bohrung 21, die Leitung 61 und das geöffnete Hauptsteuerventil 54 und die Ableitung 62 mit dem größeren Abströmquerschnitt als dem des Drosselventils 56.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Aufbau der Schaltung der gleiche wie nach Fig. 1, nur wirkt hier das freie Ende der Achsialstange 46 als Steuerfahne auf einen elektrischen Wegaufnehmer 47.
Das Drosselventil 56 und Wegeventil 55 wird hier durch eine elektrisch, proportional verstellbare Bauart mit Lagekontrolle ersetzt. Dadurch ist es möglich, das langsame Öffnen und Schließen des Ventilkegels 6 beliebig zu regeln, d. h. einen Soll-Ist-Wertvergleich des Ventilkegels 6 über den Wegaufnehmer 47 zu erreichen.
Das schnelle Öffnen des Hauptsteuerventils 54 erfolgt in vorstehend beschriebenem Sinne.
Die in der Fig. 1 dargestellten elektrisch ansteuerbaren Wegesitzventile 51 und 55 können wahlweise auch mit pneumatischer oder hydraulischer Ansteuerung ausgeführt sein.

Claims

1. Ventilanordnung, insbesondere für Druckgießmaschinen, mit folgenden Merkmalen :

- in einem Ventilgehäuse (1) ist ein Hauptventil mit einem Ventilkegel (6), einem Steuerkolben (10) und einem Hubbegrenzungsanschlag (25) angeordnet;

- der Hubbegrenzungsanschlag (25) ist mittels eines Getriebes (26, 34) verstellbar, das eine Gewindebuchse (26) und ein am Ventilgehäuse (1) angeordnetes Abstützgewinde (48) umfaßt ;

- eine Steuerventileinrichtung (50 bis 56), die auch Drosseleinrichtungen (56) enthält, ist über wenigstens eine Steuerleitung (61) mit dem Hauptventil verbunden, so daß dessen Ventilkegel (6) eine verzögerte oder eine rasche Bewegung ausführen kann ;

gekennzeichnet durch die Gewindebuchse (26) weist druckbeaufschlagte Flächen (27, 30, 33) auf, an denen gegeneinander wirkende Verschiebekräfte - in Stützrichtung oder in Löserichtung - auf die Gewindebuchse (26) sich entwickeln, deren relative Größe zueinander bei jedem Schaltspiel des Ventilkegels (6) sich ändert.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Löserichtung druckbeaufschlagte Flächen (30, 33) an Kammereinrichtungen (31, 24) angrenzen, die an die Steuerleitung (61) angeschlossen (bei 21) und über antiparallel geschaltete Rückschlagventile (19, 20) mit einer Ventilsteuerkammer (17) verbunden sind, welche die in der Stützrichtung druckbeaufschlagte Fläche (27) der Gewindebuchse (26) sowie den Steuerkolben (10) enthält.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzungsanschlag (25) und die Gewindebuchse (26) baulich vereint sind, wobei der Hubbegrenzungsanschlag (25) auf einer Seite die in der Stützrichtung druckbeaufschlagte Fläche (27) und auf der anderen Seite eine Teilfläche (33) der in Löserichtung druckbeaufschlagten Flächen (30, 33) enthält, die gegeneinander abgedichtet (Dichtung 25a, 25b) sind.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (26, 34) eine Welle (34) umfaßt, mit der die Gewindebuchse (26) drehfest, aber axial verschiebbar verbunden ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (34) hohl ist und eine Achse (46) aufnimmt, deren eines Ende mit den Ventilkegel (6) verbunden ist, während das andere Ende Teil eines Wegaufnehmers (47) ist.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbegrenzungsanschlag (25) gleichzeitig als Widerlager für eine Ventilfeder (16) des Hauptventils ausgebildet ist.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (50 bis 56) eine absperrbare (Ventil 51) Druckspeiseleitung (7), eine Kette aus Stromregelventil (52) und verstellbarer Drossel (56), an deren Verbindungspunkt die Steuerleitung (61) angeschlossen ist, und ein Auslaßventil (54) aufweist, welches bei abgesperrter Druckspeiseleitung (7) schlagartig öffnet und die Steuerleitung (61) drucklos macht, während bei durchgeschalteter Druckspeiseleitung (7) der Steuerleitung (61) über das Stromregelventil (52) Drucköl zugeführt und gegebenenfalls über die verstellbare Drossel (56) Drucköl abgeführt wird.