EP0966628A1 - Wegeventil - Google Patents

Wegeventil

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EP0966628A1
EP0966628A1 EP98920466A EP98920466A EP0966628A1 EP 0966628 A1 EP0966628 A1 EP 0966628A1 EP 98920466 A EP98920466 A EP 98920466A EP 98920466 A EP98920466 A EP 98920466A EP 0966628 A1 EP0966628 A1 EP 0966628A1
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EP
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displacement sensor
valve
displacement
passage
tube
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Werner Reith
Binh Nguyen Xuan
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Bosch Rexroth AG
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Mannesmann Rexroth AG
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    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • Y10T137/86614—Electric

Definitions

  • the invention relates to a directional control valve with a control piston which is axially displaceable in the interior of the valve housing and a displacement sensor attached to the valve housing and used to detect the position of the control piston and which has a displacement sensor tube which is sealed at one end and in whose opening a displacement sensor rod is immersed at the other end and fastens to the control piston and extends in the direction of its axial displacement through a passage connecting the valve housing interior with the displacement sensor tube.
  • Valves of this type are known.
  • a proportional cartridge valve of this type manufactured by the applicant is commercially available, for example, under the name 3WRC.
  • Valves of this type are preferably used to control or regulate large pressure oil volume flows, for example in forging manipulators, press cylinders, die casting machines and the like.
  • These known valves are characterized by a simple construction, because the displacement sensor, thanks to its pressure-tight design, can be attached directly to the passage of the valve housing, through which the displacement sensor extends from the interior of the valve housing into the opening of the displacement tube.
  • the invention has for its object to provide a directional control valve of the type mentioned, which in contrast is characterized by increased operational reliability. This object is achieved in a directional control valve of the type mentioned by a provided in the passage between the Ventilgeh useinnenraum and the opening of the transducer tube, a damping gap leaving seal, which forms an oil flow into the throttle body allowing throttling point.
  • the throttling of the oil flow into the displacement transducer dampens the compression volume flow in the direction of the displacement transducer occurring at a pressure peak in the consumer pressure so strongly that the pressure increase in the displacement transducer tube no longer leads to plastic deformation of the tube and thus to an impairment of the function of the position detection of the displacement transducer.
  • the seal located in the passage, which forms the damping gap additionally has a check valve which blocks the oil flow into the displacement sensor tube.
  • the damping gap is preferably provided on the valve body of the check valve.
  • this valve body can be designed as a perforated disk having a central through-hole, which, with its side facing the displacement sensor tube, interacts with a shoulder surface, which serves as a valve seat surface and is formed on a shoulder of the passage, and with its through-hole on the displacement sensor with a damping gap educational game is led.
  • Fig. 1 is a partially schematically simplified longitudinal section of an embodiment of the directional control valve according to the invention.
  • FIG. 2 shows a section from FIG. 1 drawn on a larger scale, the area of the passage from the interior of the valve housing to the displacement sensor being shown.
  • An integral directional control valve designated as a whole in FIG. 1, has a valve housing 3, in which a control piston 5 can be displaced in the axial direction with respect to the longitudinal axis 7 of the housing in order to provide a continuous control of a pressure oil in a 3/2-way function -Volume flow from the pressure oil port P to the consumer port A and from port A to the tank port T.
  • Control connections for the control of the directional valve by means of a pilot valve 9 are denoted in FIG. 1 by 1 1 and 1 3.
  • control electronics 15 are provided, which are designed in the usual way and are therefore not shown and described in detail.
  • the control electronics 1 5 is housed in the housing of an inductive displacement sensor 1 7, which is flanged to the valve housing 3 and forms part of a position control loop via the control electronics 15.
  • the displacement transducer 1 7 is connected to the valve housing 3 via an intermediate piece 1 9, which forms a passage 21, which is sealed off from the outside in a pressure-tight manner, from the adjacent interior of the valve housing 23 to the facing opening 25 of a displacement transducer tube 27, the end facing away from the opening 25 (FIG. 2) 29 is completed pressure-tight.
  • a displacement sensor rod 33 which is fastened to the end face of the control piston 5 and faces the passage 21 and coaxial with the axis 7, extends through the open end 25 into the displacement sensor tube 27.
  • the displacement sensor 33 consists, in a known manner, of a substantially non-magnetic core support rod, to the front end of which a soft iron rod is welded, which, as a ferromagnetic core, interacts with the winding of the coil former 31 for influencing the inductance as a function of the path. Due to the pressure equalization achieved through passage channels 35 in the control piston 5, the pressure of the consumer port A prevails in operation in the area of the valve housing interior 23 adjacent to the passage 21.
  • this damping device is performed by a seal provided in the passage 21, which seals the passage 21 except for a damping gap which forms a throttle point for the flow of oil into the displacement sensor tube 27.
  • the damping gap is formed on a perforated disk 37 which is mounted with its central through hole 39 on the displacement sensor 33.
  • the inner diameter of the through hole 39 is slightly larger than the outer diameter of the displacement rod 33 in order to form the damping gap between the latter and the inner wall of the through hole 39.
  • a spring element supported in the passage 21 by a retaining ring 41 (FIG. 2), which in the exemplary embodiment consists of disc springs 43, prestresses the side of the perforated disk 37 facing the displacement transducer tube 27 for contact with a shoulder surface 45, which is supported by a shoulder of the passage 21 is formed.
  • the perforated disk 37 thus forms, together with the shoulder surface 45 acting as the valve seat surface, a check valve which blocks the oil flow into the displacement transducer tube 27 except for the throttled oil flow which passes through the damping gap.
  • the outer diameter of the perforated disk 37 is slightly smaller than the inner diameter of the relevant section of the passage 21, so that the perforated disk 37 is guided only on the displacement rod 33, which the friction forces acting on the perforated disk 37 and thus also reduces wear.
  • a conventional sealing element could be provided, the naturally occurring leakage of which forms the throttled oil flow, which in the interior of the displacement sensor tube 27 produces an essentially static, i.e. free from internal pressure peaks with steep rising flanks.

Abstract

Bei einem Wegeventil mit im Ventilgehäuseinnenraum (23) axial verschiebbarem Steuerkolben (5) und einem am Ventilgehäuse (3) angebrachten, zum Erfassen der Position des Steuerkolbens (5) dienenden Wegaufnehmer (17), der ein am einen Ende (29) druckdicht abgeschlossenes Wegaufnehmerrohr (27) aufweist, in dessen anderes Ende ein Weggeberstab (33) eintaucht, der am Steuerkolben (5) befestigt ist und sich durch einen den Ventilgehäuseinnenraum (23) mit dem Wegaufnehmerrohr (27) verbindenden Durchgang (21) hindurch erstreckt, ist eine im Durchgang (21) vorgesehene, einen Dämpfungsspalt freilassende Abdichtung (37) vorgesehen, die eine einen Ölfluß in das Wegaufnehmerrohr (27) hinein zulassende Drosselstelle bildet.

Description

Wegeventil
Die Erfindung betrifft ein Wegeventil mit im Ventilgehauseinnenraum axial verschiebbarem Steuerkolben und einem am Ventilgehäuse angebrachten, zum Erfassen der Position des Steuerkolbens dienenden Wegaufnehmer, der ein am einen Ende druckdicht abgeschlossenes Wegaufnehmerrohr aufweist, in dessen Öffnung am anderen Ende ein Weggeberstab eintaucht, der am Steuerkolben befestigt ist und sich in der Richtung von dessen Axialverschiebung durch einen den Ventilgehauseinnenraum mit dem Wegaufnehmerrohr verbindenden Durchgang hindurch erstreckt.
Ventile dieser Art sind bekannt. Ein von der Anmelderin hergestelltes Propor- tional-Einbauventil dieser Art ist beispielsweise unter der Bezeichnung 3WRC im Handel erhältlich. Derartige Ventile dienen vorzugsweise der Steuerung oder Regelung großer Drucköl-Volumenströme, z.B. bei Schmiedemanipulatoren, Pressenzylindern, Druckgießmaschinen und dergleichen. Diese bekannten Ventile zeichnen sich durch eine einfache Bauweise aus, weil der Wegaufnehmer dank seiner druckdichten Ausbildung unmittelbar an dem Durchgang des Ventilgehäuses anbringbar ist, durch den hindurch sich der Weggeberstab aus dem Ventilgehauseinnenraum heraus in die Öffnung des Wegaufnehmerrohres hinein erstreckt. Da bei dieser Bauart der im Durchgang herrschende Verbraucherdruck auch im druckdichten Wegaufnehmerrohr wirksam ist, besteht jedoch die Gefahr, daß in Fällen, wo im Verbraucherdruck hohe Druckspitzen mit steilen Anstiegsflanken auftreten, es zu plastischen Aufweitungen des druckdichten Wegaufnehmerrohres kommen kann. Dies führt oftmals zu Störungen bei der Positionserfassung, insbesondere bei der Verwendung von induktiven Wegaufnehmern mit auf das Wegaufnehmerrohr aufgestecktem Spulenkörper, dessen Wicklung reißen kann, was zum Ausfall der zugehörigen Ansteuerelektronik und damit des Ventiles führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil der besagten Art zu schaffen, das sich demgegenüber durch eine erhöhte Betriebssicherheit auszeichnet. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Wegeventil der eingangs genannten Art durch eine im Durchgang zwischen dem Ventilgeh useinnenraum und der Öffnung des Wegaufnehmerrohres vorgesehene, einen Dämpfungsspalt freilassende Abdichtung gelöst, die eine einen Olfluß in das Wegaufnehmerrohr hinein zulassende Drosselstelle bildet.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Drosselung des Ölflusses in das Wegaufnehmerrohr dämpft den bei einer Druckspitze im Verbraucherdruck auftretenden Kompressionsvolumenstrom in Richtung des Wegaufnehmers so stark, daß der Druckanstieg im Wegaufnehmerrohr nicht mehr zu plastischen Verformungen des Rohres und damit zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Positionserfassung des Wegaufnehmers führt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die im Durchgang befindliche Abdichtung, welche den Dämpfungsspalt bildet, zusätzlich ein den Olfluß in das Wegaufnehmerrohr sperrendes Rückschlagventil auf. Dadurch kann Öl, das bei Eintauchbewegungen des Weggeberstabes in das Wegaufnehmerrohr hinein verdrängt wird, über das Rückschlagventil zum Ventilgehauseinnenraum zurückfließen, so daß auch das Auftreten von Kompressions-Druckspitzen im Wegaufnehmerrohr aufgrund von Eintauchbewegungen des Weggeberstabes vermieden ist.
Vorzugsweise ist der Dämpfungsspalt am Ventilkörper des Rückschlagventils vorgesehen.
Dieser Ventilkörper kann bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel als eine ein zentrales Durchgangsloch aufweisende Lochscheibe ausgebildet sein, die mit ihrer dem Wegaufnehmerrohr zugekehrten Seite mit einer als Ventilsitzfläche dienenden, an einem Absatz des Durchganges ausgebildeten Schulterfläche zusammenwirkt und mit ihrem Durchgangsloch auf dem Weggeberstab mit einem den Dämpfungsspalt bildenden Spiel geführt ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen teilweise schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Wegeventils und
Fig. 2 einen in größerem Maßstab gezeichneten Ausschnitt aus Fig. 1 , wobei der Bereich des Durchganges vom Ventilgehauseinnenraum zum Wegaufnehmer gezeigt ist. Ein in Fig. 1 als Ganzes mit 1 bezeichnetes Einbau-Wegeventil weist ein Ventilgehäuse 3 auf, in dem ein Steuerkolben 5 in Axialrichtung, bezogen auf die Gehäuselängsachse 7, verschiebbar ist, um in 3/2-Wege-Funktion eine stufenlose Regelung eines Drucköl-Volumenstromes vom Druckölanschluß P zum Verbraucheranschluß A und vom Anschluß A zum Tankanschluß T zu bewirken. Steueranschlüsse für die Ansteuerung des Wegeventils mittels eines Vorsteuerventils 9 sind in Fig. 1 mit 1 1 und 1 3 bezeichnet. Für die Betätigung des Vorsteuerventils 9 ist eine Steuerelektronik 1 5 vorgesehen, die in üblicher Weise ausgebildet und daher nicht im einzelnen dargestellt und beschrieben ist. Die Steuerelektronik 1 5 ist im Gehäuse eines induktiven Wegaufnehmers 1 7 untergebracht, der am Ventilgehäuse 3 angeflanscht ist und über die Steuerelektronik 15 Teil eines Lageregelkreises bildet.
Der Wegaufnehmer 1 7 ist mit dem Ventilgehäuse 3 über ein Zwischenstück 1 9 verbunden, das einen nach außen druckdicht abgeschlossenen Durchgang 21 vom angrenzenden Ventilgehauseinnenraum 23 zur zugewandten Öffnung 25 eines Wegaufnehmerrohres 27 bildet, das an seinem der Öffnung 25 (Fig. 2) abgekehrten Ende 29 druckdicht abgeschlossen ist. Auf der Außenseite des Wegaufnehmerrohres 27, das sich koaxial zur Längsachse 7 erstreckt, befindet sich ein aufgesteckter, bewickelter Spulenkörper 31 .
Ein an der dem Durchgang 21 zugewandten Stirnseite des Steuerkolbens 5 befestigter, zur Achse 7 koaxialer Weggeberstab 33 erstreckt sich durch das offene Ende 25 in das Wegaufnehmerrohr 27 hinein. Der Weggeberstab 33 besteht in bekannter Weise aus einem im wesentlichen nichtmagnetischen Kernträgerstab, an dessen vorderes Ende ein Weicheisenstab angeschweißt ist, der als ferromagnetischer Kern mit der Bewicklung des Spulenkörpers 31 zur wegabhängigen Beeinflussung der Induktivität zusammenwirkt. Aufgrund des durch Durchgangskanäle 35 im Steuerkolben 5 erreichten Druckausgleichs herrscht im Betrieb in dem an den Durchgang 21 angrenzenden Bereich des Ventilgehäuseinnenraumes 23 der Druck des Verbraucheranschlusses A. Über den Durchgang 21 und über das zugekehrte Ende 25 des Wegaufnehmerrohres 27, das an seinem anderen Ende 29 druckdicht abgeschlossen ist, baut sich dieser Druck auch im Wegaufnehmerrohr 27 auf. Um zu vermeiden, daß bei im Ventilgehauseinnenraum 23 auftretenden sprunghaften Druckänderungen sich entsprechende Druckspitzen im Wegaufnehmerrohr 27 ausbilden, die zu plastischen Verformungen und damit zu Beschädigungen der Bewicklung des Spulenkörpers 31 führen könnten, befindet sich im Durchgang 21 eine Dämpfungseinrichtung, die einen Olfluß in das Wegaufnehmerrohr 27 nur über eine Drosselstelle gestattet.
Die Funktion dieser Dämpfungseinrichtung übernimmt eine im Durchgang 21 vorgesehene Abdichtung, die den Durchgang 21 bis auf einen Dämpfungsspalt abschließt, der eine Drosselstelle für den Olfluß in das Wegaufnehmerrohr 27 bildet. Bei dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Dämpfungsspalt an einer Lochscheibe 37 gebildet, die mit ihrem zentralen Durchgangsloch 39 auf dem Weggeberstab 33 gelagert ist. Der Innendurchmesser des Durchgangsloches 39 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Weggeberstabes 33, um zwischen diesem und der Innenwand des Durchgangsloches 39 den Dämpfungsspalt zu bilden.
Ein im Durchgang 21 durch einen Sicherungsring 41 (Fig. 2) abgestütztes Federelement, das beim Ausführungsbeispiel aus Tellerfedern 43 besteht, spannt die dem Wegaufnehmerrohr 27 zugewandte Seite der Lochscheibe 37 für die Anlage an einer Schulterfläche 45 vor, die durch einen Absatz des Durchganges 21 gebildet ist. Die Lochscheibe 37 bildet so zusammen mit der als Ventilsitzfläche wirkenden Schulterfläche 45 ein Rückschlagventil, das den Olfluß in das Wegaufnehmerrohr 27 hinein bis auf den gedrosselten Olfluß sperrt, der durch den Dämpfungsspalt hindurchtritt. Andererseits kann, wenn der Weggeberstab 33 bei einer entsprechenden Bewegung des Kolbens 5 in das Wegaufnehmerrohr 27 einfährt und dabei eine bestimmte Ölmenge verdrängt, diese in Durchlaßrichtung des gebildeten Rückschlagventiles abfließen, so daß keine durch Kolbenbewegung verursachte Druckspitze im Wegaufnehmerrohr 27 auftritt.
Beim vorgesehenen Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 2, ist der Außendurchmesser der Lochscheibe 37 etwas geringer als der Innendurchmesser des betreffenden Abschnittes des Durchganges 21 , so daß die Lochscheibe 37 nur auf dem Weggeberstab 33 geführt ist, was die an der Lochscheibe 37 wirkenden Reibkräfte und damit auch den Verschleiß verringert.
Anstelle der beim gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Abdichtung in Form eines einen Dämpfungsspalt freilassenden Rückschlagventils könnte ein übliches Dichtungselement vorgesehen sein, dessen natürlicherweise auftretende Leckage den gedrosselten Olfluß bildet, der im Inneren des Wegaufnehmerrohres 27 einen im wesentlichen statischen, d.h. von Druckspitzen mit steilen Anstiegsflanken freien, Innendruck aufbaut.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 ) Wegeventil mit im Ventilgehauseinnenraum (23) axial verschiebbarem Steuerkolben (5) und einem am Ventilgehäuse (3) angebrachten, zum Erfassen der Position des Steuerkolbens (5) dienenden Wegaufnehmer (1 7), der ein am einen Ende (29) druckdicht abgeschlossenes Wegaufnehmerrohr (27) aufweist, in dessen Öffnung (25) am anderen Ende ein Weggeberstab (33) eintaucht, der am Steuerkolben (5) befestigt ist und sich in der Richtung von dessen Axialverschiebung durch einen den Ventilgehauseinnenraum (23) mit dem Wegaufnehmerrohr (27) verbindenden Durchgang (21 ) hindurch erstreckt, gekennzeichnet durch eine im Durchgang (21 ) zwischen dem Ventilgehauseinnenraum (23) und der Öffnung (25) des Wegaufnehmerrohres (27) vorgesehene, einen Dämpfungsspalt freilassende Abdichtung (37), die eine einen Olfluß in das Wegaufnehmerrohr (27) hinein zulassende Drosselstelle bildet.
2. Wegenventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine völlige, nur leckagebehaftete Abdichtung vorgesehen ist, deren Leckage den gedrosselten Olfluß in das Wegaufnehmerrohr (27) bildet.
3. Wegenventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung ein den Olfluß in das Wegaufnehmerrohr (27) sperrendes Rückschlagventil (37, 43, 45) aufweist.
4. Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt am Ventilkörper (37) des Rückschlagventils vorgesehen ist.
5. Wegenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilkörper eine ein zentrales Durchgangsloch (39) aufweisende Lochscheibe (37) vorgesehen ist, die mit ihrer dem Wegaufnehmerrohr (27) zugekehrten Seite mit einer als Ventilsitzfläche dienenden, an einem Absatz des Durchganges (21 ) ausgebildeten Schulterfläche (45) zusammenwirkt und mit ihrem Durchgangsloch (39) auf dem Weggeberstab (33) mit einem den Dämpfungsspalt bildenden Spiel geführt ist.
6. Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Lochscheibe (37) zur Anlage an die Ventilsitzfläche (45) vorspannendes Federelement (43) vorhanden ist.
7. Wegeventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Lochscheibe (37) geringer ist als der Innendurchmesser des sie aufnehmenden Abschnittes des Durchganges (21 ).
8. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegaufnehmer (1 7) für eine induktive Erfassung der Position des Steuerkolbens (5) einen auf das Wegaufnehmerrohr (27) aufgesteckten Spulenkörper (31 ) mit einer Wicklung aufweist, deren Induktivität durch einen ferromagnetischen Kern des als Kernträger dienenden Weggeberstabes (33) beeinflußbar ist.
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