WO2024240441A1 - Regelventil mit schaltbarer steuerkante - Google Patents

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WO2024240441A1
WO2024240441A1 PCT/EP2024/061383 EP2024061383W WO2024240441A1 WO 2024240441 A1 WO2024240441 A1 WO 2024240441A1 EP 2024061383 W EP2024061383 W EP 2024061383W WO 2024240441 A1 WO2024240441 A1 WO 2024240441A1
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control
edge
slide
valve
control edge
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Thorsten Matthias Koehler
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Moog GmbH
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C2945/76655—Location of control
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • F15B20/005—Leakage; Spillage; Hose burst

Definitions

  • the object of the invention is to integrate an actuating mechanism into an existing control valve, which on the one hand enables a small relative overlap between the control edges P-A and A-T of a control valve during control operation and on the other hand separates the A connection from the T connection during standstill (failsafe case).
  • an A-T control edge In order to prevent the injection cylinder from retracting, an A-T control edge must be covered from the consumer, e.g. the injection unit, in order to prevent a fluid volume flow to the tank. This prevents external forces acting on the axis from causing it to move in an unwanted manner. Valves in slide design always have a gap leakage due to their nature.
  • the failsafe case represents a safe machine state in which the control valve is not in active electronic control - it is usually switched off without current and voltage, the control spool is not in active position control.
  • the control spool is brought into an end position or defined position via mechanical failsafe mechanisms, e.g. springs and/or end stops, and switching valves.
  • control slide is operated with a small overlap or even a Zero cut of the control edges PA and AT, which enables precise control, but results in a retracting drift movement of the axis of an injection machine in the failsafe case (since the AT control edge then already shows an undercoverage), or the control slide is manufactured with covered control edges, e.g. the PA and AT control edges, which results in imprecise control, but ensures a standstill or a sufficiently small movement of the axis when at a standstill (failsafe case).
  • Covered control spools are known which are electronically compensated in active control, so-called deadband compensation, but which reaches its limits dynamically.
  • deadband compensation a measure of the physical overlap of the control edges must always be passed through, which, depending on the size of the overlap on the control spool (deadband to be passed through) and the dynamics of the pilot valve, can lead to losses in the control result, since passing through the covered area takes a certain amount of time.
  • an individual failsafe position can be set for each of the separate control valves, as required by the application - the disadvantage of this solution is that two or more control valves are required, which makes the solution expensive.
  • the control technology is more complex.
  • a control valve with a switchable control edge can comprise a valve body and an end cap with an actuating piston.
  • the valve body can be designed with a first control slide and at least one first and second control connection and at least one control edge.
  • the first control slide can have an axial bore and a second control slide can be designed in the axial bore.
  • a control valve can be a valve, in particular a hydraulic valve, which influences the pressure fluid via the flow path, direction and amount of the volume flow or the fluid pressure. According to the disclosure, it is a directional valve with the structure and design of the active surface (sealing surface) of a slide valve with the active movement of a longitudinal valve.
  • a control edge can be a movable edge in a valve that regulates the flow of liquids or gases between the connections on the valve. It is actuated by a force, e.g. a lever or an electric and/or pneumatic drive, and acts by opening or closing a flow channel between two control connections in the valve body.
  • the movable edge is a surface of the first and/or second control slide that can cover an opening of a flow channel of one and/or more control connections of the valve body and thereby partially or completely opens and/or blocks a passage or a flow path between control connections.
  • valve body and the control slides form coordinated control edges that can be moved coaxially to one another, so that when the respective openings of the control connections in the valve body are arranged opposite one another, a flow path is created and/or throttling occurs.
  • a control valve according to the disclosure can comprise at least three control edges.
  • a first control edge can be a control edge known from hydraulically pilot-operated 4/3-way valves in piston-type longitudinal slide design, which regulates the flow between the control ports A and T.
  • a first control edge can be a first AT control edge, which can also be referred to as A-Tl control edge.
  • a second control edge may be a novel control edge according to the disclosure that, in addition to the first control edge, controls flow between control ports A and T.
  • the second control edge may be a second A-T control edge, which may also be referred to as an A-T2 control edge.
  • the third control edge corresponds to a first control edge and can be controlled by an axial displacement of the first control slide in such a way that the third control edge partially or completely opens the one passage between the control connections P and A and/or partially or completely closes it accordingly. This allows the flow between the two control connections P and A to be controlled and regulated.
  • a third control edge can also be referred to as a P-A control edge.
  • a fourth control edge may be a control edge that controls the flow between the control ports P and B.
  • the fourth control edge may be referred to as the P-B control edge.
  • a fifth control edge may be a control edge that controls the flow between the control ports B and T.
  • the fifth control edge may be referred to as the B-T control edge.
  • a control edge can be switchable.
  • a switchable control edge can open and/or close the flow paths between the control connections in the valve body by actuating and adjusting the first and/or second control slide. According to the disclosure, this can be done by an electric, pneumatic or hydraulic and/or piezoelectric or magnetostrictive drive.
  • a switchable control edge can enable a quick response to changes in the system and precise control of the flow of liquids or gases by being able to be precisely switched from one position to another and enabling a zero cut between the control edges P-A and A-T in the active position.
  • a control connection of a control valve according to the disclosure can be a connection in the valve body.
  • the control connection can open into an annular channel in the valve body.
  • the line of a control valve can open into an annular channel in the valve body.
  • a first control port can be a T-control port.
  • a second control port can be an A-control port.
  • a third control port can be a P-control port.
  • a fourth control port can be a B-control port.
  • a B-side T-ring channel can be a space that is connected to the first control port via a channel, in particular a tank bridge, in the longitudinal section of the valve body, to the right of the B-control port. This channel can be a B-side T-channel.
  • a first and a second control spool according to the disclosure can be a hydraulic control spool.
  • the control spools can be used in directional valves of the slide valve type.
  • the second control spool can be formed within the first control spool according to the disclosure.
  • the actuation direction of the two control spools is coaxial along their longitudinal axes, so that the respective control edges of the control spools cover the openings of the control connections in the valve body completely, partially and/or not at all, depending on the position of the displaced control spool.
  • the first and second control slides can each comprise at least two piston shoulders on the piston shaft, which form the control edges on the control slide.
  • the first control slide can form a first and second piston shoulder.
  • the first control slide can also form a third piston shoulder.
  • the first control slide can form a fourth piston shoulder.
  • the second control slide can also form a first piston and a second piston shoulder.
  • the piston shoulders can cover control connection openings in the valve body and thus regulate the flow between the control connections.
  • the piston shoulders of the control slides can be arranged in a connection area of the control connections.
  • a piston shoulder of a control slide which covers a control connection opening depending on the setting, can form a control edge with this opening in the valve body.
  • An axial bore is a bore in the valve body and in the first control spool along a longitudinal axis of the first control spool, such that the first control spool is slidably received in the bore of the valve body and the second control spool is slidably received in the bore of the first control spool.
  • the bore can be centered in the control spool.
  • the control valve with switchable control edge can have an end cap with actuating piston.
  • the actuating piston can be designed such that it engages in the axial bore and is further designed such that it displaces the second control slide in the axial bore of the first control slide.
  • the second control edge can lead to the disclosed control valve combining the functionality of two valves.
  • the failsafe valves when the failsafe valves are activated, a zero-cut behavior and thus good controllability of the axis connected to the valve can be ensured; on the other hand, when the failsafe valves are deactivated, the leakage can be reduced to a minimum that can correspond to the gap leakage.
  • a second (seat) valve connected in series can become superfluous. This can lead to cost, service/maintenance and installation space savings. In addition, this component does not have to be kept as a spare part.
  • a second (seat) valve that is otherwise usually connected in series (downstream/) and can cause a (continuous) pressure loss can be omitted.
  • a control valve system with the control valve according to the disclosure can be more energy efficient than the combination of control valve and series-connected (seat) valve known from the prior art.
  • a connecting element can be formed between the actuating piston and the second control slide. This allows axial and angular misalignments to be compensated.
  • a connecting element can comprise a compensating rod and at least two lock nuts.
  • a first lock nut can be locked against the second control slide.
  • a second lock nut can be secured against an actuating piston.
  • the second lock nut can be designed as a mechanical stop and can be hardened.
  • the connecting element between the actuating piston and second control slide can fulfill a coupling function and therefore be a coupling element.
  • valve body and the first control slide of the control valve can form a first (A-T1) and a second control edge (A-T2).
  • A-T1 a first
  • A-T2 a second control edge
  • A-T2 a third control edge
  • P- / a third control edge
  • the first control edge (A-Tl) can have sufficient overlap.
  • the second control slide can also be designed in such a way that it controls the second control edge (A-T2) independently of the first control slide, i.e. opens or closes it.
  • a precise actuating mechanism can thus be integrated into the control valve by means of the second control edge (A-T2).
  • A-T2 the second control edge
  • a flow path from one control connection to the next control connection can be prevented by sufficiently covering the first control edge (A-T1), thus preventing an incoming drift movement of an axis, for example of an injection molding machine.
  • a flow path can be formed between at least two control connections and can be influenced by a control edge in such a way that the flow rate can be regulated.
  • an overlap can be a positive overlap, a zero overlap or a negative overlap.
  • a positive overlap can describe the control edge position of a piston shoulder of the first and/or second control slide, the length of which is greater than the width of the opening of the annular channel of the control connections in the housing of the valve body.
  • the overlap refers to the total stroke of the first or second control spool in the middle position or end position and can be specified in percent [%].
  • the zero overlap can be characterized by the flush position of the control edges of the piston shoulders of the two control slides and the ring channels of the control connections in the housing of the valve body.
  • the zero overlap of control edges can achieve very short actuation or reaction times on the actuator connected to the control valve, since the opening cross-section of the ring channel of the respective control connections in the valve body is released without delay and only small actuation paths are required for control and regulation.
  • the negative overlap can describe the control edge length of a piston shoulder of the respective control slide, the length of which is smaller than the width of the ring channel of the control connections in the housing of the valve body.
  • a negative overlap can be an under-coverage.
  • a low contact can occur if the contact of a single control edge is between 0% and 5%.
  • a low contact of 0% can be a zero cut.
  • a relative coverage can be the ratio between two coverages. For example, a sum is formed from the coverage of one control edge and the coverage of another control edge. This sum can result in a relative coverage.
  • the relative overlap may be a small relative overlap if the sum is between 0% and 10%.
  • the second control edge (A-T2) may form such a small relative overlap with the third control edge (P-A).
  • a large overlap of a single control edge can be 10% or more.
  • a sufficient overlap and/or a sufficiently large overlap can be between 10% and 20%.
  • the first control edge (A-Tl) can have such a large overlap and/or sufficient overlap.
  • the third control edge (P- A) can also have a large overlap.
  • a large and/or sufficiently large overlap ensures that an axis/actuator, e.g. an injection unit, stops or moves sufficiently small in the event of a failsafe.
  • the P-A control edge (third control edge) can have a large overlap.
  • a negative overlap and/or undercoverage of an individual control edge is less than 0%.
  • the fifth control edge (B-T control edge) can have such an undercoverage.
  • the second control edge (A-T2 control edge) can have a recessed ring channel.
  • the recessed ring channel can be incorporated into the piston shoulder.
  • the second control edge can instead and/or additionally have one or more control windows distributed over the circumference.
  • the puncture-shaped ring channel and the/or the control windows are each formed at the inlet and outlet of a transverse bore of the first control slide. Both can have different shapes.
  • the puncture-shaped ring channel can have a rectangular cross-section or a cross-section with rounded corners at the base.
  • these can also have different cross-sectional shapes, e.g. rectangular, triangular, round or T-shaped.
  • the ring channel or the control window(s) can be manufactured to be axially precisely adapted to the third control edge (A-T2) in the valve body for specific applications. in particular on the third control edge (PA).
  • the second control edge (A-T2) can separate the control connection A from the control connection T in the failsafe case, since the second control edge (which can be switched via the inner second control slide) and the first control edge (A-Tl) can be brought into a position together so that, viewed from the outside, sufficient overlap can be achieved at the first (A-Tl), second (A-T2) and third (PA) to ensure standstill or a sufficiently small movement of the axis.
  • the annular groove or the control window(s) of the second control edge (A-T2) can be connected to the axial bore in the first control slide via at least one first transverse bore.
  • the first transverse bore can be formed in a first piston shoulder of several piston sets of the first control slide.
  • the first piston shoulder can have several first transverse bores.
  • the first transverse bore(s) can be formed perpendicular to the longitudinal axis of the axial bore of the first control slide.
  • the first piston shoulder of the first control slide is formed furthest to the left.
  • the second control edge (A-T2) can be arranged in the first piston shoulder.
  • the second control edge (A-T2) in the first piston shoulder can be formed by the first cross bore(s).
  • the first cross bore(s) can thus result in the disclosed control valve combining the functionality of two valves.
  • the failsafe valves when the failsafe valves are activated, a zero-cut behavior and thus good controllability of the axis connected to the valve can be ensured; on the other hand, when the failsafe valves are deactivated, the leakage can be reduced to a minimum that can correspond to the gap leakage.
  • a second (seat) valve connected in series can become superfluous. This can lead to cost, service/maintenance and installation space savings. In addition, this component does not have to be kept as a spare part.
  • a second (seat) valve that is usually connected in series (downstream/downstream) and can cause a pressure loss or constant pressure loss can be omitted.
  • a control valve system with the control valve according to the disclosure can be more energy efficient than the combination of control valve and series-connected (seat) valve known from the prior art.
  • the first control slide can form at least one second transverse bore in the connection area of a second control connection (A) of the valve body.
  • the at least a second transverse bore must be connected to the axial bore of the first control slide.
  • connection area can be a part of the valve body through which liquids or gases can flow in/out.
  • Connection areas can be formed on the outside of the valve body and have a defined connection diameter to enable a firm connection to control blocks, pipes, containers or other system components.
  • the connections can have various forms, including threads, flanges or plug connections.
  • the connection area can be designed such that the connection area extends into the valve body.
  • the second control edge (A-T2) in the first piston shoulder of the first control slide being connected to the second transverse bore via the axial bore.
  • the second transverse bore can represent a flow inlet in a second piston shoulder of the first control slide, but can also alternatively form another control edge to the second control slide (which is part of an internal system of the first control slide).
  • This alternative additional control edge can adjust the flow between the control connections A and T via the second control edge (A-T2).
  • the actuating piston can be designed to control a flow path via the second control edge (A-T2) by means of the second control slide.
  • the expression "via the second control edge” can mean that the flow path from one control port to another control port is released.
  • the axial displacement of the first and/or second control spool can cause the corresponding control edge to release the flow path between two control ports and thus regulate the flow rate.
  • the control port A can be separated from the control port T by the first control edge (AT) and the third control edge (PA) achieving a sufficiently large overlap and thus an axis standstill or a sufficiently small axis movement can be ensured.
  • the second control spool can have two surfaces with equal effective areas.
  • the surfaces can be ring-shaped or circular.
  • the surfaces can each be formed on a piston shoulder of the second control slide.
  • a load pressure applied to the second control connection (A) cannot therefore lead to the second control slide being actuated unintentionally. This in turn can enable precise control of the control valve according to the disclosure.
  • the second control connection (A) can be separated from the first control connection (T) by the first control edge (A-Tl) and the second control edge (P-A) achieving a sufficiently large overlap and thus an axis standstill or a sufficiently small axis movement can be ensured in the failsafe case.
  • the axial bore of the first spool may include a chamber with an internal compression spring.
  • the chamber can be formed in the longitudinal section of the valve body as an extension of the right end of the axial bore.
  • a rear part of the axial bore can comprise the chamber.
  • the chamber can be arranged in the first control slide at a height between a second and third piston shoulder of the first control slide.
  • the chamber can be formed at the height of the third port (P).
  • control port A can be separated from the control port T by the first control edge (A-Tl) and the second control edge (P-A) achieving a sufficiently large overlap and thus an axis standstill or a sufficiently small axis movement can be ensured.
  • an axial relief bore can be formed coaxially to the axial bore.
  • the first control slide can have at least one third transverse bore in the region of the B-side T-channel, which is connected to the axial relief bore.
  • the B-side T-channel and the third transverse bore can form a leakage flow path.
  • the third transverse bore according to the disclosure may be formed perpendicular to the axial relief bore.
  • the third transverse bore may drain the leakage from the internal system (the chamber of the axial bore of the first spool valve). This can enable precise control and activation of the control valve and, in addition, when the valve is at a standstill (failsafe case), a flow from one control port (A) to the next control port (T) can be prevented by sufficiently covering the first control edge (A-Tl). Together with the third control edge (PA) covered in the failsafe case, this can ensure that the axis comes to a standstill or that the axis movement is sufficiently small.
  • the second control slide has a slot on its right-hand face. This slot can drain off leakage.
  • the right end face may be formed in a second end portion of the second spool.
  • a left end face of the second spool may be formed in a first end portion of the second spool.
  • the left end face and the right end face may be formed at opposite end portions of the second spool.
  • the slot When blocked, the slot can allow leakage from the chamber to be discharged from the axial bore. This prevents pressure from building up in the chamber of the first control slide via leakage volume flows and opening the second control slide unintentionally.
  • the disclosed control valve can thus enable a precise actuating mechanism and, in the event of a failsafe, separate the second control connection (A) from the first control connection (T). In this case, the leakage can be discharged via the slot and an axis standstill can still be guaranteed.
  • the end cap may include a valve and a spring chamber.
  • the spring chamber may include a compression spring and a stop.
  • the spring chamber and the end cap can be attached to a first end of the valve body on the left side in a longitudinal section of the valve body.
  • the end cap and the spring chamber can also be attached to the right side of the valve body of the disclosed control valve.
  • the end cap can enable a precise adjustment mechanism in the disclosed control valve by means of the actuating piston. Due to the precise control, in the failsafe case the second control connection (A) can be separated from the first control connection (T) by the first control edge (A-Tl) and the third control edge (PA) forming a sufficient overlap to ensure an axis standstill or a sufficiently small axis movement.
  • the spring chamber of the disclosure can be connected to the valve body via a relief bore.
  • the relief hole can lead out of the spring chamber and can end at the valve body, in which the relief hole can continue. This can form a complete passage and allows a flow path towards a tank via the T-control connection.
  • the spring chamber can thus be constantly relieved in the direction of the tank and precise control of the control valve can be ensured.
  • the control valve of the disclosure can be used as an injection control valve for controlling an injection unit of an injection molding machine.
  • a control valve system may include a pilot valve, one or two failsafe valves, and a control valve of the disclosure.
  • a failsafe valve may be a safety valve.
  • the advantage is that both in normal operation a small relative overlap between the second (A-T2) and third (P-A) control edge is enabled, which leads to precise control and, on the other hand, in the failsafe case the A connection is separated from the T connection, i.e. the first control edge (A-Tl) and third control edge (P-A) have sufficient overlap, thus enabling a safe machine state of the control valve system in the failsafe case.
  • the control valve system can ensure precise controllability of the axis of the injection molding machine when the failsafe valves are activated.
  • the control valve system can reduce leakage to a minimum that can correspond to the gap leakage and ensure an axis standstill or a sufficiently small axis movement in the failsafe case.
  • the control valve system with the control valve according to the disclosure can be more energy efficient than the control valves known from the prior art.
  • FIG. 4 Schematic representation of a control valve in control operation in the state of the art with zero cut
  • FIG. 5 Schematic representation of a control valve in failsafe position in the state of the art with over- and under-coverage
  • FIG. 7 Schematic representation of the control valve according to the disclosure in failsafe position with closed second control spool
  • FIG. 16 Schematic representation of the control valve system according to the disclosure with valve electronics and position measuring system in failsafe position with closed second control spool
  • FIG. 17 Schematic representation of the control valve system according to the disclosure with valve electronics and position measuring system in control
  • FIG. 18 Schematic representation of the control valve system according to the disclosure with valve electronics and position measuring system in controlled positive end position
  • FIG. 19 Schematic representation of the control valve system according to the disclosure with valve electronics and position measuring system
  • Figure 1 shows the schematic structure of a pilot-operated 4/3-way control valve known in the prior art. It consists of a valve body 1, also known as the main stage, an optional fail-safe valve 2, also known as a safety valve, and a pilot valve 3.
  • a movable control slide 4 is housed in the valve body 1.
  • the control slide 4 in Figure 1 forms four piston shoulders. A first piston shoulder 31, a second piston shoulder 32, a third piston shoulder 33 and a fourth piston shoulder 34.
  • the valve body 1 and the piston shoulders 31, 32, 33, 34 of the control slide 4 in Figure 1 have coordinated control edges, for example the control edges 5 and 6 between the control connections T and A.
  • the valve body 1 forms a fixed control edge 5 and the second piston shoulder 32 of the control slide 4 forms a movable control edge 6, since the control slide is arranged so as to be displaceable in the valve body 1.
  • the second piston shoulder 32 opens up a flow path between the control connections T and A and between A and P.
  • control slide 4 When the fail-safe valve 2 is switched off, the control slide 4 is pressed into a predetermined central position by compression springs 7 and a mechanical stop, shown in Figure 1 by adjustable disks 8 in the control chambers 12, 13, and closes the corresponding control connections 9 (T, A, P, B) of the valve body 1 with the piston projections 31 -34.
  • the valve body 1 has the following control connections 9:
  • Attached to the left side of the valve body 1 is an end cap with electronics for controlling the control chambers 12 and 13.
  • the end cap includes a position measuring system 10 and a valve electronics 11.
  • the position of the control slide 4 is measured by means of the position measuring system 10 and controlled by a valve electronics 11.
  • the left control chamber 12 and the right control chamber 13 of the valve body 1 are subjected to volume flow and pressure via the pilot valve 3.
  • the control slide 4 is deflected to the left or right from the center position and thus releases the corresponding flow paths P-A and B-T or P-B and A-T.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an injection unit 15 with a control valve, which is an injection control valve 14.
  • the control valve 14 controls the injection unit 15 of an injection molding machine. If the protective grille of the machine is opened, the failsafe case occurs and the control valve must be brought into a safe state. The injection cylinder 16 should under no circumstances move the injection unit 15 forwards and thereby extend it. This means that the working connection of the control valve, which is connected to the cylinder chamber/surface 17 of the injection cylinder 16, which enables the injection movement, must under no circumstances be subjected to pressure.
  • Injection control valves are often designed in such a way that they control/regulate the volume flow or pressure of the piston side of the injection cylinder, which is connected, for example, to the A control connection 502 of the control valve 1.
  • An injection cycle is divided into the following phases and is shown as an example in the volume flow signal function in Figure 3:
  • control slide 4 in Figure 1 The geometry of the control slide 4 in Figure 1, i.e. the overlap of the individual control edges and the resulting volume flow signal function, is adapted for each application.
  • FIG. 4 shows a control slide 4 of the state of the art in control operation with zero intersection PI of the control edges 20, 21, which enables good controllability.
  • Figure 5 shows the same control slide 4 of the state of the art, but in a failsafe position.
  • the PA control edge 20 between the P and A control connections 502, 503 together with the AT control edge 21 between the A and T control connections 502, 501 have a small relative overlap.
  • the control edges 20, 21 in Figure 4 are designed with a zero cut PI, which is why the small relative overlap from the two zero cuts from the control edge 20, 21 in turn results in a zero cut.
  • the BT control edge 22 between the B control connection and the B-side T-channel 505 is largely under-covered, see P3 in Figures 3, 4 and the PB control edge 23 between the P and B control connections 503, 504 is largely over-covered, see also P2 in Figures 3, 4.
  • the y-axis in Figure 3 shows the volume flow Q in liters per minute (Q [l/min]), while the x-axis represents the control slide stroke S, which corresponds to the distance covered by the control slide 4 from Figure 1 in percent.
  • -100% means a negative end position, which corresponds to a maximum displacement of the control slide 4 to the right in the valve body 1. Accordingly, a positive end position +100% means a maximum deflection of the control slide 4 to the left in the valve body 1. In the respective maximum deflection, for example, stops at the corresponding end prevent further deflection of the control slide 4.
  • Figure 3 also shows the control slide stroke S and thus the overlap of the control edges 20, 21, 22, 23, in which the characteristic curves 201, 211, 221, 231 represent the volume flow, in particular during the failsafe case of a control valve in the prior art.
  • the control slide 4 In the failsafe position 25 during the failsafe case, the control slide 4 assumes a defined spring-centered position when the failsafe valve 2, which is arranged between the pilot valve 3 and the valve body 1 in Figure 1, is switched off.
  • This failsafe position of the control slide 4 is marked in Figure 3 by a dashed line 25 and is illustrated schematically in Figure 5.
  • the control slide 4 is adjusted via corresponding adjustable mechanical stops 8 in the control chambers 12, 13 in Figure 1 so that the PA control edge 20 of the control slide 4 in Figure 3 assumes a covered position, see intersection point P5 on the x-axis and the failsafe position 25 shown in dashed lines in Figure 3.
  • the AT control edge 21 consequently assumes a covered position relative to the valve body 1 (due to the very low relative overlap or the zero intersection of the PA and AT control edges 20, 21 from Figure 4), see intersection point P4 of the volume flow signal function 211 with the failsafe position 25 in Figure 3 and Figure 5.
  • the BT control edge 22 between the B control connection and the B-side T-channel 505 is still covered, see P7 in Figures 3, 5 and the P- B control edge 23 between the P and B control terminals 503, 504 are still covered, see also P6 in Figure 3, 5
  • the piston surface of the injection cylinder 17 in Figure 1 is no longer subjected to supply pressure. This means that the injection cylinder is prevented from extending, for example.
  • fluid can escape from the injection cylinder via the open AT control edge 21 if it is subjected to an external force, such as during plasticizing or in setup mode when the injection cylinder is filled with plastic melt.
  • an actuating mechanism is integrated into an existing control valve.
  • good controllability in control operation is to be achieved by a small relative overlap between the P-A and A-T control edges 20, 21 and, in the failsafe case, a separation of the A control connection 502 from the T control connection 501 and simultaneously from the P control connection 503 by means of overlapping A-T and P-A control edges.
  • control edges ideally with a low relative overlap or zero intersection of the A-T and P-A control edges 21, 20 as shown in Figure 3 and Figure 4, in order to enable fast and precise control and, on the other hand, in the failsafe position 25, as shown in Figure 3 and Figure 5, separates the A control connection 502 from the P control connection 503, i.e. has sufficient overlap of the P-A control edge 20.
  • these control valves with fast and precise control of the state of the art cannot separate the T control connection 501 and the P control connection 503 from the A control connection 502 at the same time in the failsafe position 25 in order to ensure an axial standstill of the injection unit 15.
  • Figures 6 to 14 show switchable control edges according to the disclosure.
  • Figures 6 and 7 in conjunction with Figure 8 show schematically how the width of the Piston shoulders and thus the length of the AT and PA control edges can be switched between an overlap and a zero cut.
  • the control valve in Figure 6 is in active control.
  • the first control slide 400 as shown in Figure 6, comprises an axial bore 40 with a second control slide 41 and at least a first and second transverse bore 46, 47 in the first and second piston shoulder 31, 32 of the first control slide 400.
  • a second control edge 42, 43 (A-T2) is formed.
  • the first and third control edges 45, 44 correspond to the A-T and P-A control edges 21, 22 (as described with reference to Figures 3, 4 and 5).
  • the second control slide 41 comprises a first piston shoulder 411 and a second piston shoulder 412 and regulates a flow or flow path through the transverse bores 46, 47 and the axial bore 40.
  • the second control edge 42, 43 (A-T2) and the third control edge 44 (P-A) simultaneously form a zero cut as shown by P8 and Pli in Figure 6, so that a precise and fast control is possible with the second control slide in the open position, as shown in Figure 6.
  • the first control edge 45 (A-Tl) is in an overlapped position in Figure 6, P10 in Figure 6.
  • Figure 6 shows that the second control edge 42, 43 (A-T2) and third control edge 44 (P-A) together have a small relative overlap, in this case even a very small relative overlap, see P9 in Figure 6.
  • control does not take place immediately via the A-T control edge, which in Figure 6 would correspond to the first control edge 45 (A-Tl) of the disclosure, but via the second control edge 42, 43 (A-T2) which is not known in the prior art.
  • the control spool 400 in Figure 7 is in a failsafe position during a failsafe event.
  • the second control spool 41 is closed because the first piston shoulder 411 of the second control spool 41 prevents flow through the cross bore 46, P12 in Figures 7 and 8.
  • the second control edge 42, 43 (A-T2) is in a covered position and there is no flow between the T and A
  • the first control edge 45 (A-Tl) and the third control edge 44 (PA) are also overlapped in the failsafe position, P13 and P14 in Figure 7. This ensures that in the failsafe position 25 (see Figure 8) no volume flow can flow between the T and A control connections 501, 502 and the P and A control connections 503, 502. There is no flow path via the transverse bores 46, 47 and axial bore 40 and also no direct flow path from the A control connection 502 to the T control connection 501.
  • Figure 8 shows a volume flow signal function of the control edges from Figures 6 and 7 according to the disclosure.
  • the x-axis shows the control slide stroke S of the first control slide 400 according to the disclosure.
  • the failsafe position 25 runs through the origin and coincides with the y-axis.
  • Figure 8 shows two cases of a characteristic curve of the volume flow between A-control connection 502 and T-control connection 501.
  • the characteristic curve 452 no longer increases because the maximum flow via the second control edge 42, 43 is limited due to the diameters of the transverse bores 46, 47 and axial bore 40.
  • the first control edge 45 opens and an additional flow path between the T and A control connections 501, 502 is created, see characteristic curve 451.
  • a flow path opens between the P and A control connections 503, 502 while the flow path between the T and A control connections 501, 502 is simultaneously closed, as the characteristic curve 443 shows.
  • Figure 9 shows an internal bore system in a control spool 400 according to the disclosure.
  • the internal bore system allows flow between the T and A control ports 501, 502 via an axial bore 40 and forms a second control edge 42, 43 (A-T2) between the T and A control ports 501, 502.
  • This internal bore system includes the axial bore 40, a second control spool 41 that controls flow between the control ports A and T via the second control edge 42, 43 (A-T2) in combination with the first control spool 400, and leakage relief bores 51, 52.
  • Figure 9 shows the control valve according to the disclosure during the failsafe case in the failsafe position 25 (see Figure 8) with the failsafe valves switched off.
  • a first control edge 45 A-Tl control edge
  • a third control edge 44 P-A control edge
  • Figure 9 makes it clear that during the failsafe case, the A-Tl and P-A control edges 45, 44 are largely overlapped. This is possible in particular because the second control slide 41 is positioned in such a way that the flow path between the T and A control connections 501, 502 via the second control edge 42, 43 (A-T2) is blocked due to the first piston shoulder 411 of the second control slide 41.
  • the second control slide 41 in the axial bore 40 controls the A-T2 control edge 42, 43 and thus regulates a flow between the T and A control connections 501, 502.
  • the second control slide 41 is positioned such that the left piston shoulder 411 of the second control slide 41 blocks the first transverse bore 46.
  • a further movement of the first control slide 400 in the valve body 1 to the left into a positive end position results in fluid flowing from the P control connection 503 via the third control edge 45 (P-A) to a consumer connected to the A control connection 502, for example the injection unit 15, and the pressure there increasing.
  • An opposite movement of the first control slide 400 to the right into a negative end position causes the fluid to flow out of the consumer and thus leads to a drop in pressure, since the second control slide 41 is positioned in such a way that the second control edge 42, 43 (A-T2) is opened by the displacement of the first control slide 400 to the right and thus a flow path is created between the T and A control connections 501, 502, this is the characteristic behavior from Figures 6 and Figure 8.
  • the first control slide 400 thus behaves, when viewed from the outside, for an observer without knowledge of the second control slide 41 and the second control edge (A-T2 control edge), as if the width of the piston shoulder 32, i.e. the length of the first control edge 45 (in the prior art), were variable.
  • the width of the piston shoulder 32 of the first control slide 400 can be switched even after production by adopting one of the two states according to the disclosure of Figures 6 and 7. This is not possible with the control slide 4 of the prior art from Figures 1 to 5, as has already been explained with reference to Figures 3 to 5.
  • Figure 10 shows a control valve according to the disclosure in a control operation of the A-T2 and PA control edges 42, 43, 44.
  • the second control slide 41 is in an open position with covered control edges 42, 43, ie the second control slide 41 is positioned such that a flow path between the T and A control connections 501, 502 would be possible via the axial bore 40 if the second control edge 42, 43 is released by moving the first control slide 400.
  • This moment is shown on the characteristic curves 452 and 443 at the point P8, Pli and P9 on the x-axis of Figure 8.
  • Figure 11 shows a control valve according to the disclosure in a control operation of the first control edge 45 (A-Tl) and control edge 23 (P-B).
  • first control edge 45 A-Tl
  • control edge 23 P-B
  • the characteristic curves 451 and 231 it is shown that the first control slide 400 is brought to the right in a maximum negative end position in the valve body 1, the third control edge 44 is closed and the second control slide 41 is in a closed position. This means that a flow between the T and A control connections 501, 502 via the axial bore 40 is blocked.
  • Figure 11 shows that a direct flow path is created between the T and A control ports 501, 502, in which the first control edge 45 (A-T1 control edge) is in the open position and the second control edge 42, 43 (A-T2 control edge) is closed by the second piston shoulder 412 of the second control slide 40.
  • a flow between the T and A control ports 501, 502 does not take place because the second control slide 41 in Figure 12 is positioned in such a way that the first piston shoulder 411 keeps the second control edge (A-T2) closed and despite the second Piston shoulder 412 in the open position means that no flow occurs via the axial bore 40 between the T and A control connections 501, 502.
  • the first control edge 45 (A-Tl) and second control edge 42, 43 (A-T2) are in an overlapping position of the first control slide 400 due to the positive end position.
  • the piston shoulders 411, 412 of the second control slide 41 are designed according to the disclosure such that the second control slide 41 releases the flow path via the second control edge 42, 43 (A-T2) when the first control slide 400 moves into a negative end position, for example in Figure 8.
  • the second control slide 41 can release the flow path via the second control edge 42, 43 by being brought into a positive end position (not shown in the figures).
  • Figures 6 to 14 show, on the one hand, how, when the failsafe valves 2 and 61 are activated, a zero-cut behavior and thus a fast and precise controllability is possible through a relatively small overlap between the second control edge 42, 43 (A-T2) and third control edge 44 (P-A).
  • the failsafe valves are deactivated, i.e.
  • the leakage can be reduced to a minimum, corresponding to a gap leakage, in that the first control edge 45 (A-T1) and third control edge (P-A) 44 have a sufficiently large overlap (see P12, P13 and P14 in Figure 7) and thus an axis standstill of the axis connected to the disclosed control valve system 100, for example an injection unit 15, can be ensured.
  • Figure 13 shows a schematic view of a control valve system 100 according to the disclosure, comprising the control valve in a schematic longitudinal section and a fail-safe valve 2 and a 3/2-way fail-safe seat valve as well as a pilot valve 3.
  • the valve electronics 11 and the position measuring system 10 are not shown here.
  • the valve electronics 11 and the position measuring system 10 are shown schematically in Figures 16 to 19 in which they are attached to the right of the valve body 1.
  • the valve body 1 includes a first control slide 400, which can alternatively also be referred to as a main control slide 400.
  • the first control slide 400 is provided with an axial bore 40 in which a second control slide 41 is mounted.
  • the second control slide 41 is also referred to as an inner control slide 41.
  • the second control slide 41 is smaller than the first control slide 400.
  • the diameter of the second control slide 41 is smaller than the diameter of the first control slide 400, so that the second control slide 41 is accommodated within the axial bore 40.
  • the valve body 1 in Figure 13 shows in longitudinal section from left to right a first control connection 501, a second control connection 502, a third control connection 503 and a fourth control connection 504 as well as a B-side T-channel 505, which is connected to the first control connection 501 by means of a connecting passage and/or ring channel.
  • the first control connection 501 is a T-control connection 501.
  • the B-side T-channel 505 thus corresponds to a B-side T-control connection 501.
  • the second control connection 502 is an A-control connection 502.
  • the third control connection 503 is a P-control connection 503.
  • the fourth control connection 504 is a B-control connection 504.
  • the first control slide 400 and the valve body 1 form a first control edge 45, also referred to as A-T1 control edge.
  • the first control edge 45 regulates the flow rate of a first flow path between the T control connection 501 and A control connection 502.
  • first control slide 400 and the valve body 1 form a second control edge 42, 43, which is also referred to as A-T2 control edge.
  • the second control edge 42, 43 regulates a flow rate via an additional flow path between the T control connection 501 and the A control connection 501.
  • the second control edge 42, 43 (A-T2) and the third control edge 44 (P-A) form a relatively small overlap.
  • the first control edge 45 (A-T1) between the control connections T and A has a sufficiently large overlap. This means that in the failsafe case only a very small volume flow flows between the control connections T and A. The volume flow is so small that it corresponds to a normal gap leakage.
  • the second control edge 42, 43 (A-T2) between the control connections T and A has one or more first transverse bores 46, which are connected to the axial bore 40 of the first control slide and enable a flow.
  • a puncture-shaped ring channel and/or control window 421, 431 (shown schematically in Figure 14) is formed at the inlet and outlet respectively. This enables the second control edge (A-T2) 42, 43 to be precisely adapted to the third control edge 44 (P-A control edge between the P control connection 503 and the A control connection 502) in a way that is specific to the application, via the ring channel and/or the control window.
  • one or more additional second transverse bores 47 are provided in the area of the A control connection 502, which are also connected to the axial bore 40.
  • the second control slide 41 activates and/or deactivates, depending on the position of an actuating piston 48, the additional flow path through the transverse bores 46, 47 and axial bore 40 between the T and A control connections 501, 502.
  • the flow rate and the pressure via the second control edge 42, 43 (A-T2) are regulated by deflecting the first control slide 41 to the left or right.
  • the second control slide 41 has pressurized annular surfaces 491, 492. These are formed on a first piston shoulder 411 in a front area of the second control slide 41 and a second piston shoulder 412 in the rear area of the second control slide 41. These are hydraulically balanced and a load pressure via the A control connection 502 cannot therefore lead to the second control slide 41 being actuated unintentionally.
  • a leakage that reaches a rear chamber 50 of the second control slide 41 is discharged via an axial relief bore 51 via the B-side T-channel 505 to the T-control connection 501.
  • the first control slide 400 has one or more third transverse bores 52 in the area of the B-side T-channel 505.
  • the second control slide 41 has a slot 53 at its right end, which faces the rear chamber 50. This slot 53 enables the leakage to be discharged via the axial leakage relief bore 51, which is formed coaxially in extension to the axial bore 40, even when blocked.
  • Figure 14 shows a left section of the control valve according to the disclosure of Figure 17, with the first and second control slide according to the disclosure as already described in Figures 6 to 13.
  • the control valve is in active control of the third control edge 44 (PA) and second control edge 42, 43 (A-T2).
  • the internal system is open, ie the second control slide 41 is positioned such that the first and second piston shoulders 411, 412 of the second control slide 41 release the passage between the T control connection 501 and A control connection 502 via the second control edge 42, 43 and the bore 40.
  • the failsafe valves 2 and 61 are switched on.
  • the actuating piston 48 is kept open by the control pressure pX via the valve 61 attached to the end cap chamber 54 of the end cap 57 against a compression spring 56 which is supported on the inside of the end cap 57 or a stop 58 (shown in Figure 14).
  • the actuating piston 48 has a left annular surface 60 and a right annular surface 55.
  • a spring chamber 59 and a left annular surface 60 of the actuating piston 48 are relieved in the failsafe case via a second valve 61, shown in the figures for example as a switchable 3/2-way failsafe seat valve, so that the compression spring 56 presses the actuating piston 48 against the second control slide 41.
  • the spring chamber 59 of the actuating piston 48 is constantly relieved in the direction of the tank via the T-control connection 501.
  • the spring chamber 59 is connected to the T-control connection 501 of the valve body 1 via one and/or several bores 62. Alternatively, it can be relieved via further bores via a Y-relief connection 507 and/or via a separate leakage relief connection attached to the end cap 57 (not shown in Figure 14).
  • the 3/2-way failsafe seat valve 61 in Figure 13 is electrically switched at the same time as the 4/2-way failsafe valve 2.
  • both failsafe valves are de-energized.
  • the 4/2-way failsafe valve 2 connects the left and right control chambers 12, 13 of the first control slide 400 in the valve body 1 and thus creates a hydraulic short circuit.
  • the first control slide 400 is placed in a defined failsafe position via a large spring 131 in the right-hand control chamber 13.
  • the compression spring 56 presses the first control slide 400, via the actuating piston 48 and the second control slide 41, into a defined failsafe position, which corresponds, for example, to the failsafe position 25 in Figure 8.
  • the failsafe position in the failsafe case is characterized by the fact that both the third control edge 44 (PA) and the first control edge 45 (A-Tl) assume a sufficiently large covered position.
  • the second control slide 41 closes the first cross hole(s) 46 so that the second control edge 42, 43 (A-T2) is also sufficiently covered.
  • the shaft diameter 63 of the actuating piston 48 which penetrates into the axial bore 40 of the first control slide 400 and actuates the second control slide 41, has a smaller diameter than the first and second piston shoulders 411, 412 or the axial bore 40 of the second control slide 41. This makes it possible to compensate for axial offsets of the piston bores due to tolerances.
  • the second control slide 41 has a right stop 64 at the rear, in the area of the rear chamber 50, which serves to transfer the spring force of an inner spring 65 to the first control slide 400 in the case of a failsafe. Alternatively, this can also be done via a step in the front area of the second control slide 41, in the area of the end cap 57 (not shown in the figures).
  • the second control spool 41 is actively kept open via pX pressure when the actuating piston 48 is open (i.e. energized 3/2-way seat valve).
  • the actuating piston 48 is connected to the second control slide 41 via a connecting element 76 or a coupling element.
  • the coupling element can be designed as a threaded rod in order to compensate for production-related axis and angular offsets between the piston axes of the second control slide 41 and the actuating piston 48.
  • the connecting element as a threaded rod is designed, for example, in the form of a compensating rod with a thread on both sides (not shown in Figure 14).
  • the actuating piston 48 has an axial bore 77 in which the compensating rod is mounted.
  • the compensating rod is locked against the small, inner control slide (41) by means of a right-hand lock nut 66 and against the actuating piston (48) by means of a left-hand lock nut 78.
  • the lock nut 78 is hardened and at the same time represents a mechanical stop.
  • An O-ring 79 seals the right control chamber 86 of the end cap chamber 54 against the spring chamber 59 in the end cap 57.
  • the O-ring 79 sits in a recess 84 and is thus axially secured against displacement.
  • the seal in Figure 14 can also be designed in another way.
  • the balancing rod 76 has a hexagon socket 82 at the left end, with which the small, inner control slide can be finely adjusted axially before tightening the lock nut 78.
  • the leakage relief holes 51, 52, 62 or the control holes for the 3/2-way seat valve can optionally be equipped with orifices, which are screwed into the corresponding threads.
  • the actuating piston 48 and the second control slide 41 are heat treated (hardened and tempered) and therefore have a higher level of wear protection.
  • the overlaps and under-coverages and opening points of the control edges 42, 43, 44, 45 to each other can be increased or reduced depending on the application.
  • the second control slide 41 can alternatively be equipped with flow force compensating structural measures, for example grooves, cams or chamfers.
  • control edges 42, 43, 44, 45 are alternatively optimized for special applications by means of angles, radii or control windows in order to set the corresponding flow characteristics of the T, A, P, B control connections 501, 502, 503, 504.
  • the end cap 57 which is attached to the left side of the valve body 1, has a thread 67 incorporated into which a hardened stop 58 is screwed, which serves as wear protection. This means that the end cap 57 is not damaged when the actuating piston 48 moves against the end stop in an end position.
  • the end cap 57 can be made entirely or partially from hardened material, or the area 68 in which the actuating piston 48 comes into contact with the end cap 57 can be partially hardened.
  • the mechanism of the second control slide can be mounted on the right side of the valve body 1 in order to design a B-Tl and/or B-T2 control edge instead of the A-Tl and/or A-T2 control edge to be switchable.
  • a combination is also possible in which the second control slide 41 is extended within the first control slide 400 in such a way that both the first and/or second control edge (A-Tl, A-T2) and at the same time a B-Tl and/or B-T2 control edge are designed to be switchable.
  • the leakage relief holes 51, 52, 62 would be adapted accordingly.
  • the actuating piston 48 can alternatively be supplied, controlled and actuated via a 4/2-way valve (not shown) or via pX pressure. If the actuating piston 48 is controlled externally via pX pressure and a 4/2-way seat valve, both opening and closing can be carried out actively via pressure.
  • the second control edge 42, 43 (A-T2 control edge) can be finely adjusted to the respective application in the control slide 400 via a control window (e.g. hard-milled, eroded) or alternatively via a circumferential recess (hard-turned, ground).
  • Figure 15 shows an alternative disclosure in which the axial leakage relief bore 51 of the first control slide 400 can open into a control slot 69 and/or a circumferential recess 70 on the fourth piston shoulder 34 of the first control slide 400, which connects the axial leakage relief bore 51 to a Y relief connection 507 of the valve body 1.
  • the control slot 69 is connected to the axial leakage relief bore 51 via a fourth transverse bore 73 and a further transverse bore 74 to the Y channel 72 is provided in the valve body 1. The leakage from the main control slide 400 can thus also be relieved to Y.
  • an additional compression spring can be installed in the left end cap/control chamber 54, 12 between end cap 57 and first control slide 400 (not shown in the figures).
  • a position measuring system or a proximity switch can be attached to the confirmation piston 48 in order to query the position of the piston and integrate it into the higher-level machine safety concept.
  • the 3/2-way seat valve can be supplied via the P control connection 503 of the valve body 1 instead of via the X line if the latter is connected to the 3/2-way seat valve by means of bores (not shown in Figure 15).
  • the actuating piston can also be designed as a rotary piston.
  • the second control slide is then designed accordingly as a rotary slide in order to open and close the internal system by performing a rotary movement instead of a longitudinal movement (not shown in Figure 15).
  • FIGS 16 to 19 show the control valve system 100 in a schematic representation with the valve electronics 11 and a position measuring system 10 which is arranged on the right of the valve body 1.
  • the valve electronics and the position measuring system serve to electronically control the first control slide 400.
  • the second control slide 41 is not electronically controlled, but is hydraulically controlled via the failsafe valve 61 in interaction with the end cap 57 (attached to the left of the valve body 1) and actuating piston 48.
  • Figure 16 shows the control valve system 100 according to the disclosure with the failsafe valves 2, 61 switched off during the failsafe case in the middle position of the first control slide 400 and a second control slide 41 in the closed position.
  • Figure 17 shows the control valve system 100 according to the disclosure with the failsafe valves 2, 61 switched on and active control of the third control edge 44 (PA) and second control edge 42, 43 (A-T2) with the second control slide 41 in the open position.
  • PA third control edge 44
  • A-T2 third control edge 44
  • the third control edge 44 (PA) and the fifth control edge 22 (BT) are in an under-covered position and a volume flow flows between the corresponding control connections.
  • the first control edge 45 (A-Tl) is in an under-covered position and thus enables a volume flow between the T and A control connections 501, 502.
  • the fourth control edge 22 (PB) is in an under-covered position and a volume flow flows between the P and B control connections 503, 504.
  • the second control slide 41 is in a closed position due to the position of its second piston shoulder 412 and thus no volume flow flows via the second control edge 42, 43 (A-T2) between the T and A control connections 501, 502.

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Abstract

Ein Regelventil mit schaltbarer Steuerkante, umfassend ein Ventilkörper (1) mit einem ersten Steuerschieber (400) und zumindest zwei Steueranschlüssen (501; 502; 503; 504; 505) und zumindest einer Steuerkante (6; 44; 45), wobei der erste Steuerschieber (400 eine axiale Bohrung (40) aufweist und ein zweiter Steuerschieber (41) in der axialen Bohrung (40) ausgebildet ist; und weiter umfassend eine Endkappe (57) mit Betätigungskolben (48), wobei der Betätigungskolben (48) dazu ausgebildet ist in die axiale Bohrung (40) einzugreifen, und der Betätigungskolben (48) dazu ausgebildet ist den zweiten Steuerschieber (41) in der axialen Bohrung (40) zu verschieben.

Description

Regelventil mit schaltbarer Steuerkante
Gegenstand der Erfindung ist es, einen Stellmechanismus in ein vorhandenes Regelventil zu integrieren, welcher zum einen im Regelbetrieb eine geringe relative Überdeckung zwischen den Steuerkanten P-A und A-T eines Regelventils ermöglicht und zum anderen im Stillstand (Failsafe-Fall) den A-Anschluss vom T-Anschluss trennt.
In Anwendungen, in welchen hydraulisch vorgesteuerte 4/3-Wege-Regelventile in Kolben-Längsschieber Ausführung (Bauart als Plattenaufbau-Ventil) verwendet werden, besteht die Anforderung, im Stillstand (Failsafe-Fall) eine Bewegung der Achse bspw. einer Einspritzeinheit einer Kunststoff-Spritzgießmaschine zu verhindern, welche durch das Regelventil gesteuert bzw. geregelt wird. Kritisch ist hierbei insbesondere eine ausfahrende Bewegung des Einspritzzylinders, welche unbedingt vermieden werden muss.
Dies wird im Allgemeinen dadurch erreicht, dass die die P-Steuerkanten zum Anschluss der Druckversorgung im Failsafe-Fall ausreichend überdeckt sind, um einen Fluid- Volumenstrom in den Verbraucher zu verhindern oder zumindest auf ein Minimum zu reduzieren.
Um nun eine einfahrende Bewegung des Einspritzzylinders zu verhindern, muss auch eine A-T-Steuerkante vom Verbraucher, bspw. die Einspritzeinheit, hin überdeckt ausgeführt werden, um einen Fluid-Volumenstrom zum Tank zu verhindern. Somit kann verhindert werden, dass externe Kräfte, die auf die Achse wirken, diese in eine ungewollte Bewegung versetzen. Dabei weisen Ventile in Schieber-Bauweise immer eine prinzipbedingte Spaltleckage auf.
Der Failsafe-Fall stellt einen sicheren Maschinenzustand dar, bei dem das Regelventil nicht in aktiver elektronischer Regelung ist - es ist i.d.R. ström- und spannungsfrei geschaltet, der Steuerschieber befindet sich nicht in aktiver Lageregelung. Der Steuerschieber wird im Failsafe-Fall über mechanische Failsafe-Mechanismen, bspw. Federn und/oder Endanschläge, und Schaltventile in eine Endauslage oder definierte Stellung gebracht.
Andererseits wird im (Regel-)Betrieb eine möglichst geringe Überdeckung an der P-A Steuerkante und A-T Steuerkante des Regelventils benötigt, um präzise Achs-Positions-/ Druck- oder Kraftregelungen durchführen zu können.
Problematisch ist, dass beide Anforderungen im Widerspruch zueinanderstehen.
Entweder wird der Steuerschieber mit geringer Überdeckung oder sogar einem Nullschnitt der Steuerkanten P-A und A-T gefertigt, was eine präzise Regelung ermöglicht, aber eine einfahrende Drift-Bewegung der Achse einer Einspritzmaschine im Failsafe-Fall zur Folge hat (da dann die A-T Steuerkante bereits eine Unterdeckung ausweist), oder der Steuerschieber wird mit überdeckten Steuerkanten, bspw. den P-A und A-T Steuerkanten, gefertigt was eine unpräzise Regelung zur Folge hat, aber dafür im Stillstand (Failsafe-Fall) einen Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Bewegung der Achse gewährleistet.
Bekannt sind überdeckte Steuerschieber, welche in aktiver Regelung elektronisch kompensiert werden, sogenannte Totband-Kompensation, welche aber dynamisch an ihre Grenzen stößt. Letztlich muss für das Regeln eines Drucks oder Volumenstroms in einem Arbeitsanschluss immer die physikalische Überdeckung der Steuerkanten durchfahren werden, was je nach Größe der Überdeckung am Steuerschieber (zu durchfahrendes Totband) und Dynamik des Vorsteuerventils zu Einbußen des Regel Ergebnisses führen kann, da das Durchfahren des überdeckten Bereichs eine gewisse Zeit benötigt.
Des Weiteren ist bekannt, Sicherheitsventile, in der Regel Sitzventile, zum Regelventil in Reihe zu schalten, um die Verbraucheranschlüsse bzw. die Druckversorgung vom Regelventil zu entkoppeln. Zusätzlich in Reihe geschaltete Sitzventile kosten Bauraum. Sie müssen entsprechend groß dimensioniert sein, da sie an den maximalen Volumenstrom des Regelventils angepasst werden müssen. In der Regel sind sie noch eine Nenngröße höher gewählt, um die Druck- und somit Energieverluste im Betrieb gering zu halten. Nachteilig ist, dass je nach Schaltdynamik des Regelventils Dichtungen des Sitzventils stark beansprucht werden können, was Wartungskosten und -Zeiten in die Höhe treibt. Außerdem stellen zusätzliche Sitzventile einen weiteren Kostenfaktor dar.
Ein anderer bekannter Ansatz ist die Verwendung von separaten Regelventilen, um die beiden Anschlüsse des Aktuators getrennt voneinander zu steuern / regeln.
Entsprechend kann für jedes der separaten Regelventile eine individuelle Failsafe-Lage eingestellt werden, wie es die Applikation erfordert - der Nachteil dieser Lösung ist, dass zwei oder mehr Regelventile benötigt werden, was die Lösung teuer macht. Außerdem ist die regelungstechnische Ansteuerung komplexer.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Regelventil mit Steuerkanten bereitzustellen, die die im Stand der Technik vorliegenden Nachteile mindestens teilweise überwindet. Insbesondere ist es eine Aufgabe einen Stellmechanismus in ein vorhandenes Regelventil zu integrieren, welcher zum einen im (Regel-)Betrieb eine geringe relative Überdeckung zwischen den Steuerkanten P-A und A-T ermöglicht, sodass eine präzise Regelung ermöglicht wird und zum anderen im Stillstand (Failsafe-Fall, wo der A-Anschluss bereits von einer überdeckten P-A Kante von der Druckversorgung P getrennt ist) zusätzlich den A-Anschluss vom T-Anschluss trennt, d.h. eine ausreichende Überdeckung aufweist, sodass ein Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.
Ein Regelventil mit schaltbarer Steuerkante kann einen Ventilkörper und eine Endkappe mit Betätigungskolben umfassen. Der Ventilkörper kann mit einem ersten Steuerschieber und zumindest einen ersten und zweiten Steueranschluss und zumindest einer Steuerkante ausgebildet sein. Dabei kann der erste Steuerschieber eine axiale Bohrung aufweisen und in der axialen Bohrung kann ein zweiter Steuerschieber ausgebildet sein.
Ein Regelventil kann ein Ventil sein, insbesondere ein Hydroventil, das die Druckflüssigkeit über den Durchflussweg, Richtung und Betrag des Volumenstroms oder den Flüssigkeitsdruck beeinflusst. Gemäß der Offenbarung handelt es sich um ein Wegeventil mit dem Aufbau und der Gestaltung der Wirkfläche (Dichtfläche) eines Schieberventils mit der Wirkbewegung eines Längsventils.
Eine Steuerkante kann eine bewegliche Kante in einem Ventil sein, die den Durchfluss von Flüssigkeiten oder Gasen zwischen den Anschlüssen am Ventil regelt. Sie wird durch eine Kraft, z. B. einen Hebel oder einen elektrischen und/oder pneumatischen Antrieb, betätigt und wirkt durch das Öffnen oder Schließen eines Durchflusskanals zwischen zwei Steueranschlüssen im Ventilkörper. Insbesondere ist die bewegliche Kante eine Fläche des ersten und/oder zweiten Steuerschiebers, die eine Öffnung eines Durchflusskanals eines und/oder mehrerer Steueranschlüsse des Ventilkörpers abdecken kann und dadurch einen Durchgang bzw. einen Durchflussweg zwischen Steueranschlüssen teilweise oder vollständig freigibt und/oder sperrt. Erfindungsgemäß bilden der Ventilkörper und die Steuerschieber aufeinander abgestimmte Steuerkanten, die koaxial zueinander verschiebbar sind, so dass bei gegenüberliegender Anordnung der jeweiligen Öffnungen der Steueranschlüsse im Ventilkörper ein Durchflussweg entsteht und/oder eine Drosselung erfolgt. Ein Regelventil gemäß der Offenbarung kann zumindest drei Steuerkanten umfassen. Eine erste Steuerkante kann eine von hydraulisch vorgesteuerten 4/3-Wegeventilen bekannte Steuerkante in Kolben-Längsschieberbauart sein, die den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen A und T regelt. Eine erste Steuerkante kann eine erste A-T Steuerkante sein, die auch als A-Tl Steuerkante bezeichnet werden kann.
Eine zweite Steuerkante kann eine neuartige Steuerkante gemäß der Offenbarung sein, die zusätzlich zur ersten Steuerkante den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen A und T regelt. Die zweite Steuerkante kann eine zweite A-T Steuerkante sein, die auch als A-T2 Steuerkante bezeichnet werden kann.
Erfindungsgemäß korrespondiert die dritte Steuerkante mit einer ersten Steuerkante und kann durch eine axiale Verschiebung des ersten Steuerschiebers derart angesteuert werden, dass die dritte Steuerkante den einen Durchgang zwischen den Steueranschlüssen P und A teilweise bis vollständig freigibt und/oder entsprechend teilweise bis vollständig verschließt. Hierdurch kann der Durchfluss zwischen den beiden Steueranschlüssen P und A gesteuert und geregelt werden. Eine dritte Steuerkante kann auch als P-A Steuerkante bezeichnet werden.
Eine vierte Steuerkante kann eine Steuerkante sein, die den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen P und B regelt. Die vierte Steuerkante kann als P-B Steuerkante bezeichnet werden.
Eine fünfte Steuerkante kann eine Steuerkante sein, die den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen B und T regelt. Die fünfte Steuerkante kann als B-T Steuerkante bezeichnet werden.
Eine Steuerkante kann schaltbar sein. Eine schaltbare Steuerkante kann durch Betätigung und Einstellung des ersten und/oder zweiten Steuerschiebers die Durchflusswege zwischen den Steueranschlüssen im Ventilkörper freigeben und/oder sperren. Dies kann offenbarungsgemäß durch einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen und/oder piezoelektrischen bzw. magnetostriktiven Antrieb erfolgen. Eine schaltbare Steuerkante kann eine schnelle Reaktion auf Änderungen im System und eine präzise Steuerung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen ermöglichen, indem sie präzise von einer Stellung in eine andere Stellung geschaltet werden kann und in der aktiven Stellung einen Nullschnitt zwischen den Regelkanten P-A und A-T ermöglicht.
Ein Steueranschluss eines Regelventils gemäß der Offenbarung kann ein Anschluss im Ventilkörper sein. Der Steueranschluss kann in einem Ringkanal im Ventilkörper münden. An einen Steueranschluss kann beispielsweise die Leitung einer
Druckversorgung X eines Vorsteuerventils, und/oder der Rücklauf Y zum Tank, und/oder die Druckversorgung P des Ventilkörpers, und/oder einen weiterer Rücklauf T zum Tank und/oder zumindest einen Arbeitsanschluss A, B angeschlossen werden.
Einer erster Steueranschluss kann ein T-Steueranschluss sein. Ein zweiter Steueranschluss kann ein A-Steueranschluss sein. Ein dritter Steueranschluss kann ein P-Steueranschluss sein. Ein vierter Steueranschluss kann ein B-Steueranschluss sein. Ein B-seitiger T-Ringkanal kann ein Raum sein, der im Längsschnitt des Ventilkörpers, rechts vom B-Steueranschluss über einen Kanal, insbesondere einer Tankbrücke, mit dem ersten Steueranschluss verbunden ist. Dieser Kanal kann ein B-seitiger T-Kanal sein.
Ein erster und ein zweiter Steuerschieber gemäß der Offenbarung kann ein hydraulischer Steuerschieber sein. Die Steuerschieber können in Wegeventilen vom Typ Schieberventil verwendet werden. Der zweite Steuerschieber kann gemäß der Offenbarung innerhalb des ersten Steuerschiebers ausgebildet sein. Die Betätigungsrichtung der beiden Steuerschieber erfolgt koaxial entlang ihrer Längsachsen, so dass die jeweiligen Steuerkanten der Steuerschieber die Öffnungen der Steueranschlüsse im Ventilkörper je nach Stellung des verschobenen Steuerschiebers ganz, teilweise und/oder gar nicht verdecken.
Der erste und der zweite Steuerschieber können jeweils mindestens zwei Kolbenabsätze zum Kolbenschaft umfassen, welche die Steuerkanten am Steuerschieber ausbilden. Der erste Steuerschieber kann einen ersten und zweiten Kolbenabsatz ausbilden. Der erste Steuerschieber kann darüber hinaus einen dritten Kolbenabsatz ausbilden. Des Weiteren kann der erste Steuerschieber einen vierten Kolbenabsatz ausbilden. Der zweite Steuerschieber kann ebenfalls einen ersten Kolben- und zweiten Kolbenabsatz ausbilden. Je nach Stellung des ersten und/oder des zweiten Steuerschiebers können die Kolbenabsätze Steueranschlussöffnungen im Ventilkörper abdecken und so den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen regulieren. Die Kolbenabsätze der Steuerschieber können in einem Anschlussbereich der Steueranschlüsse angeordnet sein. Ein Kolbenabsatz eines Steuerschiebers, der je nach Einstellung eine Steueranschlussöffnung abdeckt, kann mit dieser Öffnung des Ventilkörpers eine Steuerkante bilden.
Eine axiale Bohrung ist eine Bohrung im Ventilkörper und im ersten Steuerschieber entlang einer Längsachse des ersten Steuerschiebers, so dass der erste Steuerschieber in der Bohrung des Ventilkörpers und der zweite Steuerschieber in der Bohrung des ersten Steuerschiebers verschiebbar aufgenommen ist. Die Bohrung kann im Steuerschieber mittig zentriert sein. Ferner kann gemäß der Offenbarung das Regelventil mit schaltbarer Steuerkante eine Endkappe mit Betätigungskolben aufweisen. In diesem Fall kann der Betätigungskolben so ausgebildet sein, dass er in die axiale Bohrung eingreift und darüber hinaus so ausgebildet ist, dass er den zweiten Steuerschieber in der axialen Bohrung des ersten Steuerschiebers verschiebt.
Dadurch kann eine zweite Steuerkante zwischen den Steueranschlüssen T und A angesteuert werden. Die zweite Steuerkante kann dazu führen, dass das offenbarte Regelventil die Funktionalität von zwei Ventilen kombiniert. Einerseits kann bei aktivierten Failsafe-Ventilen ein Nullschnitt-Verhalten und damit eine gute Regelbarkeit der an das Ventil angeschlossenen Achse sichergestellt werden, andererseits kann bei deaktivierten Failsafe-Ventilen die Leckage auf ein Minimum, das der Spaltleckage entsprechen kann, reduziert werden. Ein zweites, in Reihe nachgeschaltetes (Sitz-)Ventil kann überflüssig werden. Dies kann zu Kosten-, Service- /Wartungs- und Bauraumeinsparungen führen. Außerdem muss diese Komponente nicht als Ersatzteil vorgehalten werden. Gemäß der Offenbarung kann ein sonst üblicherweise in Reihe (nach-/)geschaltetes zweites (Sitz-)Ventil, das einen (stetigen) Druckverlust verursachen kann, entfallen. Ein Regelventilsystem mit dem Regelventil gemäß der Offenbarung kann energieeffizienter sein als die aus dem Stand der Technik bekannte Kombination aus Regelventil und in Reihe geschaltetem (Sitz-)Ventil.
Zwischen dem Betätigungskolben und dem zweiten Steuerschieber kann ein Verbindungselement ausgebildet sein. Damit können Achs- und Winkelversätze ausgeglichen werden.
Ein Verbindungselement kann eine Ausgleichsstange und zumindest zwei Kontermuttern umfassen. Eine erste Kontermutter kann gegen den zweiten Steuerschieber gekontert werden. Eine zweite Kontermutter kann gegen einen Betätigungskolben gesichert werden. Die zweite Kontermutter kann als ein mechanischer Anschlag ausgebildet und gehärtet sein. Das Verbindungselement zwischen dem Betätigungskolben und zweitem Steuerschieber kann eine Kupplungsfunktion erfüllen und deshalb ein Kupplungselement sein.
Dadurch kann ein herstellungsbedingter axialer Versatz des Betätigungskolbens und des im ersten Steuerschieber laufenden zweiten Steuerschiebers ausgeglichen werden.
Des Weiteren kann der Ventilkörper und der erste Steuerschieber des Regelventils eine erste (A-Tl) und zweite Steuerkante (A-T2) ausbilden. Dabei kann eine geringe relative Überdeckung zwischen der zweiten Steuerkante (A-T2) und einer dritten Steuerkante (P- / ) ausgebildet sein. Die erste Steuerkante (A-Tl) kann eine ausreichende Überdeckung aufweisen.
Der zweite Steuerschieber kann auch so ausgebildet sein, dass er die zweite Steuerkante (A-T2) unabhängig vom ersten Steuerschieber ansteuert, d.h. öffnet oder schließt. Damit kann gemäß der Offenbarung ein präziser Stellmechanismus mittels der zweiten Steuerkante (A-T2) in das Regelventil integriert werden. Gleichzeitig kann im Stillstand (Failsafe-Fall) ein Strömungspfad von einem Steueranschluss zum nächsten Steueranschluss verhindert werden, indem die erste Steuerkante (A-Tl) ausreichend überdeckt wird und somit eine einfahrende Driftbewegung einer Achse, beispielsweise einer Spritzgießmaschine, verhindert werden.
Ein Strömungspfad kann zwischen zumindest zwei Steueranschlüssen ausgebildet werden und von einer Steuerkante derart beeinflusst werden, dass eine Regelung der Durchflussmenge sattfinden kann.
Eine Überdeckung kann gemäß der Offenbarung eine positive Überdeckung, eine Nullüberdeckung oder eine negative Überdeckung sein. Eine positive Überdeckung kann die Steuerkantenlage eines Kolbenabsatzes des ersten und/oder zweiten Steuerschiebers beschreiben, dessen Länge größer ist als die Breite der Öffnung des Ringkanals der Steueranschlüsse im Gehäuse des Ventilkörpers.
Die Überdeckung bezieht sich auf den Gesamthub des ersten bzw. zweiten Steuerschiebers in Mittelstellung bzw. Endauslage und kann in Prozent [%] angegeben werden.
Die Nullüberdeckung (Nullschnitt) kann gekennzeichnet sein durch die bündige Lage der Steuerkanten der Kolbenabsätze der jeweils beiden Steuerschieber und der Ringkanäle der Steueranschlüsse im Gehäuse des Ventilkörpers. Die Nullüberdeckung von Steuerkanten kann sehr kurze Stell- oder Reaktionszeiten an dem am Regelventil angeschlossenen Aktuator verwirklichen, da der Öffnungsquerschnitt des Ringkanals der jeweiligen Steueranschlüsse im Ventilkörper ohne Verzögerung freigegeben wird und nur kleine Stellwege zum Aussteuern und Regeln erforderlich sind.
Die negative Überdeckung kann die Steuerkantenlänge eines Kolbenabsatzes des jeweiligen Steuerschiebers beschreiben, dessen Länge kleiner ist als die Breite des Ringkanals der Steueranschlüsse im Gehäuse des Ventilkörpers. Eine negative Überdeckung kann eine Unterdeckung sein. Eine geringe Überdeckung kann vorliegen, wenn die Überdeckung einer einzelnen Steuerkante zwischen 0 % und 5 % liegt. Eine geringe Überdeckung von 0 % kann ein Nullschnitt sein.
Eine relative Überdeckung kann das Verhältnis zwischen zwei Überdeckungen sein. Beispielsweise wird eine Summe aus der Überdeckung einer Steuerkante und der Überdeckung einer weiteren Steuerkante gebildet. Diese Summe kann eine relative Überdeckung ergeben.
Die relative Überdeckung kann eine geringe relative Überdeckung sein, wenn die Summe zwischen 0 % und 10 % liegt. Die zweite Steuerkante (A-T2) kann eine solche geringe relative Überdeckung mit der dritten Steuerkante (P-A) bilden.
Eine große Überdeckung einer einzelnen Steuerkante kann 10 % und mehr betragen. Eine ausreichende Überdeckung und/oder eine ausreichend große Überdeckung kann zwischen 10 % und 20 % liegen. Die erste Steuerkante (A-Tl) kann eine solche große Überdeckung und/oder ausreichende Überdeckung aufweisen. Die dritte Steuerkante (P- A) kann auch eine große Überdeckung aufweisen. Eine große und/oder ausreichend große Überdeckung gewährleistet das Anhalten bzw. eine hinreichend kleine Bewegung einer Achse / eines Aktuators, z.B. einer Einspritzeinheit im Failsafe-Fall. Die P-A Steuerkante (dritte Steuerkante) kann eine große Überdeckung aufweisen.
Erfindungsgemäß ist eine negative Überdeckung und/oder Unterdeckung einer einzelnen Steuerkante kleiner als 0 %. Die fünfte Steuerkante (B-T Steuerkante) kann eine derartige Unterdeckung aufweisen.
Die zweite Steuerkante (A-T2 Steuerkante) kann einen einstichförmigen Ringkanal aufweisen. Der einstichförmige Ringkanal kann in den Kolbenabsatz eingearbeitet sein. Die zweite Steuerkante kann stattdessen und/oder zusätzlich ein oder mehrere über den Umfang verteilte Steuerfenster aufweisen.
Der einstichförmige Ringkanal und das / oder die Steuerfenster sind jeweils am Eingang und Ausgang einer Querbohrung des ersten Steuerschiebers ausgebildet. Beide können unterschiedliche Formen haben. So kann der einstichförmige Ringkanal beispielsweise einen rechteckigen oder einen Querschnitt mit abgerundeten Ecken am Grund aufweisen. Im Fall von Steuerfenstern können diese ebenfalls unterschiedliche Querschnitts-Formen aufweisen, z.B. rechteckig, dreieckig, rund oder T-förmig.
Der Ringkanal bzw. das/die Steuerfenster können fertigungstechnisch axial exakt auf die dritte Steuerkante (A-T2) im Ventilkörper anwendungsspezifisch angepasst werden, insbesondere auf die dritte Steuerkante (P-A). Dadurch kann die zweite Steuerkante (A- T2) eine präzise Regelung ermöglichen. Darüber hinaus kann die zweite Steuerkante (A- T2) gemäß der Offenbarung im Failsafe-Fall den Steueranschluss A vom Steueranschluss T trennen, da die zweite Steuerkante (über den inneren zweiten Steuerschieber schaltbar ist) und die erste Steuerkante (A-Tl) zusammen in eine Stellung gebracht werden können, so dass von außen betrachtet eine ausreichende Überdeckung an der ersten (A-Tl), zweiten (A-T2) und dritten (P-A) erreicht werden kann, um den Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Bewegung der Achse zu gewährleisten.
Die Ringnut bzw. das/die Steuerfenster der zweiten Steuerkante (A-T2) kann über mindestens eine erste Querbohrung mit der axialen Bohrung im ersten Steuerschieber verbunden sein.
Die erste Querbohrung kann in einem ersten Kolbenabsatz von mehreren Kolbensätzen des ersten Steuerschiebers ausgebildet sein. Der erste Kolbenabsatz kann mehrere erste Querbohrungen aufweisen. Die erste(n) Querbohrung(en) kann/können senkrecht zur Längsachse der axialen Bohrung des ersten Steuerschiebers ausgebildet sein. In einem Längsschnitt durch den Ventilkörper des Regelventils ist der erste Kolbenabsatz des ersten Steuerschiebers am weitesten links ausgebildet. Die zweite Steuerkante (A-T2) kann in dem ersten Kolbenabsatz angeordnet sein.
Durch die erste(n) Querbohrung(en) kann/können die zweite Steuerkante (A-T2) im ersten Kolbenabsatz gebildet werden. Somit kann/können die erste(n) Querbohrung(en)dazu führen, dass das offenbarte Regelventil die Funktionalität von zwei Ventilen kombiniert. Einerseits kann bei aktivierten Failsafe-Ventilen ein Nullschnitt- Verhalten und damit eine gute Regelbarkeit der an das Ventil angeschlossenen Achse sichergestellt werden, andererseits kann bei deaktivierten Failsafe-Ventilen die Leckage auf ein Minimum, das der Spaltleckage entsprechen kann, reduziert werden. Ein zweites, in Reihe nachgeschaltetes (Sitz-)Ventil kann überflüssig werden. Dies kann zu Kosten-, Service- /Wartungs- und Bauraumeinsparungen führen. Außerdem muss diese Komponente nicht als Ersatzteil vorgehalten werden. Gemäß der Offenbarung kann ein sonst üblicherweise in Reihe (nach-/)geschaltetes zweites (Sitz-)Ventil, das einen Druckverlust bzw. stetigen Druckverlust verursachen kann, entfallen. Ein Regelventilsystem mit dem Regelventil gemäß der Offenbarung kann energieeffizienter sein als die aus dem Stand der Technik bekannten Kombination aus Regelventil und in Reihe geschaltetem (Sitz-)Ventil.
Der erste Steuerschieber kann zumindest eine zweite Querbohrung im Anschlussbereich eines zweiten Steueranschlusses (A) des Ventilkörpers ausbilden. Zusätzlich kann die zumindest eine zweite Querbohrung mit der axialen Bohrung des ersten Steuerschiebers verbunden sein.
Ein Anschlussbereich kann ein Teil des Ventilkörpers sein, durch den Flüssigkeiten oder Gase ein-/ausgeströmt werden können. Anschlussbereiche können am Ventilkörper außen ausgebildet sein und haben einen definierten Anschlussdurchmesser, um eine feste Verbindung mit Steuerblöcken, Rohren, Behältern oder anderen Systemkomponenten zu ermöglichen. Die Anschlüsse können verschiedene Formen haben, einschließlich Gewinde, Flansche oder Steckanschlüsse. Der Anschlussbereich kann derart gestaltet sein, dass sich der Anschlussbereich in den Ventilkörper hinein erstreckt.
Das kann dazu führen, dass die zweite Steuerkante (A-T2) im ersten Kolbenabsatz des ersten Steuerschiebers über die axiale Bohrung mit der zweiten Querbohrung verbunden ist. Die zweite Querbohrung kann in einem zweiten Kolbenabsatz des ersten Steuerschiebers einen Strömungseinlass darstellen, jedoch auch alternativ eine weitere Steuerkante zum zweiten Steuerschieber (der Teil eines inneren Systems des ersten Steuerschiebers ist) ausbilden. Diese alternative weitere Steuerkante kann in ihrer Funktion den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen A und T über die zweite Steuerkante (A-T2) einstellen.
Gemäß der Offenbarung kann der Betätigungskolben dazu ausgebildet sein, mittels des zweiten Steuerschiebers einen Strömungspfad über die zweite Steuerkante (A-T2) zu steuern.
Der Ausdruck „über die zweite Steuerkante" kann bedeuten, dass der Strömungspfad von einem Steueranschluss zu einem anderen Steueranschluss freigegeben wird. Dazu kann die axiale Verschiebung des ersten und/oder zweiten Steuerschiebers dazu führen, dass die entsprechende Steuerkante den Strömungspfad zwischen zwei Steueranschlüssen freigibt und somit die Durchflussmenge reguliert.
Dies kann zu einer präzisen Regelung des offenbarten Regelventils führen, da im Regelbetrieb eine geringe relative Überdeckung zwischen der zweiten Steuerkante (A- T2) und der dritten Steuerkante (P-A) realisiert wird. Im Failsafe-Fall hingegen kann der Steueranschluss A vom Steueranschluss T getrennt werden, indem die erste Steuerkante (A-T) sowie die dritte Steuerkante (P-A) eine ausreichend große Überdeckung erreichen und somit einen Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung gewährleistet werden kann. Zum hydraulischen Ausgleich kann der zweite Steuerschieber zwei Flächen mit gleich großen Wirkflächen aufweisen.
Die Flächen können ring- bzw. kreisförmig ausgebildet sein. Die Flächen können jeweils an einem Kolbenabsatz des zweiten Steuerschiebers ausgebildet sein.
Ein Lastdruck der an dem zweiten Steueranschluss (A) anliegt kann somit nicht dazu führen, dass der zweite Steuerschieber ungewollt betätigt wird. Dies kann wiederum eine präzise Regelung des Regelventils gemäß der Offenbarung ermöglichen. Im Failsafe-Fall kann der zweite Steueranschluss (A) vom ersten Steueranschluss (T) getrennt werden, indem die erste Steuerkante (A-Tl) sowie die zweite Steuerkante (P-A) eine ausreichend große Überdeckung erreichen und somit einen Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung im Failsafe-Fall gewährleistet werden kann.
Gemäß der Offenbarung kann die axiale Bohrung des ersten Steuerschiebers eine Kammer mit einer inneren Druckfeder umfassen.
Die Kammer kann im Längsschnitt des Ventilkörpers in Verlängerung des rechten Endes der axialen Bohrung ausgebildet sein. Ein hinterer Teil der axialen Bohrung kann die Kammer umfassen. Die Kammer kann im ersten Steuerschieber auf einer Höhe zwischen einem zweiten und dritten Kolbenabsatz des ersten Steuerschiebers angebracht sein. Die Kammer kann in Höhe des dritten Anschlusses (P) ausgebildet sein.
Dies kann dazu dienen eine Feder aufzunehmen und in einer Endstellung des ersten und/oder zweiten Steuerschiebers einen Anschlag für den zweiten Steuerschieber zu bilden. Dies kann eine präzise Regelung des Regelventils der Offenbarung ermöglichen. Im Failsafe-Fall kann der Steueranschluss A vom Steueranschluss T getrennt werden, indem die erste Steuerkante (A-Tl) und die zweite Steuerkante (P-A) eine ausreichend große Überdeckung erreichen und somit ein Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung gewährleistet werden kann.
Gemäß der Offenbarung kann koaxial zu der axialen Bohrung eine axiale Entlastungsbohrung ausgebildet sein. Dabei kann der erste Steuerschieber im Bereich des B-seitigen T-Kanals zumindest eine dritte Querbohrung aufweisen, die mit der axialen Entlastungsbohrung verbunden ist. Der B-seitige T-Kanal und die dritte Querbohrung können einen Leckage-Strömungspfad bilden.
Die dritte Querbohrung gemäß der Offenbarung kann senkrecht zur axialen Entlastungsbohrung ausgebildet sein. Die dritte Querbohrung kann die Leckage aus dem inneren System (der Kammer der axialen Bohrung des ersten Steuerschiebers) ableiten. Das kann eine präzise Regelung und Ansteuerung des Regelventils ermöglichen und zusätzlich kann im Stillstand (Failsafe-Fall) einen Durchfluss von einem Steueranschluss (A) zum nächsten Steueranschluss (T) verhindert werden, indem die erste Steuerkante (A-Tl) ausreichend überdeckt wird. Das kann, gemeinsam mit der im Failsafe-Fall überdeckten dritten Steuerkante (P-A) einen Achsstillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung gewährleisten.
Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Steuerschieber an seiner rechten Stirnfläche einen Schlitz ausbildet. Dieser Schlitz kann Leckage ableiten.
Die rechte Stirnfläche kann in einem zweiten Endbereich des zweiten Steuerschiebers ausgebildet sein. Eine linke Stirnfläche des zweiten Steuerschiebers kann in einem ersten Endbereich des zweiten Steuerschiebers ausgebildet sein. Die linke Stirnfläche und die rechte Stirnfläche können an entgegengesetzten Endbereichen des zweiten Steuerschiebers ausgebildet sein.
Der Schlitz kann im geblockten Zustand ermöglichen, dass Leckage aus der Kammer aus der axialen Bohrung abgeführt werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich über Leckage-Volumenströme ein Druck in der Kammer des ersten Steuerschiebers aufbauen kann und den zweiten Steuerschieber ungewollt öffnet. Somit kann das offenbarte Regelventil einen präzisen Stellmechanismus ermöglichen und im Failsafe-Fall den zweiten Steueranschluss (A) vom ersten Steueranschluss (T) trennen. In diesem Fall kann die Leckage über den Schlitz abgeführt werden und trotzdem einen Achs-Stillstand gewährleistet werden.
Die Endkappe kann ein Ventil und einen Federraum umfassen. Der Federraum kann eine Druckfeder und einen Anschlag umfassen.
Der Federraum und die Endkappe können in einem Längsschnitt des Ventilkörpers an einem ersten Ende des Ventilkörpers linksseitig angebracht. Je nach Anwendung kann die Endkappe und der Federraum auch rechtsseitig am Ventilkörper des offenbarten Regelventils angebracht werden.
Die Endkappe kann mittels des Betätigungskolben einen präzisen Stellmechanismus in dem offenbarten Regelventil ermöglichen. Durch die präzise Regelung kann im Failsafe- Fall der zweite Steueranschluss (A) vom ersten Steueranschluss (T) getrennt werden indem die erste Steuerkante (A-Tl) sowie die dritte Steuerkante (P-A) eine ausreichende Überdeckung ausbilden, um einen Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung zu gewährleisten. Der Federraum der Offenbarung kann mit dem Ventilkörper über eine Entlastungsbohrung verbunden sein.
Die Entlastungsbohrung kann aus dem Federraum herausführen und kann am Ventilkörper enden, in welchem die Entlastungsbohrung weitergeführt werden kann. Dadurch kann ein vollständiger Durchgang gebildet werden und ermöglicht einen Strömungspfad in Richtung eines Tanks über den T-Steueranschluss.
Der Federraum kann somit in Richtung Tank ständig entlastet sein und die präzise Steuerung des Regelventils kann gewährleistet werden.
Das Regelventil der Offenbarung kann als Einspritzregelventil zum Steuern einer Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine verwendet werden.
Im Regelbetrieb kann eine präzise Steuerung der Spritzgießmaschine ermöglicht werden und im Failsafe-Fall ein sicherer Maschinenzustand der Spritzgießmaschine, insbesondere ein Achs-Stillstand, erreicht werden.
Ein Regelventilsystem kann ein Vorsteuerventil, ein bzw. zwei Failsafe-Ventil(e) und ein Regelventil der Offenbarung umfassen. Ein Failsafe-Ventil kann ein Sicherheitsventil sein.
Der Vorteil ist, dass sowohl im Regelbetrieb eine geringe relative Überdeckung zwischen der zweiten (A-T2) und dritten (P-A) Steuerkante ermöglicht wird, was zu einer präzisen Steuerung führt und zum anderen im Failsafe-Fall den A-Anschluss vom T-Anschluss trennt, d.h. die erste Steuerkante (A-Tl) und dritte Steuerkante (P-A) eine ausreichende Überdeckung aufweist, und somit einen sicheren Maschinenzustand des Regelventilsystem im Failsafe-Fall ermöglicht.
Das Regelventilsystem kann bei aktivierten Failsafe-Ventilen eine präzise Regelbarkeit der Achse der Spritzgießmaschine sicherstellen. Bei deaktivierten Failsafe-Ventilen kann das Regelventilsystem Leckage auf ein Minimum, das der Spaltleckage entsprechen kann, reduzieren und einen Achs-Stillstand bzw. eine hinreichend kleine Achsbewegung im Failsafe-Fall gewährleisten. Das Regelventilsystem mit dem Regelventil gemäß der Offenbarung kann energieeffizienter sein als die aus dem Stand der Technik bekannten Regelventile.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 Regelventil Stand der Technik
Figur 2 Anwendungsbeispiel im Stand der Technik
Figur 3 Volumenstrom-Signalfunktion eines Regelventils im Stand der Technik
Figur 4 Schematische Darstellung eines Regelventils im Regelbetrieb im Stand der Technik mit Nullschnitt
Figur 5 Schematische Darstellung eines Regelventils in Failsafe-Lage im Stand der Technik mit Überdeckung und Unterdeckung
Figur 6 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung im Regelbetrieb mit geöffnetem zweiten Steuerschieber
Figur 7 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung in Failsafe- Lage mit geschlossenem zweiten Steuerschieber
Figur 8 Volumenstrom-Signalfunktion eines Regelventils gemäß der Offenbarung
Figur 9 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung in Failsafe- Lage mit geschlossenem zweiten Steuerschieber
Figur 10 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung in Regelung
Figur 11 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung in geregelter negativer Endauslage
Figur 12 Schematische Darstellung des Regelventils gemäß der Offenbarung in geregelter positiver Endauslage
Figur 13 Alternatives Regelventil gemäß der Offenbarung in geregelter negativer Endauslage Figur 14 Ausschnitt einer schematischen Darstellung der linken Endkappe des Regelventils aus Figur 17 gemäß der Offenbarung
Figur 15 Weitere schematische Darstellung des Regelventils im Failsafe-Fall
Figur 16 Schematische Darstellung des Regelventilsystems gemäß der Offenbarung mit Ventilelektronik und Wegmesssystem in Failsafe-Lage mit geschlossenem zweiten Steuerschieber
Figur 17 Schematische Darstellung des Regelventilsystems gemäß der Offenbarung mit Ventilelektronik und Wegmesssystem in Regelung
Figur 18 Schematische Darstellung des Regelventilsystems gemäß der Offenbarung mit Ventilelektronik und Wegmesssystem in geregelter positiver Endauslage
Figur 19 Schematische Darstellung des Regelventilsystems gemäß der Offenbarung mit Ventilelektronik und Wegmesssystem
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Insbesondere bauen Figuren 6 bis 14 aufeinander auf weshalb gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - der Übersichtshalber nicht vollständig mit Bezugszeichen versehen sind. Ein Fachmann erkennt allerdings, dass es sich um gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten handelt und kann die entsprechenden Bezugszeichen aus der vorangegangenen Figur ergänzen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten und/oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau eines im Stand der Technik bekannten vorgesteuerten 4/3-Wege Regelventils. Es besteht aus einem Ventilkörper 1, auch als Hauptstufe bekannt, einem optionalen Failsafe-Ventil 2, auch als Sicherheitsventil bekannt, und einem Vorsteuerventil 3. Im Ventilkörper 1 ist ein beweglicher Steuerschieber 4 untergebracht. Der Steuerschieber 4 in Figur 1 bildet vier Kolbenabsätze aus. Einen ersten Kolbenabsatz 31, einen zweiten Kolbenabsatz 32, einen dritten Kolbenabsatz 33 und einen vierten Kolbenabsatz 34. Der Ventilkörper 1 und die Kolbenabsätze 31, 32, 33, 34 des Steuerschiebers 4 in Figur 1 weisen aufeinander abgestimmte Steuerkanten auf, bspw. die Steuerkanten 5 und 6 zwischen den Steueranschlüssen T und A. Hierbei bildet der Ventilkörper 1 eine feste Steuerkante 5 und der zweite Kolbenabsatz 32 des Steuerschiebers 4 eine bewegliche Steuerkante 6 aus, da der Steuerschieber im Ventilkörper 1 verschiebbar angeordnet ist. Je nach Stellung des Steuerschiebers 4 innerhalb des Ventilkörpers 1 gibt der zweite Kolbenabsatz 32 einen Strömungsweg zwischen den Steueranschlüssen T und A sowie zwischen A und P frei.
Bei abgeschaltetem Failsafe-Ventil 2 wird der Steuerschieber 4 durch Druckfedern 7 und einen mechanischen Anschlag, in Figur 1 dargestellt durch verstellbare Scheiben 8 in den Steuerräumen 12, 13, in eine vorgegebene Mittelstellung gedrückt und verschließt mit den Kolbenansätzen 31 -34 entsprechende Steueranschlüsse 9 (T, A, P, B) des Ventilkörpers 1.
Der Ventilkörper 1 besitzt folgende Steueranschlüsse 9:
• X - Druckversorgung des Vorsteuerventils 3 und ist optional
• Y - Rücklauf bzw. Tankanschluss Vorsteuerventil 3, ebenfalls optional
• P - Druckversorgung des Ventilkörpers 1
• T - Rücklauf bzw. Tankanschluss Ventilkörper 1
• A und B - Arbeitsanschlüsse, an welchen der Verbraucher, bspw. der Einspritzzylinder 16 einer Einspritzeinheit 15 von einer Spritzgießmaschine, angeschlossen wird.
Am Ventilkörper 1 linkseitig angebracht befindet sich eine Endkappe mit Elektronik zum Steuern der Steuerräume 12 und 13. Die Endkappe umfasst ein Wegmesssystem 10 und eine Ventilelektronik 11. Die Position des Steuerschiebers 4 wird mittels des Weg messsystems 10 gemessen und von einer Ventilelektronik 11 geregelt.
Über das Vorsteuerventil 3 wird der linke Steuerraum 12 und der rechte Steuerraum 13 des Ventilkörpers 1 mit Volumenstrom und Druck beaufschlagt. Je nach elektrischer Ansteuerung des Vorsteuerventils 3 wird der Steuerschieber 4 nach links oder rechts aus der Mittelstellung ausgelenkt und gibt so entsprechende Strömungspfade P-A und B-T bzw. P-B und A-T frei.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Einspritzeinheit 15 mit einem Regelventil, das ein Einspritzregelventil 14 ist. In diesem Anwendungsbeispiel der Erfindung steuert das Regelventil 14 die Einspritzeinheit 15 einer Spritzgießmaschine. Wenn das Schutzgitter der Maschine geöffnet wird, tritt der Failsafe-Fall ein und das Regelventil muss in einen sicheren Zustand gebracht werden. Der Einspritzzylinder 16 soll in keinem Fall die Einspritzeinheit 15 nach vorne bewegen und dadurch ausfahren. Dies bedeutet, dass der Arbeitsanschluss des Regelventils, welcher mit der Zylinderkammer /-fläche 17 des Einspritzzylinders 16 verbunden ist, welche die Einspritzbewegung ermöglicht, auf keinen Fall mit Druck beaufschlagt werden darf.
Beim Plastifizieren der Kunststoffschmelze bzw. im Einrichtbetrieb wiederum wird durch die sich im Einspritzzylinder befindliche Kunststoffschmelze eine externe Kraft ausgeübt, welche diesen in eine der Einspritzbewegung entgegengesetzte Bewegung versetzt. In bestimmten Anwendungen bzw. vor allem im Einrichtbetrieb bei geöffneter Schutztüre ist diese Bewegung aus prozesstechnischen Gründen unerwünscht. Um diese Bewegung zu verhindern, muss der Volumenstrom, welcher von der Achse über das Regelventil in den Tank zurückfließen kann, abgesperrt / auf eine ausreichend geringe Menge reduziert werden.
Einspritzregelventile sind oft derart gestaltet, dass sie den Volumenstrom bzw. Druck der Kolbenseite des Einspritzzylinders steuern/regeln, welcher z.B. an den A-Steueranschluss 502 des Regelventils 1 angeschlossen ist. Ein Einspritzzyklus wird in folgende Phasen eingeteilt und ist beispielhaft in der Volumenstrom-Signalfunktion in Figur 3 dargestellt:
• „Einspritzen" (über die P-A Steuerkante 20)
• „Druckregelung" mit Dekompressionsphase (über die P-A Steuerkante 20 und A-T Steuerkante 21)
• „Plastifizieren" (Nachsaugen über die B-T Steuerkante 22)
• „Rückzugsbewegung" des Einspritzzylinders (über die P-B Steuerkante 23 und A-T Steuerkante 21) Wichtig für den Prozess ist die Druckregelung mit Dekompressionsphase. Diese wird durch die geometrische Abstimmung der P-A Steuerkante 20 und A-T Steuerkante 21 maßgeblich beeinflusst.
Die Geometrie des Steuerschiebers 4 in Figur 1, d.h. Überdeckung der einzelnen Steuerkanten und daraus resultierende Volumenstrom-Signalfunktion, wird dabei für jeden Anwendungsfall angepasst.
Die Geometrie für das 4/3-Wege Regelventil aus Figur 1 insbesondere die Überdeckung der Steuerkanten ist schematisch in Figur 4 und 5 anhand von PI bis P7 dargestellt. Der entsprechende anliegende Volumenstrom ist in den Kennlinien 201, 211, 221, 231, der Steuerkanten 20, 21, 22, 23 in Figur 3 entsprechend an PI bis P7 schematisch dargestellt. Figur 4 zeigt einen Steuerschieber 4 des Stands der Technik im Regelbetrieb mit Nullschnitt PI der Steuerkanten 20, 21, der eine gute Regelbarkeit ermöglicht. Figur 5 zeigt den gleichen Steuerschieber 4 des Stands der Technik allerdings in einer Failsafe- Lage. Gegenüber der Position in Figur 4 ist der Steuerschieber 4 nach rechts verschoben, sodass die P-A Steuerkante 20 überdeckt P5 ist, aber dafür die A-T Steuerkante 21 in eine unterdeckte Stellung P4 gelangt und der Durchgang zwischen den T- und A- Steueranschlüssen 501, 502 offenbleibt. Dies ist unerwünscht in der Failsafe-Lage 25 und wird mit der schaltbaren Steuerkante gemäß der Offenbarung (Figuren 6 bis 14) verhindert. Aufgrund der unterdeckten Stellung P4 auf der Kennlinie 211, liegt, wie in Figur 3 dargestellt, ein Volumenstrom an der A-T, Steuerkante 21 an und durch die überdeckte Stellung, P5 auf der x-Achse und Failsafe-Lage 25 der Figur 3, kein Volumenstrom an der P-A Steuerkante 20 an.
Im Regelbetrieb in Figur 4 weist die P-A Steuerkante 20 zwischen den P- und A- Steueranschlüssen 502, 503 zusammen mit der A-T Steuerkante 21 zwischen den A- und T-Steueranschlüssen 502, 501 eine geringe relative Überdeckung auf. Insbesondere sind die Steuerkanten 20, 21 in Figur 4 mit einem Nullschnitt PI ausgebildet, weshalb die geringe relative Überdeckung aus den zwei Nullschnitten aus der Steuerkante 20, 21 wiederum in einen Nullschnitt resultiert. Die B-T Steuerkante 22 zwischen dem B Steueranschluss und des B-seitigen T-Kanals 505 ist weit unterdeckt, siehe P3 in Figur 3, 4 und die P-B Steuerkante 23 zwischen den P- und B-Steueranschlüssen 503, 504 ist weit überdeckt, siehe auch P2 in Figur 3, 4. Wie durch P2 dargestellt ist in den Figuren 3 und 4 ist die P-B Steuerkante 23 überdeckt, deshalb fließt auch kein Volumenstrom zwischen den P- und B-Steueranschlüssen 503, 504. Die sehr geringe relative Überdeckung der P-A und A-T Steuerkanten 20, 21, die in Figur 4 mit Nullschnitt gezeigt sind, ist in Figur 3 und Figur 4 anhand von PI gezeigt. Die Geometrie des Steuerschiebers 4 der Figuren 4, 5 ist auch in der Volumenstrom- Signalfunktion in Figur 3 nachvollziehbar. Figur 3 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Volumenstrom-Signalfunktion für das Regelventil und dessen Steuerschieber 4 aus den Figuren 1, 2 und 4,5 während eines Regelbetriebs. Die y-Achse in Figur 3 zeigt den Volumenstrom Q in Liter pro Minute (Q [l/min]), während die x-Achse den Steuerschieberhub S darstellt, der den zurückgelegten Weg des Steuerschiebers 4 aus Figur 1 in Prozent entspricht. Je größer der prozentuale Steuerschieberhub S, desto mehr Volumenstrom fließt durch die entsprechenden Durchgänge der Steueranschlüsse T, A, P, B, da diese durch die Steuerkanten 20, 21, 22, 23 durch eine Verschiebung des Steuerschiebers 4 freigeben werden.
In Figur 3 bedeutet -100 % eine negative Endauslage, die einer maximalen Verschiebung des Steuerschiebers 4 nach rechts im Ventilkörper 1 entspricht. Dem entsprechend bedeutet eine positive Endauslage +100 % eine maximale Auslenkung des Steuerschiebers 4 nach links im Ventilkörper 1. In der jeweiligen maximalen Auslenkung verhindern bspw. Anschläge am entsprechenden Ende eine weitere Auslenkung des Steuerschiebers 4.
In Figur 3 ist auch der Steuerschieberhub S und somit die Überdeckung der Steuerkanten 20, 21, 22, 23 gezeigt, indem die Kennlinien 201, 211, 221, 231 den Volumenstrom wiedergeben, insbesondere während des Failsafe-Falls eines Regelventils im Stand der Technik. In der Failsafe-Lage 25 während des Failsafe-Falls nimmt der Steuerschieber 4 bei abgeschaltetem Failsafe-Ventil 2, das in Figur 1 zwischen Vorsteuerventil 3 und Ventilkörper 1 angeordnet ist, eine definierte federzentrierte Lage ein. Diese Failsafe-Lage des Steuerschiebers 4 ist in Figur 3 durch eine gestrichelte Linie 25 gekennzeichnet und schematisch in Figur 5 verdeutlicht.
Der Steuerschieber 4 stellt sich über entsprechende einstellbare mechanische Anschläge 8 in den Steuerräumen 12, 13 in Figur 1 so ein, dass die P-A Steuerkante 20 des Steuerschiebers 4 in Figur 3 eine überdeckte Stellung einnimmt, siehe Kreuzungspunkt P5 auf x-Achse und gestrichelt dargestellter Failsafe-Lage 25 in Figur 3. Die A-T Steuerkante 21 nimmt folglich (durch die sehr geringe relative Überdeckung bzw. dem Nullschnitt der P-A und A-T Steuerkanten 20, 21 aus Figur 4) eine relativ zum Ventilkörper 1 gesehen unterdeckte Stellung ein, siehe Kreuzungspunkt P4 der Volumenstrom-Signalfunktion 211 mit Failsafe-Lage 25 in Figur 3 und Figur 5. Während des Failsafe-Falls ist die B-T Steuerkante 22 zwischen dem B Steueranschluss und des B-seitigen T-Kanals 505 weiterhin unterdeckt, siehe P7 in Figur 3, 5 und die P- B Steuerkante 23 zwischen den P- und B-Steueranschlüssen 503, 504 ist immer noch überdeckt, siehe auch P6 in Figur 3, 5 Dadurch wird die Kolbenfläche des Einspritzzylinders 17 in Figur 1 nicht mehr mit Versorgungsdruck beaufschlagt. Das führt dazu, dass ein Ausfahren bspw. des Einspritzzylinders vermieden wird. Gleichzeitig kann über die offene A-T Steuerkante 21 Fluid vom Einspritzzylinder entweichen, wenn dieser eine externe Kraft erfährt, wie bspw. beim Plastifizieren oder im Einrichtbetrieb, wenn der Einspritzzylinder mit Kunststoffschmelze gefüllt ist.
Wie bereits erwähnt wird gemäß der Offenbarung ein Stellmechanismus in ein vorhandenes Regelventil integriert. Dazu soll eine gute Regelbarkeit im Regelbetrieb durch eine geringe relative Überdeckung zwischen den P-A und A-T Steuerkanten 20, 21 erreicht werden und im Failsafe-Fall auch eine Trennung des A-Steueranschlusses 502 vom T-Steueranschluss 501 und gleichzeitig vom P-Steueranschluss 503 durch überdeckt ausgebildete A-T und P-A Steuerkanten.
Bisher sind im Stand der Technik nur Regelventile mit einer schnellen und präzisen Regelung bekannt, die mit Steuerkanten wie in Figuren 3, 4 und 5 ausgeführt, hergestellt wurden. Also Steuerkanten, im Idealfall mit geringer relativer Überdeckung bzw. Nullschnitt der A-T und P-A Steuerkanten 21, 20 wie in Figur 3 und Figur 4 gezeigt, um eine schnelle und präzise Regelung zu ermöglichen und zum anderen in der Failsafe-Lage 25, wie in Figur 3 und Figur 5 gezeigt, den A-Steueranschluss 502 vom P-Steueranschluss 503 trennt, d.h. eine ausreichende Überdeckung der P-A Steuerkante 20 aufweist. Allerdings können diese Regelventile mit schneller und präziser Regelung des Stands der Technik in der Failsafe-Lage 25 nicht den T-Steueranschluss 501 und gleichzeitig den P-Steueranschluss 503 vom A-Steueranschluss 502 trennen, um einen Achs-Stillstand der Einspritzeinheit 15 zu gewährleisten.
Dies liegt daran, dass bisher im Stand der Technik die Geometrie des Steuerschiebers eines Regelventils, insbesondere die Breite der Kolbenabsätze 31, 32, 33, 34 und damit die Länge der Steuerkanten 20, 21, 22, 23 nach der Herstellung des Ventils und während des Betriebs nicht mehr abänderbar sind. Das führt dazu, dass während des Failsafe- Falls in der Failsafe-Lage 25 bei Ventilen mit guter Regelbarkeit nur eine Trennung des P-Steueranschlusses 503 vom A-Steueranschlusses 502 erreicht wird, wie Figur 3, 4 und 5 gezeigt, anstatt der gewünschten gleichzeitigen Trennung des A- Steueranschlusses 502 von den P- und T-Steueranschlüssen 503, 501.
Damit sich während des Betriebs die Breite des Kolbenabsatz des Steuerschiebers 4 sich doch so verhält, als ob sie während des Betriebs vergrößert bzw. verkleinert werden kann, zeigen die Figuren 6 bis 14 schaltbare Steuerkanten gemäß der Offenbarung. Figuren 6 und 7 in Verbindung mit Figur 8 zeigen schematisch, wie die Breite der Kolbenabsätze und somit die Länge der A-T und P-A Steuerkanten zwischen einer Überdeckung und einen Nullschnitt geschaltet werden kann.
Das Regelventil in Figur 6 befindet sich in aktiver Regelung. Dazu umfasst der erste Steuerschieber 400, wie in Figur 6 gezeigt, eine axiale Bohrung 40 mit einem zweiten Steuerschieber 41 und zumindest eine erste und zweite Querbohrung 46, 47 im ersten und zweiten Kolbenabsatz 31, 32 des ersten Steuerschiebers 400. Zusätzlich zu einer ersten Steuerkante 45 (A-Tl) und dritten Steuerkante 44 (P-A) ist eine zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) ausgebildet. Die erste und dritte Steuerkante 45, 44 entsprechen der A-T und P-A Steuerkante 21, 22 (wie in Bezug auf Figuren 3, 4 und 5 beschrieben). Der zweite Steuerschieber 41 umfasst einen ersten Kolbenabsatz 411 und einen zweiten Kolbenabsatz 412 und regelt einen Durchfluss bzw. Strömungspfad durch die Querbohrungen 46, 47 und die axiale Bohrung 40. Die zweite Steuerkante 42, 43 (A- T2) und die dritte Steuerkante 44 (P-A) bilden gleichzeitig einen Nullschnitt aus wie anhand von P8 und Pli in Figur 6 gezeigt, sodass eine präzise und schnelle Regelung mit dem zweiten Steuerschieber in geöffneter Stellung, wie in Figur 6 gezeigt, möglich ist. Die erste Steuerkante 45 (A-Tl) befindet sich in Figur 6 in einer überdeckten Stellung, P10 in Figur 6. Darüber hinaus zeigt Figur 6, dass die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) und dritte Steuerkante 44 (P-A) zusammen eine geringe relative Überdeckung aufweist, in diesem Fall sogar eine sehr geringe relative Überdeckung, siehe P9 in Figur 6. Das führt, dazu, dass wie in Figur 8 an der Stelle P8, Pli, P9 gezeigt, die Kennlinie 443 der dritten Steuerkante und die gestrichelte Kennlinie 452 auf der x-Achse bei einem positiven Steuerhub S zusammenlaufen, sodass je nach Bewegung des ersten Steuerschiebers 400 nach links oder rechts in Figur 6 (siehe Pfeilsymbole) unverzüglich ein Volumenstrom entweder zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 oder P- und A- Steueranschlüssen 503, 502 erfolgt. Der Volumenstrom zwischen den T- und A- Steueranschlüssen 501, 502 erfolgt über die Querbohrungen 46, 47 und die axiale Bohrung 40 bei überdeckter Stellung der ersten Steuerkante 45 (A-Tl). Somit ist trotzdem eine schnelle und präzise Regelung möglich. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt die Regelung nicht unverzüglich über die A-T Steuerkante, die in Figur 6 der ersten Steuerkante 45 (A-Tl) der Offenbarung entsprechen würde, sondern über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) die im Stand der Technik nicht bekannt ist.
Der Steuerschieber 400 in Figur 7 ist in einer Failsafe-Lage während eines Failsafe-Falls. Der zweite Steuerschieber 41 ist geschlossen, da der erste Kolbenabsatz 411 des zweiten Steuerschiebers 41 einen Durchfluss über die Querbohrung 46 verhindert, P12 in Figuren 7 und 8. Dadurch ist die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) in einer überdeckten Stellung und es erfolgt kein Durchfluss zwischen den T- und A-
Steueranschlüssen 501 über die Querbohrungen 46, 47 und die axiale Bohrung 40. Die erste Steuerkante 45 (A-Tl) und dritte Steuerkante 44 (P-A) sind in der Failsafe-Lage ebenfalls überdeckt ausgebildet, P13 und P14 in Figur 7. Somit ist sichergestellt, dass in der Failsafe-Lage 25 (siehe Figur 8) kein Volumenstrom zwischen den T- und A- Steueranschlüssen 501, 502 sowie den P- und -A-Steueranschlüssen 503, 502 fließen kann. Es entsteht kein Strömungspfad über die Querbohrungen 46, 47 und axiale Bohrung 40 und auch kein direkter Strömungspfad vom A-Steueranschluss 502 zum T- Steueranschluss 501.
Figur 8 zeigt eine Volumenstrom-Signalfunktion der Steuerkanten aus Figuren 6 und 7 gemäß der Offenbarung. Die x-Achse zeigt den Steuerschieberhub S des ersten Steuerschiebers 400 gemäß der Offenbarung. Die Failsafe-Lage 25 verläuft durch den Ursprung und fällt mit der y-Achse zusammen. Figur 8 zeigt zwei Fälle eines Kennlinienverlaufs des Volumenstroms zwischen A-Steueranschluss 502 und T- Steueranschluss 501.
Im ersten Fall, bei aktiver Regelung mit geöffnetem zweiten Steuerschieber 41 und geöffneten zweiten, dritten Steuerkanten 42, 43; 44 (A-T2; P-A), ist eine schnelle und präzise Regelung des Volumenstroms über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) und dritte Steuerkante 44 (P-A) möglich. Wird der erste Steuerschieber 400 aus Figur 6 nach rechts im Ventilkörper 1 ausgelenkt steigt der Volumenstrom zwischen dem T- Steueranschluss 501 und A-Steueranschluss 502, wie durch die Kennlinie 452 in Figur 8 gezeigt, indem ein Strömungspfad über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) und den Querbohrungen 46, 47 sowie axiale Bohrung 40 entsteht. Ab einer gewissen weiteren Auslenkung nach rechts steigt die Kennlinie 452 nicht weiter an, da der maximale Durchfluss über die zweite Steuerkante 42, 43 aufgrund der Durchmesser der Querbohrungen 46, 47 und axialen Bohrung 40 begrenzt ist. Allerdings öffnet bei P16 in Figur 8 die erste Steuerkante 45 (A-Tl) und ein zusätzlicher Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 entsteht, siehe Kennlinie 451. Bei einer Auslenkung des ersten Steuerschiebers 400 nach links in Figur 6, also von P8, Pli, P9 nach rechts in Figur 8 öffnet ein Strömungspfad zwischen den P- und A- Steueranschlüssen 503, 502 bei gleichzeitiger Verschließung des Strömungspfads zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502, wie die Kennlinie 443 zeigt. So ist eine schnelle und präzise Regelung des Volumenstroms zwischen den T-, A- und P- Steueranschlüssen 501, 502, 503 möglich. Damit entspricht das Verhalten der Kennlinien 451 mit 452 und die Kennlinie 443 dem Verhalten der Kennlinien 201 und 211 des Stands der Technik aus Figur 3 und 4.
Im zweiten Fall, im Failsafe-Fall, mit der Failsafe-Lage 25, ist der zweite Steuerschieber 41 geschlossen, wie bereits in Bezug auf Figur 7 beschrieben. Deshalb existiert kein Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) und die Kennlinie 452 spielt keine Rolle für den Failsafe-Fall. Der Volumenstrom ist entsprechend annähernd Null (bis auf die Spaltleckagen), siehe P12 in Figur 8. In der Failsafe-Lage 25 sind die erste und dritte Steuerkante 45, 44 überdeckt ausgeführt, was durch die Bereiche P13, P14 in Figur 7 und 8 symbolhaft dargestellt ist. Somit ist in der Failsafe-Lage während des Failsafe-Falls ein Strömungspfad vom A-Steueranschluss 502 zum T-Steueranschluss 501 unterbunden, indem die erste Steuerkante 45 (A-Tl) ausreichend groß überdeckt ausgebildet ist. Gleichzeitig ist auch die dritte Steuerkante 44 (P-A) überdeckt. Somit kann ein Achsstillstand, beispielsweise einer Spritzeinheit 15, gewährleistet werden.
Figur 9 zeigt ein inneres Bohrungssystem in einem Steuerschieber 400 gemäß der Offenbarung. Das innere Bohrungssystem ermöglicht über eine axiale Bohrung 40 einen Durchfluss zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 und bildet eine zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 aus. Dieses innere Bohrungssystem umfasst die axiale Bohrung 40, einen zweiten Steuerschieber 41, der den Durchfluss zwischen den Steueranschlüssen A und T über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) in Kombination mit dem ersten Steuerschieber 400 steuert und Leckage-Entlastungsbohrungen 51, 52.
Figur 9 zeigt das Regelventil gemäß der Offenbarung während des Failsafe-Falls in Failsafe-Lage 25 (siehe Figur 8) mit ausgeschalteten Failsafe-Ventilen. Hierbei sind eine erste Steuerkante 45 (A-Tl Steuerkante) und eine dritte Steuerkante 44 (P-A Steuerkante) gleichzeitig überdeckt ausgebildet. Figur 9 verdeutlicht, dass während des Failsafe-Falls die A-Tl und P-A Steuerkanten 45, 44 weit überdeckt sind. Das ist insbesondere deshalb möglich da der zweite Steuerschieber 41 derart in Stellung gebracht ist, dass der Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) aufgrund des ersten Kolbenabsatzes 411 des zweiten Steuerschiebers 41 versperrt ist. Somit ist in der Failsafe-Lage während des Failsafe-Falls ein Strömungspfad vom A-Steueranschluss 502 zum T-Steueranschluss 501 unterbunden, indem die A-Tl Steuerkante 45 ausreichend groß überdeckt ausgebildet ist. Gleichzeitig ist auch die dritte Steuerkante 44 (P-A) überdeckt. Somit kann ein Achsstillstand, beispielsweise einer Spritzeinheit 15, gewährleistet werden.
Gleichzeitig steuert der zweite Steuerschieber 41 in der axialen Bohrung 40 die A-T2 Steuerkante 42, 43 und regelt somit einen Durchfluss zwischen den T- und A Steueranschlüssen 501, 502. In Figur 9 ist der zweite Steuerschieber 41 derart in Stellung gebracht, dass der linke Kolbenabsatz 411 des zweiten Steuerschiebers 41 die erste Querbohrung 46 versperrt. Somit kann kein Austausch zwischen den T- und A Steueranschlüssen 501, 502 über die axiale Bohrung 40 und der zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) stattfinden.
In Figur 10 ist kein Failsafe-Fall eingetreten und das Regelventil gemäß der Offenbarung ist im normalen Regelbetrieb. Dargestellt ist eine Stellung des Kolbenabsatzes des ersten Steuerschiebers 400, indem die dritte Steuerkante 44 (P-A) und die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) gerade am Öffnungspunkt stehen, um den Volumenstrom / Druck zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 sowie P- und A-Steueranschlüssen 503, 502 zu regeln. D.h. in Figur 10, wie bereits in Bezug auf Figur 6 beschrieben, befindet sich der zweite Steuerschieber 41 in einer geöffneten Stellung. Eine weitere Bewegung des ersten Steuerschiebers 400 im Ventilkörper 1 nach links in eine positive Endauslage führt dazu, dass Fluid vom P-Steueranschluss 503 über die dritte Steuerkante 45 (P-A) zu einem am A-Steueranschluss 502 angeschlossenen Verbraucher, bspw. die Einspritzeinheit 15, fließt und der Druck dort ansteigt. Eine entgegengesetzte Bewegung des ersten Steuerschiebers 400 nach rechts in eine negative Endauslage bewirkt ein Abfließen des Fluids aus dem Verbraucher und führt somit zu einem sinken des Drucks, da der zweite Steuerschieber 41 derart in Stellung gebracht ist, dass die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) durch die Verschiebung des ersten Steuerschiebers 400 nach rechts geöffnet wird und somit ein Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 entsteht, dies ist das Kennlinienverhalten aus Figuren 6 und Figur 8.
Der erste Steuerschieber 400 gemäß der Offenbarung verhält sich somit von außen betrachtet, für einen Betrachter ohne Kenntnis des zweiten Steuerschiebers 41 und der zweiten Steuerkante (A-T2 Steuerkante), als ob die Breite der Kolbenabsatzes 32, d.h. die Länge der ersten Steuerkante 45 (im Stand der Technik) veränderbar wäre. Somit ist für diesen Betrachter die Breite des Kolbenabsatzes 32 des ersten Steuerschiebers 400 selbst nach der Herstellung schaltbar, indem einer der beiden Zustände gemäß der Offenbarung der Figuren 6 und 7 eingenommen werden kann. Dies ist mit dem Steuerschieber 4 des Stands der Technik aus Figuren 1 bis 5 nicht möglich, wie in Bezug auf Figuren 3 bis 5 bereits dargelegt wurde.
Figur 10 zeigt ein Regelventil gemäß der Offenbarung in einem Regelbetrieb der A-T2 und P-A Steuerkanten 42, 43, 44. Der zweite Steuerschieber 41 befindet sich in einer geöffneten Stellung mit überdeckten Steuerkanten 42, 43, d.h. der zweite Steuerschieber 41 ist derart in Stellung gebracht, dass ein Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 über die axiale Bohrung 40 möglich wäre, wenn die zweite Steuerkante 42, 43 durch Verschiebung des ersten Steuerschiebers 400 frei gegeben wird. Dieser Moment ist auf den Kennlinien 452 und 443 an der Stelle P8, Pli und P9 auf der x-Achse der Figur 8 gezeigt. Beim Erreichen einer kompletten Öffnung der zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) ist der Strömungspfad über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) in der maximalen Durchflussmenge begrenzt, weshalb selbst bei einer maximalen Öffnung der zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) die Durchflussmenge aufgrund der Größe des Durchmessers der axialen Bohrung 40 sowie der ersten Querbohrung 46 begrenzt ist. Ab einem bestimmten Hub S des ersten Steuerschiebers 400 nach rechts wird daher zusätzlich der Strömungspfad über die erste Steuerkante 45 (A-Tl) freigegeben. Dies ist in Figur 8 durch die Kennlinien 451 und 452 an der Stelle P10 und P15 auf der x-Achse gezeigt.
Figur 11 zeigt ein Regelventil gemäß der Offenbarung in einem Regelbetrieb der ersten Steuerkante 45 (A-Tl) und Steuerkante 23 (P-B). In Kombination mit Figur 8, insbesondere den Kennlinien 451 und 231, ist gezeigt, dass der erste Steuerschieber 400 in einer maximalen negativen Endauslage im Ventilkörper 1 nach rechts gebracht ist, wobei die dritte Steuerkante 44 geschlossen ist und der zweite Steuerschieber 41 in einer geschlossenen Stellung ist. D.h. ein Durchfluss zwischen den T- und A- Steueranschlüssen 501, 502 über die axiale Bohrung 40 ist blockiert. Stattdessen zeigt Figur 11, dass ein direkter Strömungspfad zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 entsteht, in dem die erste Steuerkante 45 (A-Tl Steuerkante) in offener Position ist und die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2 Steuerkante) durch den zweiten Kolbenabsatz 412 des zweiten Steuerschiebers 40 verschlossen ist. Die entsprechende Volumenstrom-Signalkennlinie ist in Figur 8 an der Stelle Steuerschieberhub S = -100% und Kennlinien 451 und 231 schematisch dargestellt.
Somit ist im Regelbetrieb bei geöffnetem zweiten Steuerschieber die relative geringe Überdeckung zwischen der zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) und dritten Steuerkante 44 (P-A) realisiert und führt zur schnellen und präzisen Regelbarkeit des Volumenstroms / Drucks im A-Steueranschluss 502, da bereits bei geringer Auslenkung des ersten Steuerschiebers, je nach Wirkrichtung ein Volumenstrom zwischen den Steueranschlüssen T-A oder P-A entsteht.
Gleichzeitig kann, wie in Figur 12 dargestellt, der erste Steuerschieber 400 gemäß der Offenbarung in einer positiven Endauslage mit Steuerschieberhub S = +100 % nach links gebracht werden und somit über die dritte Steuerkante 44 (P-A) und fünfte Steuerkante 22 (B-T) einen Durchfluss zwischen den P- und A Steueranschlüssen 503, 502 und B- und T-Steueranschlüssen 504, 501 über den B-seitigen T-Kanal 505 regeln. Ein Durchfluss zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 findet nicht statt, da der zweite Steuerschieber 41 in Figur 12 derart in Stellung gebracht ist, dass der erste Kolbenabsatz 411 die zweite Steuerkante (A-T2) geschlossen hält und trotz des zweiten Kolbenabsatz 412 in geöffneter Stellung kein Durchfluss über die axiale Bohrung 40 zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502 zustande kommt. Hinzu kommt, dass die erste Steuerkante 45 (A-Tl) und zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) aufgrund der positiven Endauslage in einer Überdeckten Stellung des ersten Steuerschiebers 400 sind.
In den Figuren 6 bis 14 sind die Kolbenabsätze 411, 412 des zweiten Steuerschiebers 41 gemäß der Offenbarung derart ausgebildet, dass der zweite Steuerschieber 41 beim Bewegen in eine negative Endauslage des ersten Steuerschiebers 400, bspw. in Figur 8, den Strömungspfad über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) freigibt. Je nach technischer Anforderung kann der zweite Steuerschieber 41 den Strömungspfad über die zweite Steuerkante 42, 43 freigeben, indem er in eine positive Endauslage gebracht wird (in den Figuren nicht gezeigt).
Somit zeigen Figur 6 bis 14 einerseits, wie bei aktivierten Failsafe-Ventilen 2 und 61 ein Nullschnitt-Verhalten und damit eine schnelle und präzise Regelbarkeit durch eine relativ geringe Überdeckung zwischen der zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) und dritten Steuerkante 44 (P-A) möglich ist. Andererseits kann bei deaktivierten Failsafe-Ventilen, also während des Failsafe-Falls in Failsafe-Lage 25, die Leckage auf ein Minimum, einer Spaltleckage entsprechend, reduziert werden, in dem die erste Steuerkante 45 (A-Tl) und dritte Steuerkante (P-A) 44 eine ausreichend große Überdeckung aufweisen (siehe P12, P13 und P14 in Figur 7) und somit einen Achs-Stillstand der, an das offenbarte Regelventilsystem 100, angeschlossenen Achse, beispielsweise einer Einspritzeinheit 15, sichergestellt werden.
Figur 13 zeigt schematisch ein Regelventilsystem 100 gemäß der Offenbarung umfassend dem Regelventil in einem schematischen Längsschnitt und einem Fail-Safe Ventil 2 und einem 3/2-Wege Failsafe - Sitzventil sowie einem Vorsteuerventil 3. Der Einfachheit halber ist die Ventilelektronik 11 und das Wegmesssystem 10 hier nicht dargestellt. Die Ventilelektronik 11 und das Wegemesssystem 10 sind schematisch in den Figuren 16 bis 19 dargestellt in dem sie rechts am Ventilkörper 1 angebracht sind.
Der Ventilkörper 1 gemäß der Offenbarung beinhaltet einen ersten Steuerschieber 400, der alternativ auch als Hauptsteuerschieber 400 bezeichnet werden kann. Der erste Steuerschieber 400 ist mit einer axialen Bohrung 40 versehen ist, in welchem ein zweiter Steuerschieber 41 angebracht ist. Der zweite Steuerschieber 41 wird auch als innerer Steuerschieber 41 bezeichnet. Der zweite Steuerschieber 41 ist kleiner ist als der erste Steuerschieber 400. Vor allem ist der Durchmesser des zweiten Steuerschiebers 41 kleiner als der Durchmesser des ersten Steuerschiebers 400, so dass der zweite Steuerschieber 41 innerhalb der axialen Bohrung 40 untergebracht ist.
Der Ventilkörper 1 in Figur 13 zeigt im Längsschnitt von links nach rechts einen ersten Steueranschluss 501, einen zweiten Steueranschluss 502, einen dritten Steueranschluss 503 und einen vierten Steueranschluss 504 sowie einen B-seitigen T-Kanal 505, der mittels eines Verbindungsgangs und/oder Ringkanals an den ersten Steueranschluss 501 angebunden ist. Der erste Steueranschluss 501 ist ein T-Steueranschluss 501. Somit entspricht der B-seitige T-Kanal 505 einem B-seitigen T-Steueranschluss 501. Der zweite Steueranschluss 502 ist ein A-Steueranschluss 502. Der dritte Steueranschluss 503 ist ein P-Steueranschluss 503. Der vierte Steueranschluss 504 ist ein B-Steueranschluss 504.
Der erste Steuerschieber 400 und der Ventilkörper 1 bilden eine erste Steuerkante 45, auch als A-Tl Steuerkante bezeichnet, aus. Die erste Steuerkante 45 reguliert die Durchflussmenge eines ersten Strömungspfads zwischen dem T-Steueranschluss 501 und A-Steueranschluss 502.
Darüber hinaus bilden der erste Steuerschieber 400 und der Ventilkörper 1 eine zweite Steuerkante 42, 43 aus, die auch als A-T2 Steuerkante bezeichnet wird. Die zweite Steuerkante 42, 43 reguliert eine Durchflussmenge über einen zusätzlichen Strömungspfad zwischen dem T-Steueranschluss 501 und dem A-Steueranschluss 501. Dabei bilden die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) und die dritte Steuerkante 44 (P-A) eine relative geringe Überdeckung aus. Die erste Steuerkante 45 (A-Tl) zwischen den Steueranschlüssen T und A weist ausreichend große Überdeckung auf. Das führt, dazu, dass im Failsafe-Fall nur ein sehr geringer Volumenstrom zwischen den Steueranschlüssen T und A fließt. Der Volumenstrom ist derart gering, dass er einer üblichen Spaltleckage entspricht.
Die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) zwischen den Steueranschlüssen T und A weist eine oder mehrere erste Querbohrungen 46 auf, die mit der axialen Bohrung 40 des ersten Steuerschiebers verbunden sind und einen Durchfluss ermöglichen. Am Ein- bzw. Ausgang ist jeweils ein einstichförmiger Ringkanal und/oder Steuerfenster 421, 431 (in Figur 14 schematisch gezeigt) ausgebildet. Das ermöglicht, dass die zweite Steuerkante (A-T2) 42, 43 über den Ringkanal und/oder über das Steuerfenster fertigungstechnisch genau auf die dritte Steuerkante 44 (P-A Steuerkante zwischen dem P-Steueranschluss 503 und dem A-Steueranschluss 502), anwendungsspezifisch angepasst werden kann.
So wird sichergestellt, dass die dritte Steuerkante 44 (P-A) eine Nullschnitt-Überdeckung und die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) eine geringe Überdeckung ausbilden kann. Durch die Summe dieser beiden Überdeckungen ergibt sich eine relative geringe Überdeckung zwischen der zweiten Steuerkante (A-T2) 42, 43 und der dritten Steuerkante 44 (P-A). Dies wurde auch in Bezug auf Figuren 6, 7 und 8 beschrieben.
Im ersten Steuerschieber 400 sind im Bereich des A-Steueranschlusses 502 eine oder mehrere zusätzliche zweite Querbohrungen 47 angebracht, welche ebenfalls mit der axialen Bohrung 40 verbunden sind.
Der zweite Steuerschieber 41 aktiviert und/oder deaktiviert, je nach Stellung eines Betätigungskolbens 48 den zusätzlichen Strömungspfad durch die Querbohrungen 46, 47 und axiale Bohrung 40 zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502. Über die Auslenkung des ersten Steuerschiebers 41 nach links oder rechts wird die Durchflussmenge und der Druck über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) geregelt.
Der zweite Steuerschieber 41 weist Druck beaufschlagte ringförmige Flächen 491, 492 auf. Diese sind sowohl an einem ersten Kolbenabsatz 411 in einem vorderen Bereich des zweiten Steuerschiebers 41 und einen zweiten Kolbenabsatz 412 im hinteren Bereich des zweiten Steuerschiebers 41 ausgebildet. Diese sind hydraulisch ausgeglichen und ein Lastdruck über den A-Steueranschluss 502 kann somit nicht dazu führen, dass der zweite Steuerschieber 41 ungewollt betätigt wird.
Eine Leckage, die in eine hintere Kammer 50 des zweiten Steuerschiebers 41 gelangt, wird über eine axiale Entlastungsbohrung 51 über den B-seitigen T-Kanal 505 zum T- Steueranschluss 501 abgeführt. Hierfür weist der erste Steuerschieber 400 im Bereich des B-seitigen T-Kanals 505 eine oder mehrere dritte Querbohrungen 52 auf.
Der zweite Steuerschieber 41 weist an seinem rechten Ende, welches zur hinteren Kammer 50 zeigt einen Schlitz 53 auf. Dieser Schlitz 53 ermöglicht selbst im geblockten Zustand das Abführen der Leckage über die axiale Leckage-Entlastungsbohrung 51, die koaxial in Verlängerung zur axialen Bohrung 40 ausgebildet ist.
Figur 14 zeigt einen linken Ausschnitt des Regelventils gemäß der Offenbarung aus Figur 17, mit dem ersten und zweiten Steuerschieber gemäß der Offenbarung wie bereits in den Figuren 6 bis 13 beschrieben, entspricht. Das Regelventil ist in aktiver Regelung der dritten Steuerkante 44 (P-A) und zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2). Das innere System ist offen, d.h. der zweite Steuerschieber 41 ist derart in Stellung gebracht, dass der erste und zweite Kolbenabsatz 411, 412 des zweiten Steuerschiebers 41 den Durchgang zwischen dem T Steueranschluss 501 und A Steueranschluss 502 über die zweite Steuerkante 42, 43 und die Bohrung 40 freigeben. Zusätzlich sind die Failsafe-Ventile 2 und 61 eingeschaltet. Der Betätigungskolben 48 wird über das am Endkappenraum 54 der Endkappe 57 angebrachte Ventil 61 über den Steuerdruck pX gegen eine Druckfeder 56 offengehalten, welche sich innen an der Endkappe 57 bzw. einem Anschlag 58 (in Figur 14 gezeigt) abstützt.
Der Betätigungskolben 48 hat eine linke Ringfläche 60 und eine rechte Ringfläche 55. Ein Federraum 59 sowie eine linke Ringfläche 60 des Betätigungskolbens 48 wird über ein zweites Ventil 61, in den Figuren beispielsweise dargestellt als ein schaltbares 3/2- Wege Failsafe-Sitzventil, im Failsafe-Fall entlastet, sodass die Druckfeder 56 den Betätigungskolben 48 gegen den zweiten Steuerschieber 41 drückt.
Der Federraum 59 des Betätigungskolbens 48 ist in Richtung Tank über den T- Steueranschluss 501 ständig entlastet. Um dies zu erreichen, ist der Federraum 59 mit dem T-Steueranschluss 501 des Ventilkörpers 1 über eine und/oder mehrere Bohrungen 62 verbunden. Alternativ kann er über weitere Bohrungen über einen Y- Entlastungsanschluss 507 und/oder über einen separaten, an der Endkappe 57 angebrachten Leckage-Entlastungsanschluss entlastet werden (in Figur 14 nicht gezeigt).
Das 3/2-Wege Failsafe-Sitzventil 61 in Figur 13 wird gleichzeitig mit dem 4/2-Wege Failsafe-Ventil 2 elektrisch geschaltet. Im Failsafe-Fall sind beide Failsafe-Ventile stromlos. Das 4/2-Wege Failsafe-Ventil 2 verbindet in dem stromlosen Zustand des Failsafe-Falls die links- und rechtsseitigen Steuerkammern 12, 13 des ersten Steuerschiebers 400 im Ventilkörper 1 und stellt somit einen hydraulischen Kurzschluss her. Dabei wird der erste Steuerschieber 400 über eine große Feder 131 in der rechtsseitigen Steuerkammer 13 in eine definierte Failsafe-Lage gestellt. Die Druckfeder 56 drückt den ersten Steuerschieber 400, über den Betätigungskolben 48 und den zweiten Steuerschieber 41 in eine definierte Failsafe-Lage, die bspw. der Failsafe-Lage 25 in Figur 8 entspricht.
Die Failsafe-Lage im Failsafe-Fall ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die dritte Steuerkante 44 (P-A) als auch die erste Steuerkante 45 (A-Tl) eine ausreichend große überdeckte Stellung einnehmen. Gleichzeitig verschließt der zweite Steuerschieber 41 die erste Querbohrung(en) 46, so dass die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) ebenfalls ausreichend überdeckt ist. Dadurch ist sowohl der erste Strömungspfad zwischen den Steueranschlüssen T und A sowie der zweite Strömungspfad zwischen den Steueranschlüssen P und A also auch der zusätzliche Strömungspfad zwischen den Steueranschlüssen T und A gesperrt. Der Schaftdurchmesser 63 des Betätigungskolbens 48, der in die axiale Bohrung 40 des ersten Steuerschiebers 400 eintaucht und den zweiten Steuerschieber 41 betätigt, weist einen kleineren Durchmesser als der erste und zweite Kolbenabsatz 411, 412 bzw. die axiale Bohrung 40 des zweiten Steuerschiebers 41 auf. Dadurch können toleranzbedingte Achsversätze der Kolbenbohrungen ausgeglichen werden.
Der zweite Steuerschieber 41 weist am hinteren Bereich, im Bereich der hinteren Kammer 50, einen rechten Anschlag 64 auf, der im Failsafe-Fall dazu dient die Federkraft einer inneren Feder 65 auf den ersten Steuerschieber 400 zu übertragen. Dies kann alternativ auch über einen Absatz im vorderen Bereich des zweiten Steuerschiebers 41, im Bereich der Endkappe 57 erfolgen (in den Figuren nicht gezeigt).
Der zweite Steuerschieber 41 wird im normalen Regelbetrieb bei geöffnetem Betätigungskolben 48 (also bestromtem 3/2-Wege-Sitzventil) aktiv über pX-Druck offengehalten.
Der Betätigungskolben 48 ist über ein Verbindungselement 76 bzw. einem Kupplungselement mit dem zweiten Steuerschieber 41 verbunden. Das Kupplungselement kann in seiner Ausführung eine Gewindestange sein, um so fertigungsbedingte Achs- und Winkelversätze zwischen den Kolbenachsen des zweiten Steuerschiebers 41 und dem Betätigungskolben 48 auszugleichen. Das Verbindungselement als Gewindestange ist z.B. in Form einer Ausgleichsstange mit beidseitigem Gewinde (in Figur 14 nicht dargestellt) ausgeführt.
Hierfür hat der Betätigungskolbens 48 eine axiale Bohrung 77, in welche die Ausgleichsstange montiert ist. Die Ausgleichsstange wird mittels einer rechten Kontermutter 66 gegen den kleinen, inneren Steuerschieber (41) gekontert und mittels einer linken Kontermutter 78 gegen den Betätigungskolben (48). Die Kontermutter 78 ist gehärtet und stellt gleichzeitig einen mechanischen Anschlag dar.
Ein O-Ring 79 dichtet den rechten Steuerraum 86 des Endkappenraums 54 gegen den Federraum 59 in der Endkappe 57 ab. Der O-Ring 79 sitzt in einem Freistich 84 und ist so axial gegen Verschiebung gesichert. Die Abdichtung in Figur 14 kann auch auf andere Weise ausgeführt sein.
Die Ausgleichsstange 76 hat am linken Ende einen Innensechskant 82, mit dem vor dem Anziehen der Kontermutter 78 der kleine, innere Steuerschieber axial fein justiert werden kann. Die Leckage-Entlastungsbohrungen 51, 52, 62 bzw. die Steuerbohrungen zum 3/2- Wege-Sitzventil können optional mit Blenden ausgestattet werden, welche in entsprechende Gewinde eingeschraubt werden.
Der Betätigungskolben 48 sowie der zweite Steuerschieber 41 sind wärmebehandelt (gehärtet und angelassen) und haben somit einen höheren Verschleißschutz.
Die Über- und Unterdeckungen und Öffnungspunkte der Steuerkanten 42, 43, 44, 45 zueinander können anwendungsspezifisch vergrößert oder verkleinert werden.
Der zweite Steuerschieber 41 kann alternativ mit Strömungskraft kompensierenden konstruktiven Maßnahmen ausgestattet sein, beispielsweise Nuten, Nocken oder Fasen.
Die Geometrie der Steuerkanten 42, 43, 44, 45 sind alternativ mittels Winkel, Radien oder Steuerfenstern auf spezielle Anwendungen optimiert abgestimmt, um entsprechende Durchfluss-Charakteristiken der T-, A-, P-, B-Steueranschlüsse 501, 502, 503, 504 einzustellen.
In der Endkappe 57, die linksseitig am Ventilkörper 1 angebracht ist, ist ein Gewinde 67 eingearbeitet, in welchem ein gehärteter Anschlag 58 eingeschraubt ist, der dem Verschleißschutz dient. So wird die Endkappe 57 nicht beschädigt, wenn der Betätigungskolben 48 in einer Endauslage gegen den Endanschlag fährt. Alternativ kann die Endkappe 57 ganz oder teilweise aus gehärtetem Material hergestellt sein bzw. der Bereich 68, in welchen der Betätigungskolben 48 mit der Endkappe 57 in Berührung kommt, kann partiell gehärtet sein.
Alternativ kann der Mechanismus des zweiten Steuerschiebers auf der rechten Seite des Ventilkörpers 1 angebracht werden, um entsprechend eine B-Tl und/oder B-T2 Steuerkante anstatt der A-Tl und/oder A-T2 Steuerkante schaltbar auszugestalten. Darüber hinaus ist auch eine Kombination möglich, in der der zweite Steuerschieber 41 innerhalb des ersten Steuerschiebers 400 derart verlängert wird, dass sowohl die erste und/oder zweite Steuerkante (A-Tl, A-T2) wie auch gleichzeitig eine B-Tl und/oder B-T2 Steuerkante schaltbar ausgebildet werden. Die Leckage-Entlastungsbohrungen 51, 52, 62 würden entsprechend angepasst werden.
Darüber hinaus kann der Betätigungskolben 48 alternativ über ein 4/2-Wege- (nicht dargestellt), über pX-Druck versorgt, angesteuert und betätigt werden. Wenn der Betätigungskolben 48 extern über pX-Druck und ein 4/2-Wege-Sitzventil angesteuert wird, können sowie das Öffnen als auch das Schließen aktiv über Druck ausgeführt werden. Die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2 Steuerkante) kann im Steuerschieber 400 über Steuerfenster (z.B. hart-gefräst, erodiert) oder alternativ über einen umlaufenden Einstich (hart-gedreht, geschliffen) auf den jeweiligen Anwendungsfall fein eingestellt werden sein.
Figur 15 zeigt eine alternative Offenbarung in der die axiale Leckage- Entlastungsbohrung 51 des ersten Steuerschiebers 400 in einen Steuerschlitz 69 und/oder einen umlaufenden Einstich 70 am vierten Kolbenabsatz 34 des ersten Steuerschiebers 400 münden kann, welcher die axiale Leckage-Entlastungsbohrung 51 mit einem Y Entlastungsanschluss 507 des Ventilkörpers 1 verbindet. Hierfür wird der Steuerschlitz 69 über eine vierte Querbohrung 73 mit der axialen Leckage- Entlastungsbohrung 51 verbunden und im Ventilkörper 1 ist eine weitere Querbohrung 74 zum Y-Kanal 72 angebracht. Somit kann die Leckage aus dem Hauptsteuerschieber 400 auch nach Y entlastet werden.
Alternativ kann eine zusätzliche Druckfeder im linken Endkappen- / Steuerraum 54, 12 zwischen Endkappe 57 und erstem Steuerschieber 400 angebracht werden (in den Figuren nicht gezeigt).
Am Bestätigungskolben 48 kann ein Wegmesssystem bzw. ein Näherungsschalter angebracht werden, um die Lage des Kolbens abzufragen und in das übergeordnete Maschinen-Sicherheitskonzept einzubinden.
Alternativ kann das 3/2-Wege Sitzventil anstelle über die X-Leitung über den P- Steueranschluss 503 des Ventilkörpers 1 versorgt werden, wenn dieser entsprechend mittels Bohrungen mit dem 3/2-Wege Sitzventil verbunden wird (nicht dargestellt in Figur 15).
In einer weiteren Ausführung kann der Betätigungskolben auch als Drehkolben ausgeführt sein. Der zweite Steuerschieber wird dann entsprechend als Drehschieber ausgestaltet, um das innere System zu öffnen und zu schließen, indem er anstelle einer Längsbewegung eine Drehbewegung ausführt (nicht dargestellt in Figur 15).
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Figuren 16 bis 19 zeigen das Regelventilsystem 100 in einer schematischen Darstellung mit der Ventilelektronik 11 und einem Wegmesssystem 10 welche rechts am Ventilkörper 1 angeordnet ist. Die Ventilelektronik und das Wegmesssystem dienen dazu, den ersten Steuerschieber 400 elektronisch zu regeln. Der zweite Steuerschieber 41 wird nicht elektronisch geregelt, sondern hydraulisch über das Failsafe-Ventil 61 im Zusammenspiel mit der Endkappe 57 (links am Ventilkörper 1 angebracht) und Betätigungskolben 48 gesteuert. Figur 16 zeigt das Regelventilsystem 100 gemäß der Offenbarung mit ausgeschalteten Failsafe-Ventilen 2, 61 während des Failsafe-Falls in Mittelstellung des ersten Steuerschiebers 400 und einem zweiten Steuerschieber 41 in geschlossener Stellung. Figur 17 zeigt das Regelventilsystem 100 gemäß der Offenbarung mit eingeschalteten Failsafe-Ventilen 2, 61 und aktiver Regelung der dritten Steuerkante 44 (P-A) und zweiten Steuerkante 42, 43 (A-T2) mit dem zweiten Steuerschieber 41 in offener Stellung. Allerdings fließt, abgesehen von Spaltleckagen noch kein Volumenstrom über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) oder dritte Steuerkante 44 (P-A) da diese gerade noch geschlossen sind und sich in Nullüberdeckung befinden. Figur 18 zeigt ebenfalls ein Regelsystem 100 gemäß der Offenbarung und zeigt das Regelventilsystem 100 gemäß der Offenbarung mit eingeschalteten Failsafe-Ventilen 2, 61 und aktiver Regelung in einer positiven maximalen Endauslage mit Steuerschieberhub S = + 100 %, in der der Hauptsteuerschieber 400 im Ventilkörper 1 durch die Ventilelektronik 11 nach links verschoben ist. Dadurch sind die dritte Steuerkante 44 (PA) und die fünfte Steuerkante 22 (BT) in einer unterdeckten Stellung und es fließt ein Volumenstrom zwischen den entsprechenden Steueranschlüssen. Figur 19 zeigt, ebenfalls ein Regelsystem 100 gemäß der Offenbarung mit eingeschalteten Failsafe-Ventilen 2, 61 und einem aktiv in negativ geregelte Endauslage gebrachten ersten Steuerschieberhub S = - 100 %. Die erste Steuerkante 45 (A-Tl) ist dabei in einer unterdeckten Stellung und ermöglicht somit einen Volumenstrom zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502. Die vierte Steuerkante 22 (P B) ist in unterdeckter Stellungund es fließt ein Volumenstrom zwischen den P- und B-Steueranschlüssen 503, 504. Der zweite Steuerschieber 41 befindet sich aufgrund der Position seines zweiten Kolbenabsatzes 412 in einer geschlossenen Stellung und somit fließt kein Volumenstrom über die zweite Steuerkante 42, 43 (A-T2) zwischen den T- und A-Steueranschlüssen 501, 502.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten und/oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt. Bezugszeichenliste
1 Ventilkörper, Hauptstufe
2 Failsafe-Ventil, Sicherheitsventil
3 Vorsteuerventil
4 Steuerschieber im Stand der Technik
5 Steuerkante (Stand der Technik)
6 Steuerkante (Stand der Technik)
7 Druckfedern
8 justierbare Scheiben, mechanischer Anschlag
9 Steueranschlüsse X, T, A, P, B, Y
10 Weg messsystem
11 Ventilelektronik
12, 13 Steuerräume
14 Einspritzregelventil, Regelventil im Stand der Technik
15 Einspritzeinheit
16 Einspritzzylinder
17 Zylinderkammer/-fläche
20 P-A Steuerkante
21 A-T Steuerkante
22 B-T Steuerkante
23 P-B Steuerkante
25 Failsafe-Lage
31 erster Kolbenabsatz
32 zweiter Kolbenabsatz
33 dritter Kolbenabsatz
34 vierter Kolbenabsatz
40 axiale Bohrung
41 zweiter Steuerschieber, innerer Steuerschieber
42, 43 zweite Steuerkante, A-T2 Steuerkante
44 dritte Steuerkante, P-A Steuerkante
45 erste Steuerkante, A-Tl Steuerkante
46 zumindest eine erste Querbohrung
47 zumindest eine zweite Querbohrung
48 Betätigungskolben 50 hintere Kammer
51 weitere axiale Bohrung, Leckage-Entlastungsbohrung
52 zumindest eine dritte Querbohrung, Leckage-Entlastungsbohrungen
53 Schlitz am rechten Ende des zweiten Steuerschiebers
54 Endkappenraum
55 rechte Ringfläche des Betätigungskolbens
56 Druckfeder
57 Endkappe
58 Anschlag
59 Federraum
60 linke Ringfläche des Betätigungskolbens
61 zweites Ventil, 3/2-Wege Failsafe Ventil
62 eine und/oder mehrere Bohrungen, Leckage-Entlastungsbohrungen
63 Bund- oder Schaftdurchmesser des Betätigungskolbens
64 rechter Anschlag
65 innere Druckfeder
66 rechte Kontermutter
67 Gewinde in Endkappe für Anschlag
68 Bereich in Endkappe
69 Steuerschlitz bei Leckage-Entlastung zum Y-Kanal
70 Umlaufender Einstich
72 Y-Kanal
73 zumindest eine vierte Querbohrung zum Steuerschlitz bei Leckage-Entlastung zum Y-Kanal
74 weitere Querbohrung
76 Verbindungselement
77 axiale Bohrung
78 linke Kontermutter
79 O-Ring
80 Verbindung zwischen den beiden T Steueranschlüssen, Tankbrücke
82 Innensechskant
84 Freistich
86 rechten Steuerraum des Endkappenraums 100 Regelventilsystem gemäß der Offenbarung
131 große Feder im rechtsseitigen Steuerraum
201 Volumenstrom-Signalkennlinie der P-A Steuerkante
211 Volumenstrom-Signalkennlinie der A-T Steuerkante
221 Volumenstrom-Signalkennlinie der B-T Steuerkante
231 Volumenstrom-Signalkennlinie der P-B Steuerkante
411 erster Kolbenabsatz des zweiten Steuerschiebers
412 zweiter Kolbenabsatz des zweiten Steuerschiebers
400 erster Steuerschieber
421, 431 einstichförmiger Ringkanal, Steuerfenster
443 Volumenstrom-Signalkennlinie dritte Steuerkante, P-A Steuerkante
451 Volumenstrom-Signalkennlinie erste Steuerkante, A-Tl Steuerkante
452 Volumenstrom-Signalkennlinie zweite Steuerkante, A-T2 Steuerkante
491 (Ringförmige) Fläche am linken Kolbenabsatz des zweiten Steuerschiebers
492 (Ringförmige) Fläche am rechten Kolbenabsatz des zweiten Steuerschiebers
501 T-Steueranschluss, erster Steueranschluss
502 Steueranschluss A, zweiter Steueranschluss
503 Steueranschluss P, dritter Steueranschluss
504 Steueranschluss B, vierter Steueranschluss
505 B-seitiger T-Kanal
506 Steueranschluss X
507 Entlastungsanschluss Y

Claims

Patentansprüche
1. Regelventil mit schaltbarer Steuerkante, umfassend: ein Ventilkörper (1) mit einem ersten Steuerschieber (400) und zumindest einem ersten und zweiten Steueranschluss (501; 502; 503; 504; 505) und zumindest einer Steuerkante (6; 44; 45), wobei der erste Steuerschieber (400) eine axiale Bohrung (40) aufweist und ein zweiter Steuerschieber (41) in der axialen Bohrung (40) ausgebildet ist; eine Endkappe (57) mit Betätigungskolben (48), wobei der
Betätigungskolben (48) dazu ausgebildet ist in die axiale Bohrung (40) einzugreifen, und der Betätigungskolben (48) dazu ausgebildet ist den zweiten Steuerschieber (41) in der axialen Bohrung (40) zu verschieben.
2. Regelventil nach Patentanspruch 1, wobei ein Verbindungsselement (76) zwischen dem Betätigungskolben (48) und dem zweiten Steuerschieber (41) ausgebildet ist, um Achs- und Winkelversätze auszugleichen.
3. Regelventil nach Patentanspruch 1, wobei der Ventilkörper (1) und der erste Steuerschieber (400) eine erste Steuerkante
(45) und eine zweite Steuerkante (42, 43) ausbilden; wobei zwischen der zweiten Steuerkante (42, 43) zu einer dritten Steuerkante (44) eine relative geringe Überdeckung ausgebildet ist und die erste Steuerkante (45) eine große Überdeckung aufweist.
4. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zweite Steuerkante (42, 43) einen einstichförmigen Ringkanal (421, 431) oder zumindest ein Steuerfenster (421, 431) aufweist.
5. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zweite Steuerkante (A-T2; 42, 43) über zumindest eine erste Querbohrung
(46) mit der axialen Bohrung (40) im ersten Steuerschieber (400) verbunden ist.
6. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der erste Steuerschieber (400) im Anschlussbereich eines zweiten Steueranschlusses (502), insbesondere eines A - Steueranschlusses, des Ventilkörpers (1) zumindest eine zweite Querbohrung (47) ausbildet, wobei die zumindest eine zweite Querbohrung (47) mit der axialen Bohrung (40) verbunden ist.
7. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Betätigungskolben (48) dazu ausgebildet ist, mittels des zweiten Steuerschiebers (41) einen Strömungspfad über die zweite Steuerkante (A-T2; 42, 43) zu steuern.
8. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zweite Steuerschieber (41) zwei Flächen (491; 492) mit gleich großen Flächen zum hydraulischen Ausgleich aufweist.
9. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die axiale Bohrung (40) des ersten Steuerschiebers (400) eine Kammer (50) mit einer inneren Druckfeder (65) umfasst.
10. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei koaxial zu der axialen Bohrung (40) eine axiale Entlastungsbohrung (51) ausgebildet ist, und wobei insbesondere der erste Steuerschieber (400) im Bereich eines B-seitigen T-Kanals (505) zumindest eine dritte Querbohrung (52) aufweist, die mit der axialen Entlastungsbohrung (51) verbunden ist und einen Leckage-Strömungspfad bildet.
11. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der zweite Steuerschieber (41) an seiner rechten Stirnfläche einen Schlitz (53) ausbildet, zum Ableiten einer Leckage.
12. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Endkappe (57) weiter umfasst: ein Ventil (61); und einen Federraum (59) mit einer Druckfeder (56) und einem Anschlag (58).
13. Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Federraum (59) mit dem Ventilkörper (1) über eine Entlastungsbohrung (62) verbunden ist.
14. Verwendung des Regelventils nach einem der vorhergehenden Patentansprüche als Einspritzregelventil zum Steuern einer Einspritzeinheit (15), insbesondere einer Spritzgießmaschine.
15. Regelventilsystem (100), umfassend
- ein Vorsteuerventil (3); ein Failsafe-Ventil (2), und - Regelventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
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