DE29723707U1 - Continuous valve, in particular electropneumatic continuous valve - Google Patents
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Description
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Stetigventil, insbesondere elektropneumatisches StetigventilContinuous valve, in particular electropneumatic continuous valve
Die Erfindung betrifft ein Stetigventil, insbesondere ein elektropneumatisches Stetigventil, gemäß den gattungsbilderiden Merkmalen des Patentanspruches 1.The invention relates to a continuous valve, in particular an electropneumatic continuous valve, according to the generic features of patent claim 1.
Stetigventile der hier interessierenden Art sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 195 02 671 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein elektropneumatisches 2/2-Wege Stetigventil, das im wesentlichen aus einem zwei Druckmittelanschlüsse aufweisenden Ventilkörper besteht und über eine Sitzventilanordnung betrieben wird. Proportional zu einem elektrischen Steuersignal wird bei diesem Stetigventil ein Durchlaßquerschnitt freigegeben, so daß der Druckmitteldurchfluß stetig verstellbar ist. Die Sitzventilanordnung wird betätigt über einen Elektromagneten, mit einer elektrischen Spule und einem Magnetjoch, einem zur elektrischen Spule zentrischen und festen sowie einem zentrischen und koaxial beweglichen Magnetanker, zwischen denen ein veränderlicher Luftspalt besteht, wobei der Verlauf der Anzugskraft des Elektromagneten in Abhängigkeit der Luftspalteinstellung zwischen dem festen und dem beweglichen Magnetanker bei unterschiedlichen Werten des Erregerstromes zusammen mit der Kraftkennlinie einer Biegefeder als Arbeitspunkt der Hubkraftlinie des beweglichen Magnetankers festlegbar ist.Continuous valves of the type of interest here are known, for example, from German laid-open specification 195 02 671. This is an electro-pneumatic 2/2-way continuous valve, which essentially consists of a valve body with two pressure medium connections and is operated via a seat valve arrangement. In proportion to an electrical control signal, a passage cross-section is released in this continuous valve so that the pressure medium flow can be continuously adjusted. The seat valve arrangement is actuated by an electromagnet with an electric coil and a magnetic yoke, a magnetic armature that is centric and fixed to the electric coil and a centric and coaxially movable magnetic armature, between which there is a variable air gap, whereby the course of the attraction force of the electromagnet can be determined as a function of the air gap setting between the fixed and the movable magnetic armature at different values of the excitation current together with the force characteristic of a bending spring as the operating point of the lifting force line of the movable magnetic armature.
Derartige Stetigventile sind eine technisch elegante und kostengünstige Lösung in Durchflußsteuerungen. Während früher Änderungen des Durchflusses mit Schaltventilen verschiedener Nennweiten realisiert wurden, kann mit einem Stetigventil eine stufenlose Veränderung des Durchflusses bewirkt werden.Such continuous valves are a technically elegant and cost-effective solution in flow control. While previously changes in the flow were achieved with switching valves of different nominal sizes, a continuous valve can be used to achieve a continuous change in the flow.
Die bekannten gattungsgemäßen Stetigventile sind so beschaffen, daß sie bei nichtbetätigtem Zustand des Stellantriebes - beispielsweise bei stromlos geschaltetemThe known proportional valves of this type are designed in such a way that when the actuator is not actuated - for example when the power is switched off
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Elektromagneten -, bedingt durch die rückstellende Feder, das Verschlußelement auf den Ventilsitz pressen. Somit nimmt das Ventil beispielsweise bei einem Stromausfall seine Schließstellung ein. Ein derartiges Verhalten wird allgemein als Normally-Closed-Function bezeichnet.Electromagnets - press the closure element onto the valve seat due to the return spring. This means that the valve assumes its closed position in the event of a power failure, for example. This type of behavior is generally referred to as a normally closed function.
Im Gegensatz dazu ist bei einfachen Schaltventilen, die lediglich ein binäres Schalten von Druckmittelströmen zulassen, eine Funktionsweise bekannt, bei der infolge eines nichtbetätigten Stellantriebes, ebenfalls bedingt durch die rückstellende Feder, das Verschlußelement vom Ventilsitz abhebt. Somit nimmt das Ventil hier eine Offenstellung ein, was allgemein als Normally-Open-Function bezeichnet wird.In contrast, simple switching valves, which only allow binary switching of pressure medium flows, have a known mode of operation in which the closure element lifts off the valve seat as a result of a non-actuated actuator, also due to the return spring. The valve therefore assumes an open position, which is generally referred to as the normally open function.
Derartige Ventile mit Normally-Open-Function werden beispielsweise im Zusammenhang mit Druckregelungen eingesetzt, bei denen im Sinne einer Sicherheitsfunktion bei Ausfall der elektrischen Steuerung die über Ventile betriebenen Aktoren - beispielsweise Kolben-Zylinder-Einheiten - unwirksam bleiben müssen, d. h., das für die Entlüftung einer Arbeitsleitung verantwortliche Ventil der Druckregelung dann automatisch in die Offenstellung gelangt, um bei einer Störung sofort eine Verbindung zwischen dem unter Druck stehenden Aktor und der Atmosphäre zu schaffen. Ein anderes, für die Belüftung der Arbeitsleitung vorgesehenes Ventil nimmt als Normally-Closed-Ventil in dieser Situation seine Schließstellung ein und verhindert insoweit eine Druckmittelbeaufschlagung der Aktoren.Such valves with a normally open function are used, for example, in connection with pressure controls, where, in the sense of a safety function, the actuators operated by valves - for example piston-cylinder units - must remain ineffective if the electrical control fails, i.e. the pressure control valve responsible for venting a working line then automatically goes into the open position in order to immediately create a connection between the pressurized actuator and the atmosphere in the event of a fault. Another valve intended for ventilating the working line assumes its closed position as a normally closed valve in this situation and thus prevents the actuators from being pressurized.
Die Verwendung lediglich binär arbeitender Schaltventile wirft insbesondere bei einer Druckregelung das Problem auf, daß eine feinfühlige Regelung - wie sie Stetigventile ermöglichen - nicht erreichbar ist.The use of switching valves that only operate in binary mode poses the problem, especially in the case of pressure control, that sensitive control - as is possible with continuous valves - cannot be achieved.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Lösung für ein Stetigventil zu schaffen, das über eine Normally-Open-Function verfügt und das als Entlüftungsventil in einer stetig arbeitenden Druckregelung einsetzbar ist.The invention is therefore based on the object of creating a structurally simple solution for a continuous valve that has a normally open function and that can be used as a vent valve in a continuously operating pressure control system.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Stetigventil gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.The problem is solved on the basis of a continuous valve according to the preamble of patent claim 1 in conjunction with its characterizing features.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß zur Realisierung einer Normally-Open-Function der eine Ventilsitzanordnung bedienende Stößel derartig durch einen koaxialen Durchbruch im Ventilkörper hindurchgeführt ist, daß er einen ringförmigen Durchlaßspalt zwischen zwei dem Durchbruch benachbart angeordneten Druckkammern bildet, von denen eine mit dem Speisedruckanschluß und die andere mit dem Arbeitsdruckanschluß verbunden ist, und daß der Stößel in ein kegelartiges, sich nach radial außen erweiternden Verschlußteil mündet, das mit dem Druchbruch als Ventilsitz zusammenwirkt, wobei im maximal betätigten Zustand des Stellantriebes der Durchlaßspalt durch den Mantelbereich des kegelartigen Verschlußteils verschlossen ist.The invention includes the technical teaching that, in order to implement a normally open function, the tappet operating a valve seat arrangement is guided through a coaxial opening in the valve body in such a way that it forms an annular passage gap between two pressure chambers arranged adjacent to the opening, one of which is connected to the feed pressure connection and the other to the working pressure connection, and that the tappet opens into a conical, radially outwardly expanding closure part that interacts with the opening as a valve seat, whereby in the maximum actuated state of the actuator the passage gap is closed by the jacket area of the conical closure part.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere in ihrem einfachen konstruktiven Aufbau. Es können zur Realisierung einfache Stellantriebe, beispielsweise Standard-Hubankermagnete, Verwendung finden. Die kegelartige is Ausgestaltung des Verschlußelementes ermöglicht ein hinreichend gutes Stetigverhalten des Ventils, um es in einer feinfühlig reagierenden Druckregelung einsetzen zu können.The advantage of the solution according to the invention lies in particular in its simple structural design. Simple actuators, such as standard lifting armature magnets, can be used to implement it. The conical design of the closure element enables the valve to have sufficiently good continuous behavior to be used in a sensitively reacting pressure control system.
Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht darin, daß das Verschlußteil als separates Bauteil aus einem gummiartigen Material besteht, das mit dem Stößel verbunden ist. Die Verbindung kann wahlweise durch Aufvulkanisieren eines Gummiteils auf den Stößel oder als eine Klebeverbindung oder in Form einer Einknüpfung oder als eine Verschraubung realisiert werden. Die Verwendung eines Verschlußteils aus einem gummiartigen Material gewährleistet zudem ein zuverlässiges Dichten des Ventils.A further measure improving the invention is that the closure part is a separate component made of a rubber-like material that is connected to the tappet. The connection can be made either by vulcanizing a rubber part onto the tappet or as an adhesive connection or in the form of a tie-in or as a screw connection. The use of a closure part made of a rubber-like material also ensures reliable sealing of the valve.
Die Feder, die bei nichtbetätigtem Zustand des Stellantriebes den Stößel zurückstellt, kann insbesondere zwischen einem Absatz am Stößel und einem Absatz innerhalb des Ventilkörpers eingespannt sein. Vorzugsweise ist der Stößel zweiteilig aufgebaut, wobei in ein hülsenartiges Außenteil ein stiftartiger Fortsatz unverrückbar eingefügt ist, dessen dem Ventilkörper zugewandtes Ende die Kontaktstelle zum Verschlußteil bildet. Der zweiteilige Aufbau des Stößels erleichtert insbesondere die Montage des Ventils. ' .. -The spring, which returns the tappet when the actuator is not actuated, can be clamped in particular between a shoulder on the tappet and a shoulder within the valve body. The tappet is preferably constructed in two parts, with a pin-like extension being permanently inserted into a sleeve-like outer part, the end of which faces the valve body forming the contact point with the closure part. The two-part construction of the tappet particularly facilitates the assembly of the valve. ' .. -
AIs Stellantrieb ist vorteilhafter Weise ein Elektromagnet vorgesehen. Im Sinne eines einfachen Aufbaus kann der Stellantrieb aus einem mit dem Ventilkörper über eine Befestigungsplatte verbundenes Ankerrohr einer elektrischen Spule bestehen. Im oberen Bereich des Ankerrohres ist ein feststehendes Ankerteil integriert. Dem feststehenden Ankerteil folgt das ebenfalls im Ankerrohr integrierte eisenmetallische Außenteil des Stößels als beweglicher Anker. Dabei ist zwischen dem feststehenden Ankerteil und dem eisenmetallischen Außenteil ein Federelement angeordnet, das vorzugsweise als Federscheibe ausgeführt ist.An electromagnet is advantageously provided as the actuator. In the interests of a simple structure, the actuator can consist of an armature tube of an electrical coil connected to the valve body via a mounting plate. A fixed armature part is integrated in the upper area of the armature tube. The fixed armature part is followed by the ferrous metal outer part of the tappet, which is also integrated in the armature tube, as a movable armature. A spring element, which is preferably designed as a spring washer, is arranged between the fixed armature part and the ferrous metal outer part.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht darin, daß der Ventilkörper derartig zweigeteilt aufgebaut ist, daß mindestens ein Speisedruckanschluß einem oberen Ventilkörperteil und mindestens ein Arbeitsdruckanschluß einem unteren Ventilkörperteil zugeordnet ist. Durch den zweigeteilten Ventilkörper wird die Montage des Ventils - insbesondere des sich durch den Durchbruch hindurch erstreckenden Stößels - erheblich vereinfacht.A further measure improving the invention is that the valve body is constructed in two parts such that at least one feed pressure connection is assigned to an upper valve body part and at least one working pressure connection is assigned to a lower valve body part. The two-part valve body makes the assembly of the valve - in particular the tappet extending through the opening - considerably easier.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachstehend mit der Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:Other advantageous developments of the invention are described in more detail below with the description of an advantageous embodiment based on the figures. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisches Stetigventil undFig. 1 a longitudinal section through an electromagnetic continuous valve and
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, bei der das erfindungsgemäße StetigventilFig. 2 shows a circuit arrangement in which the continuous valve according to the invention
in einen Druckregelkreis integriert ist.is integrated into a pressure control circuit.
Ein 2/2-Wege-Stetigventil nach Figur 1 besitzt einen Ventilkörper 1 und einen Speisedruckanschluß 2 sowie einen Arbeitsdruckanschluß 3. Ein Elektromagnet bildet den Stellantrieb 4 des Ventils. Der Stellantrieb 4 besteht aus einem von einer elektrischen Spule 5 umgebenen Ankerrohr 6, das über eine Dichtung 7 dichtend im Ventilkörper 1 eingesetzt ist und mittels einer Befestigungsplatte 8 dort gehalten ist. Im oberen Bereich des Ankerrohres 6 ist ein Magnetanker 9 über eine Nut-Feder-Verbindung fest eingelassen. Dem feststehenden Magnetanker 9 ist ein im Ankerrohr 6 längsbeweglicher Stößel 10 zugeordnet. Der Stößel 10. ist zweigeteilt aufgebaut und besteht aus einem eisenmetallischen hülsenartigen Außenteil 11 sowie einem an der den Ventilkörper 1 zugewandten Seite in das hülsenartige Außenteil 11 festA 2/2-way continuous valve according to Figure 1 has a valve body 1 and a feed pressure connection 2 as well as a working pressure connection 3. An electromagnet forms the actuator 4 of the valve. The actuator 4 consists of an armature tube 6 surrounded by an electric coil 5, which is inserted in the valve body 1 via a seal 7 and is held there by means of a fastening plate 8. In the upper area of the armature tube 6, a magnet armature 9 is firmly embedded via a tongue and groove connection. The fixed magnet armature 9 is assigned a plunger 10 that can move longitudinally in the armature tube 6. The plunger 10 is constructed in two parts and consists of an iron-metal sleeve-like outer part 11 and a sleeve-like outer part 11 that is firmly inserted into the sleeve-like outer part 11 on the side facing the valve body 1.
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eingeschobenen stiftartigen Fortsatz 12. Der stiftartige Fortsatz 12 ragt einen ringförmigen Durchlaßspalt 13 freilassend durch einen Druchbruch 14 im Ventilkörper 1, der einen Ventilsitz bildet und den Speisedruckanschluß 2 mit dem Arbeitsdruckanschluß 3 verbindet. Der stiftartige Fortsatz 12 des Stößels 10 läuft in ein aus einem gummiartigen Material bestehenden kegelartigen Verschlußteil 15 aus. Das Verschlußteil 15 wirkt durch die Längsbewegung des Stößels 10 auf den Durchbruch 14 und bildet somit gemeinsam mit ihm eine Sitzventilanordnung. Die kegelartige Gestalt des Verschlußteils 15 begünstigt ein stetiges Durchflußverhalten des Druckmittels bei einer Längsbewegung des Stößels 10 durch den Stellantrieb Im nichtbetätigten Zustand des Stellantriebes 4 hält eine Druckfeder 16 und eine Federscheibe 17, die zwischen dem feststehenden Magnetanker 9 und dem beweglichen hülsenartigen Außenteil 11 des Stößels 10 angeorndet ist, das Ventil offen. Damit ist eine Verbindung vom Speisedruckanschluß 2 zum Arbeitsdruckanschluß 3 hergestellt. Wird der Stellantrieb 4 angesteuert, bewegt sich der Stößel 10 nach oben und damit das Verschlußteil 15, bis sich die durch den Stellantrieb 4 ausgeübte Kraft und die Federkraft im Gleichgewicht befindet. Der ringförmige Durchlaßspalt am Durchbruch 14 läßt sich dadurch in Abhängigkeit vom Ansteuerstrom des über die Spule 5 betriebenen Stellantriebes 4 stetig verstellen.inserted pin-like extension 12. The pin-like extension 12 protrudes through an opening 14 in the valve body 1, leaving an annular passage gap 13 free, which forms a valve seat and connects the feed pressure connection 2 with the working pressure connection 3. The pin-like extension 12 of the tappet 10 runs into a conical closure part 15 made of a rubber-like material. The closure part 15 acts on the opening 14 through the longitudinal movement of the tappet 10 and thus forms a seat valve arrangement together with it. The conical shape of the closure part 15 promotes a constant flow of the pressure medium during a longitudinal movement of the tappet 10 by the actuator. When the actuator 4 is not actuated, a compression spring 16 and a spring washer 17, which is arranged between the fixed magnet armature 9 and the movable sleeve-like outer part 11 of the tappet 10, keep the valve open. This creates a connection from the feed pressure connection 2 to the working pressure connection 3. If the actuator 4 is activated, the tappet 10 moves upwards and with it the closure part 15 until the force exerted by the actuator 4 and the spring force are in equilibrium. The annular passage gap at the opening 14 can thus be continuously adjusted depending on the control current of the actuator 4 operated via the coil 5.
Um die Montage des 2/2-Wege Stetigventils zu erleichtern, ist der Ventilkörper 1 zweigeteilt aufgebaut und besteht aus einem unteren Ventiikörperteil 18 sowie aus einem oberen Ventilkörperteil 19. Dem unteren Ventilkörperteil 18 ist der Arbeitsdruckanschluß 3 zugeordnet. Dem oberen Ventilkörperteil 19 ist der Speisedruckanschluß 2 und der Durchbruch 14, der den Ventilsitz bildet, zugeordnet.To facilitate the assembly of the 2/2-way continuous valve, the valve body 1 is divided into two parts and consists of a lower valve body part 18 and an upper valve body part 19. The lower valve body part 18 is assigned to the working pressure connection 3. The upper valve body part 19 is assigned to the feed pressure connection 2 and the opening 14, which forms the valve seat.
Am oberen Ventilkörperteil 19 ist weiterhin der Stellantrieb 4 über das Ankerrohr 6 befestigt, welches außerdem die Spule 5 trägt. Die Spule 5 ist über eine Schraubverbindung mittels einer Mutter 20 am Stellantrieb 4 befestigt und insoweit leicht austauschbar.The actuator 4 is also attached to the upper valve body part 19 via the armature tube 6, which also carries the coil 5. The coil 5 is attached to the actuator 4 via a screw connection using a nut 20 and is therefore easily replaceable.
In Figur 2 ist ein möglicher Einsatzfall des vorstehend beschriebenen 2/2-Wege Stetigventils mit Normally-Open-Function dargestellt. Die Position einer Kolbenstange 21 eines federrückgestellten Pneumatikzylinders 22 ergibt sich aus der Druckkraft einer Feder 23 und der Druckkraft in der Druckkammer^. Die Druckkraft in der Druckkammer 24 wird durch zwei 2/2-Wegeventile 25 und 26 als Belüftungsventil bzw. Entlüftungsventil in einem geschlossenen Druckregelkreis geregelt. Dafür dientFigure 2 shows a possible application of the 2/2-way continuous valve with normally open function described above. The position of a piston rod 21 of a spring-returned pneumatic cylinder 22 results from the pressure force of a spring 23 and the pressure force in the pressure chamber. The pressure force in the pressure chamber 24 is regulated by two 2/2-way valves 25 and 26 as a ventilation valve or vent valve in a closed pressure control circuit.
ein P/U-Wandler27 als Druckistwertaufnehmer, der den in der Druckkammer 24 des Pneumatikzylinders 21 gemessenen Druckwert proportional in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt und einer Reglereinheit 28 zuleitet, die einen Vergleich zwischen dem Druckistwert und einem vorgegebenen Drucksollwert vornimmt und die daraus resultierende Regelabweichung über die beiden wechselnd ansteuerbaren 2/2-Wegeventile 25 und 26 ausgleicht. Dabei dient das erste 2/2-Wegeventil 25 als Belüftungsventil. Es ist zu diesem Zwecke eingangsseitig mit einer Speisedruckquelle 29 verbunden und bewirkt bei entsprechender Ansteuerung über eine Arbeitsdruckleitung 30 eine Beaufschlagung der Druckkammer 24 des Pneumatikzylinders 22. Das zweite 2/2-Wegeventil 26 wird als Entlüftungsventil eingesetzt. Es ist eingangsseitig mit der Arbeitsleitung 30 verbunden. Ausgangsseitig ist das 2/2-Wegeventil 26 über ein Filterelement 31 mit der Atmosphäre verbunden.a P/U converter 27 as an actual pressure sensor, which converts the pressure value measured in the pressure chamber 24 of the pneumatic cylinder 21 proportionally into an electrical output signal and feeds it to a control unit 28, which compares the actual pressure value with a specified pressure setpoint and compensates for the resulting control deviation via the two alternately controllable 2/2-way valves 25 and 26. The first 2/2-way valve 25 serves as a ventilation valve. For this purpose, it is connected on the input side to a feed pressure source 29 and, when appropriately controlled via a working pressure line 30, pressurizes the pressure chamber 24 of the pneumatic cylinder 22. The second 2/2-way valve 26 is used as a vent valve. It is connected on the input side to the working line 30. On the output side, the 2/2-way valve 26 is connected to the atmosphere via a filter element 31.
Das 2/2-Wegeventil 25 zur Belüftung verfügt über eine Normally-Close-Function. Das 2/2-Wegeventil 26 zur Entlüftung verfügt dagegen über eine Normally-Open-Function. Durch diese Anordnung ist eine Sicherheitsfunktion ausführbar, bei der im stromlosen Zustand der Elektromagneten - beispielsweise infolge eines Stromausfalls - bedingt durch die Federrückstellungen die 2/2-Wegeventile 25 und 26 eine Position einnehmen, in der wegen der Normally-Close-Function des 2/2-Wegeventil 25 zur Belüftung zum einen kein Druckmittel in den Pneumatikzylinder 22 gelangen kann und zum anderen der Pneumatikzylinder 22 bedingt durch seine Federrückstellung wegen der Normally-Open-Function des entlüftenden 2/2-Wegeventils 26 in eine sichere Position eingefahren wird.The 2/2-way valve 25 for ventilation has a normally close function. The 2/2-way valve 26 for venting, on the other hand, has a normally open function. This arrangement makes it possible to carry out a safety function in which, when the electromagnets are de-energized - for example as a result of a power failure - the 2/2-way valves 25 and 26 assume a position due to the spring reset in which, on the one hand, no pressure medium can get into the pneumatic cylinder 22 due to the normally close function of the 2/2-way valve 25 for ventilation and, on the other hand, the pneumatic cylinder 22 is retracted into a safe position due to its spring reset due to the normally open function of the venting 2/2-way valve 26.
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dadurch gekennzeichnet,2. Continuous valve according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Continuous valve according to claim 1,
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