DE4021714C1 - Multiway proportioning valve with hydraulic and gas stages - has regulating piston controllable by programmed electronics via electrically variable valve - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeproportionalventil zum Regeln und Steuern der Menge und des Drucks eines neutralen Gases gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Mehrwegeproportionalventil dieser Gattung ist als pneumatisch beaufschlagbares Proportionaldruckregelven­ til bekannt. Es umfaßt einen hohlzylinderartigen Dichtkörper mit einem eine Sitzdichtung tragenden Radialflansch. Die Sitzdichtung wird durch eine Druckfeder permanent gegen den im Querschnitt ringschneidenartigen Dichtsitz gedrückt.

Des weiteren ist ein im Querschnitt topfartiger Regelkolben vorgesehen, der mit einem Proportionalmagneten als Weggeber verbunden ist. Der Regelkolben steht in Richtung auf den Proportionalmagneten unter dem Einfluß einer Druckfeder. Er besitzt ebenfalls eine ringschneidenartige Anlage, mit der er die im Querschnitt rechteckige Sitzdichtung kontak­ tiert. Dichtkörper und Regelkolben sind im Ventilgehäuse dicht gelagert.

Durch Änderung der Magnetkraft am Proportionalmagneten kann der Dichtkörper mit Hilfe des Regelkolbens vom Dichtsitz abgehoben werden, so daß das Gas aus dem in Öffnungsrichtung des Dichtkörpers hinter dem Dichtsitz liegenden Bereich am Dichtsitz vorbei in den in Öffnungsrichtung des Dichtkörpers vor dem Dichtsitz liegenden Bereich gelangen und dort zum Verbraucher strömen kann.

Der wesentliche Mangel der bekannten Bauart eines Mehrwege­ proportionalventils besteht darin, daß es aufgrund seines Konstruktionsprinzips nur für Betriebsdrücke bis maximal etwa 16 bar eingesetzt werden kann. Die Verwendung im Hoch­ druckbereich bis zu etwa 500 bar ist folglich nicht möglich.

Darüber hinaus zählen Gasventile zum Stand der Technik, wel­ che mit einem elektromechanischen Stellantrieb ausgerüstet sind. Derartige Gasventile sind geeignet, Gasdrücke und Gasdurchflußmengen unter hohem Druck durch ein vorgegebenes elektrisches Signal zu ändern. Nachteilig an solchen Gas­ ventilen ist, daß der Stellantrieb volumenmäßig groß baut und auch die Stellzeiten relativ lang sind. Für schnelle Verfahrensprozesse sind solche Gasventile daher nicht ge­ eignet.

Schließlich zählen durch die Druckschrift "Elektrohydraulische Regelungstechnik in Theorie und Praxis" der Robert Bosch GmbH (1987), S. 48-49 und der Druckschrift "fluid" (Mai 1990) S. 24-28 Proportionalventile in Form von Schieberventilen zum Stand der Technik, die im Bereich der Ölhydraulik eingesetzt werden. Bei diesen Proportionalventilen liegt keine Trennung zwischen dem Betriebsmedium und dem Betätigungsmedium vor. Für beide Medien wird stets das gleiche Fluid benutzt. Eine Anwendung dieser Schieberventile in der Gastechnik ist wegen der stets undichten Spalte (Radialspiel der Schieber) nicht möglich.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 be­ schiebenen Mehrwegeproportionalventil liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses so zu verbessern, daß sowohl Gasmengen als auch Gasdrücke bis zu etwa 500 bar stufenlos vom Betrag Null bis zu einem Maximalwert eingestellt und ebenso stufenlos wieder abgebaut werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gesehen.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung bildet die Kombination einer mit einem Weggeber gekoppelten Hydraulik­ stufe mit einer für Gasdrücke bis 500 bar ausgelegten Gas­ stufe, wobei eine zwischen die Hydraulikstufe und die Gas­ stufe in das Ventilgehäuse integrierte Dichtungsanordnung eine einwandfreie Trennung der Medien vornimmt. Aufgrund einer derartigen Gestaltung ist es jetzt möglich, bei klei­ nen baulichen Abmaßen eine hohe Dynamik und kurze Stellzei­ ten zu erzielen, und zwar selbst dann, wenn Gasdrücke bis zu etwa 500 bar beherrscht werden müssen. Derartige Drücke sind z. B. erforderlich, um beim sogenannten Gasinnendruckprozeß die Kunststoffspritzform mit Stickstoff zu beschicken. Dabei kann durch die Erfindung ein gesteuerter Druckaufbau und -ab­ bau gewährleistet werden.

Durch die Integration einer mit dem Weggeber gekoppelten Hydraulikstufe kann jetzt in vorteilhafter Weise eine hy­ draulische Stellenergie mit Drücken zwischen etwa 120 bar und 210 bar problemlos bereitgestellt und damit über den Regelkolben als Druckübersetzer die Beherrschung von Gas­ drücken bis zu etwa 500 bar sichergestellt werden.

Die kegelförmige Ausbildung des Dichtsitzes sowie des Dicht­ körpers erlaubt einen Öffnungsquerschnitt der Gasstufe, die näherungsweise proportional zum Verlagerungshub des Dichtkörpers ist. Dabei wird die jeweilige Position des über die Kolbenstange mit dem Dichtkörper in Berührungskontakt bringbaren Regelkolbens über den Weggeber an eine mit diesem verbundene Steuerelektronik zurückgemeldet. Die Steuerelek­ tronik kann z. B. mit einer Maschinensteuerung wie beim Gasinnendruckprozeß gekoppelt sein.

Die Null-Position der Gasstufe kann über die im Regelkolben axial einstellbar gelagerte Kolbenstange einreguliert wer­ den, und zwar derart, daß die freie Stirnfläche der Kolben­ stange gerade an der Stirnfläche des Dichtkörpers anliegt. Dazu kann probeweise der in Öffnungsrichtung des Dichtkör­ pers hinter dem Dichtsitz liegende Bereich an eine Druck­ luftquelle angeschlossen werden. Durch Veränderung der Re­ lativlage der Kolbenstange zum Weggeber kann die Axiallage der Kolbenstange und damit die des Dichtkörpers so lange verstellt werden, bis in dem in Öffnungsrichtung des Dicht­ körpers vor dem Dichtsitz der Gasstufe liegenden Bereich keine Druckluftströmung mehr feststellbar ist.

Ein besonderes Bauelement des erfindungsgemäßen Mehrwege­ proportionalventils ist die zwischen der Hydraulikstufe und der Gasstufe angeordnete Dichtungsanordnung, welche beide Stufen einwandfrei mediendicht voneinander trennt. Dazu gehört einerseits das Abfangen eines Gasdrucks bis zu etwa 500 bar gegen die Atmosphäre und andererseits das Abfangen des am Regelkolben der Hydraulikstufe anstehenden hydraulischen Arbeitsdrucks. Hierzu besitzt die Dichtungs­ anordnung an dem der Hydraulikstufe zugewandten Ende eine geeignete Hydraulikdichtung und an dem der Gasstufe zuge­ wandten Ende eine geeignete Gasdichtung. In diesem Zusammen­ hang kann es durchaus zweckmäßig sein, daß eine geringfügige Leckage des die Hydraulikstufe dichtenden Teils der Dich­ tungsanordnung zur Schmierung des die Gasstufe dichtenden Teils der Dichtungsanordnung herangezogen werden kann. Aller­ dings muß hierbei ein Austritt des hydraulischen Mediums nach außerhalb des Mehrwegeproportionalventils vermieden werden.

Die gezielte Beaufschlagung der Hydraulikstufe erfolgt mit Hilfe des elektrisch beeinflußbaren Steuerventils. Das Steuerventil kann als eigenständiger Baukörper an das die Hydraulikstufe und die Gasstufe aufnehmende Ventilgehäuse lösbar angeflanscht sein. Es kann aus einem handelsüblichen Hydraulikregelventil mit einem genormten Cetop-3-Anschluß­ bild einschließlich der zugehörigen Verstärkerelektronik bestehen. Zu diesem Steuerventil kann beispielsweise eine Verstärkerkarte gehören, welche die Ansteuerung des Steuer­ ventils und die Lageregelung des Regelkolbens beinhaltet. Damit kann nach dem Null-Abgleich der Gasstufe die Lage des Dichtkörpers vorgegeben werden. Der Betrag der Öffnung der Gasstufe, d. h. des Querschnitts zwischen dem Dichtkör­ per und dem Dichtsitz kann hierbei als analoge Spannung an der Verstärkerkarte vorgegeben werden.

Die Erfindung ermöglicht es darüber hinaus, die dem Steuer­ ventil zugeordnete Verstärkerkarte durch eine aufsteckbare Tochterkarte um die Funktion der Druckregelung zu erweitern. Diese Tochterkarte beinhaltet dann einen Druckregler mit Proportional-Integral-Verhalten sowie die Aufschaltung des differenzierten Druck-Istwerts. Die Lageregelung des Regel­ kolbens bleibt als eigenständige oder unterlagerte Regelung erhalten. Die Schaltung wird in diesem Fall zweckmäßig so ausgelegt, daß das jeweils kleinere Eingangssignal durchge­ schaltet wird. Das bedeutet, daß bei Drücken erheblich unter dem Sollwert die Öffnung der Gasstufe vom Lage-Sollwert bestimmt wird, und daß bei Annäherung an den Druck-Sollwert der Druckregler die Öffnung der Gasstufe verkleinert, bis sie bei erreichtem Sollwert Null wird.

Für den praktischen Einsatz bedeutet dies, daß zum Betrieb der Druckregelung der Lage-Sollwert auf +10 V gesetzt werden muß (oder einen beliebigen Wert zwischen 0 und 10 V, wenn die maximale Öffnung der Gasstufe begrenzt werden soll). Der Druckregler öffnet dann die Gasstufe so weit, daß der als Wert oder Verlauf vorgegebene Sollwert exakt erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die beschriebene Lageregelung des Dichtkörpers der Gasstufe eine überaus gute Wiederholgenauigkeit bei kleiner Hysterese erreicht wird.

Desweiteren ist es in Verbindung mit einem geeigneten Druckaufnehmer möglich, Druckregelungen im geschlossenen Regelkreis zu realisieren, d. h. den Druck einer nachge­ schalteten Vorrichtung in beliebiger Weise kontinuierlich oder stufenweise fallend oder steigend zu regeln.

Das erfindungsgemäße Mehrwegeproportionalventil kann als 2/2-Wegeventil ausgeführt werden. In dieser Ventilausführung ist es möglich, Druck und Menge in einer Richtung zu beein­ flussen. In der Null-Stellung ist der Durchfluß gesperrt. In der Ausgestaltung als 3/3-Wegeventil können Druck und Menge in beide Richtungen beeinflußt werden. D. h. es sind stei­ gende und fallende Druckkurven fahrbar. Hierbei ist sowohl in der Mittelstellung als auch in der Null-Stellung der Durchfluß des Gases gesperrt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 2. Eine solche Patrone ist dabei bevorzugt von einer Stirnseite des Ventilgehäuses aus in Richtung auf die Dichtungsanordnung in eine entspre­ chende Ausnehmung des Ventilgehäuses einsetzbar und festleg­ bar. Die Festlegung erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Ge­ häusedeckels. Da der Dichtsitz Bestandteil der Patrone bil­ det, kann auf diese Weise die Gasstufe problemlos an unter­ schiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden. Enthält die Patrone nur den Dichtsitz und führt sie nur den Dichtkörper, so wird diese Patrone zweckmäßig bei einem 2/2-Wegeventil eingesetzt. Hierbei ist der in Öffnungsrichtung des Dicht­ körpers hinter dem Dichtsitz liegende Bereich an die Druck­ quelle des Gases und der in Öffnungsrichtung des Dichtkör­ pers vor dem Dichtsitz liegende Bereich der Gasstufe an den Verbraucher angeschlossen.

Die Merkmale des Patentanspruchs 3 sind vorteilhaft bei einem 3/3-Wegeproportionalventil anzuwenden. In diesem Fall liegt in der Bereitschaftsposition der Dichtkörper am Dichtsitz. Die Kolbenstange mit dem Dichtzapfen ist so weit zurückgefahren, daß der in Öffnungsrichtung des Dicht­ körpers vor dem Dichtsitz liegende Bereich an einen Gasspei­ cher, beispielsweise an eine Gasflasche, angeschlossen ist.

Fährt nun der Regelkolben unter entsprechender gesteuerter hydraulischer Beaufschlagung in Richtung auf den Dichtkör­ per, so verschließt der Dichtzapfen zunächst die Verbindung des in Öffnungsrichtung des Dichtkörpers vor dem Dichtsitz liegenden Bereich mit dem Gasspeicher. Wenn diese Verbindung dann gerade geschlossen ist, kontaktiert die Kolbenstange den Dichtkörper und verlagert diesen anschließend relativ zum Dichtsitz bei weiterer Hubbewegung des Regelkolbens.

Durch entsprechende Anpassung können gewünschte Überdeckungs­ verhältnisse und Druckverstärkungen problemlos eingestellt werden.

Sowohl in der 2/2- als auch in der 3/3-Wege-Ausführungsform hat das erfindungsgemäße Mehrwegeproportionalventil darüber hinaus den Vorteil, daß es durch eigensicheres Verhalten bei Betriebsstörungen auch einer im Gasspeicher enthaltenen großen potentiellen Energie einwandfrei Rechnung trägt. Dazu ist es notwendig, daß die Gasstufe selbständig schließen kann. Hierzu besitzt das zur hydraulischen Beaufschlagung des Regelkolbens vorgesehene Steuerventil eine sogenannte Fail-safe-Stellung. In dieser Fail-safe-Stellung wird der in Öffnungsrichtung des Dichtkörpers hinter dem Dichtsitz lie­ gende Bereich gesperrt und der vor dem Dichtsitz liegende Bereich mit dem Gasspeicher verbunden. In dieser Stellung, die z. B. bei Kabelunterbrechung, bei Stromausfall sowie bei Unterbrechung der Freigabespannung selbständig eingenommen wird, erfolgt eine Verlagerung des Regelkolbens unter der Wirkung der ihn beeinflussenden Druckfeder sowie des auf die Kolbenstange lastenden Gasdrucks in Richtung Schließposi­ tion. Dadurch wird auch der Dichtkörper unter dem Einfluß der auf ihn einwirkenden Druckfeder an den Dichtsitz ge­ preßt. Die Schließbewegung der Gasstufe wird durch die Ei­ genart des elektrohydraulischen Steuerventils unterstützt, beim Übergang von der Regelstellung zur Fail-safe-Stellung kurzzeitig einen hydraulischen Druck auf die Federseite des Regelkolbens zu steuern. Folglich wird bei der erfin­ dungsgemäßen Anordnung des Steuerventils zum Regelkolben die Schließbewegung unterstützt und es kann nicht zu unbeabsich­ tigten Öffnungshüben kommen.

Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 4 ist in der 3/3-Wege-Ausführungsform des Mehrwegeproportionalventils auch der Dichtzapfen in einer Patrone axial zwangsver­ lagerbar, die den Dichtsitz als integrierten Bestandteil aufweist und den Dichtkörper führt. Auch in diesem Fall kann durch die austauschbare Patrone das 3/3-Wegeproportional­ ventil problemlos an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden.

Um die erforderliche Abdichtung im Bereich der Gasstufe einwandfrei zu gewährleisten, ist gemäß Patentanspruch 5 ein metallischer Dichtring am Dichtzapfen vorgesehen. Dieser Dichtring liegt bevorzugt in einer Nut an dem der Gasstufe zugewendeten Ende des Dichtzapfens. Statt des metallischen Werkstoffs können aber auch Kunststoffe oder keramische Materialien Verwendung finden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Dichtungsanordnung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gesehen. In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, daß die Gestaltung des Dichtungsträgers den unterschiedlichen Druckbeanspruchun­ gen einerseits der Hydraulikstufe und andererseits der Gas­ stufe durch entsprechende Flächen ausreichend Rechnung trägt. Dazu ist der Dichtungsträger mit einem zapfenartigen Fort­ satz in eine Ausnehmung und mit einem mittleren Ringflansch in eine demgegenüber erweiterte Ausnehmung des Ventilgehäu­ ses dicht eingebettet. Die spezifischen Gestaltungen der endseitigen inneren Dichtungen tragen dabei den Anforderungen durch die an der Hydraulikstufe einerseits und an der Gas­ stufe andererseits anstehenden Medien Rechnung.

Auch bei der Ausführungsform des Patentanspruchs 7 ist ein patronenartiger Dichtungsträger vorgesehen. Lediglich die inneren Dichtungsringe weichen in ihrer Ausbildung von den­ jenigen der voraufgehend geschilderten Ausführungsform ab.

Die eindeutige Trennung der gegeneinander abzudichtenden Medien wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 weiter verbessert. Die Querbohrung ist in diesem Fall zweckmäßig in Verlängerung einer das Ventilgehäuse quer durchsetzenden und in die Atmosphäre mündenden Bohrung vorgesehen. Bei den in die Umfangsnuten eingebetteten Dichtringen kann es sich um handelsübliche O-Ringe handeln.

Die Festlegung des Dichtungsträgers gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 erfolgt gemeinsam mit der Lagepositionie­ rung der den Regelkolben führenden Buchse in einer entspre­ chenden Ausnehmung des Ventilgehäuses. Dazu wird ein stirn­ seitiger Gehäusedeckel herangezogen, der zugleich der Befe­ stigung des Weggebers dienen kann.

Entsprechend Patentanspruch 10 besitzt die Buchse einen umfangsseitigen Ringkragen. Neben dem Ringkragen ist die Buchse im Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Aus­ nehmung im Ventilgehäuse vorgesehen. Dadurch kann das hy­ draulische Medium über neben dem Ringkragen liegende Quer­ bohrungen im Ventilgehäuse über das elektrisch beeinflußbare Steuerventil auf die eine oder andere Seite des Regelkolbens gelangen. Die Abdichtung der beiden Druckseiten des Regel­ kolbens erfolgt über einen O-Ring, der in eine Nut des Ven­ tilgehäuses eingebettet ist und am Umfang des Ringkragens anliegt. Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform, bei der der O-Ring in eine Umfangsnut des Ringkragens eingebettet ist. Die Beaufschlagung der dem Weggeber zugewendeten Stirn­ fläche des Regelkolbens erfolgt über Querausnehmungen in der Buchse, während die Beaufschlagung der der Gasstufe zugewen­ deten Flächen des Regelkolbens über Querbohrungen in der Wand der Buchse bewirkt wird.

Schließlich wird ein zweckmäßiges Merkmal der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gesehen. Ein solcher Dichtkörper ist nicht nur einfach ausgebildet und daher leicht herzustellen, sondern er erfüllt auch die notwendigen Voraussetzungen zur problemlosen Einbettung der Druckfeder. Diese ist in der Sackbohrung des Dichtkörpers abgestützt und andererseits in einer Sackbohrung des Gehäusedeckels. Eine derartige Ventilpatrone findet sowohl bei einem 2/2- als auch bei einem 3/3-Wegeproportionalventil Anwendung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in der Seitenansicht, teilweise im vertikalen Längsschnitt ein 2/2-Wegeproportionalventil,

Fig. 2 im vertikalen Längsschnitt einen endseitigen Abschnitt des Mehrwegeproportionalventils der Fig. 1 in der 3/3-Wegebauart,

Fig. 3 im vertikalen Längsschnitt einen patronen­ artigen Dichtungsträger für die Mehrwege­ proportionalventile der Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 ebenfalls im vertikalen Längsschnitt einen patronenartigen Dichtungsträger für die Mehr­ wegeproportionalventile der Fig. 1 und 2 entsprechend einer weiteren Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein 2/2-Wegeproprotionalventil (nachfolgend kurz 2/2-Ventil genannt) zum Regeln und Steuern der Menge und des Drucks eines neutralen Gases bezeichnet. Ein solches 2/2-Ventil 1 kann beispielsweise zwischen einer Stickstoffgasquelle und einer Kunststoffspritzform für den Gasinnendruckprozeß vorgesehen sein.

Das 2/2-Ventil 1 umfaßt ein blockartiges Ventilgehäuse 2 mit zwei endseitigen Gehäusedeckeln 3, 4, die durch Zylinderkopf­ schrauben 5 stirnseitig des Ventilgehäuses 2 lagefixiert sind. Dazu weisen beide Gehäusedeckel 3, 4 kurze axiale Stutzen 6 auf, mit denen sie in an den Durchmesser der Stut­ zen 6 angepaßte Bohrungen 7, 8 im Ventilgehäuse 2 eingrei­ fen. In den Stutzen 6 sind Umfangsnuten 9 vorgesehen, in welche Dichtungsringe 10 als O-Ringe eingebettet sind, wel­ che an den Wandungen der Bohrungen 7, 8 zur Anlage kommen.

An eine Längsseite des Ventilgehäuses 2 ist ein elektrisch beeinflußbares nicht näher dargestelltes Steuerventil 11 lösbar angeflanscht. Mit Hilfe dieses Steuerventils 11 sowie einer mit dem Steuerventil 11 gekoppelten programmierbaren Steuerelektronik kann ein hydraulisches Medium, beispiels­ weise Öl, gezielt zwei Querbohrungen 12, 13 im Ventilgehäuse 2 zugeführt werden.

Die Querbohrungen 12, 13 stehen mit kreisringförmigen Hohl­ räumen 14, 15 in Öl leitender Verbindung. Die Hohlräume 14, 15 werden von der Wandung der Bohrung 7 im Ventilgehäuse 2, von einer in die Bohrung 7 einsetzbaren hohlzylindrischen Buchse 16, einem umfangsseitigen Ringkragen 17 der Buchse 16 sowie von dem Stutzen 6 des Gehäusedeckels 3 begrenzt. Der Ringkragen 17 liegt dabei an der Wandung der Bohrung 7 an. Dem Ringkragen 17 gegenüberliegend ist in der Wandung der Bohrung 7 eine Umfangsnut 18 vorgesehen. In die Umfangsnut 18 ist ein O-Ring 19 eingebettet, der am Umfang des Ring­ kragens 17 dichtend zur Anlage kommt.

Die Buchse 16 wird mit Hilfe des Gehäusedeckels 3 gegen einen Ringkragen 20 eines patronenartigen Dichtungsträgers 21 gedrückt und derart lagefixiert. Der Durchmesser des Ringkragens 20 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung 7 im Ventilgehäuse 2. Er entspricht etwa dem Durch­ messer der Buchse 16 im Bereich neben ihrem Ringkragen 17. Umfangsseitig des Ringkragens 20 ist eine Nut 22 vorgesehen, in die ein O-Ring 23 eingebettet ist, der am Ventilgehäuse 2 dichtend zur Anlage kommt.

Der Dichtungsträger 21 faßt mit einem im Durchmesser kleine­ ren Zapfen 24 in eine im Durchmesser ebenfalls kleinere Bohrung 25 des Ventilgehäuses 2 ein und liegt mit seiner Stirnseite 26 an einem Absatz 27 des Ventilgehäuses 2. Im mittleren Bereich des Dichtzapfens 24 ist eine Umfangsnut 28 vorgesehen. In diese Umfangsnut ist ein O-Ring 29 eingebet­ tet, der an der Wandung der Bohrung 25 dichtend zur Anlage kommt.

Zwischen der Umfangsnut 28 und dem Ringkragen 20 ist umfangs­ seitig des Dichtzapfens 24 eine Ausdrehung 30 in der Bohrung 25 vorgesehen, die über eine Querbohrung 31 mit der Atmo­ sphäre A verbunden ist.

Auf der anderen Seite des Ringkragens 20 besitzt der Dich­ tungsträger 21 einen im Durchmesser verringerten Absatz 32, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Buchse 16 entspricht. Dieser Absatz 32 dient der Anlage einer Schraubendruckfeder 33, welche andererseits an einem Absatz 34 eines in der Buchse 16 gleitend geführten Regelkolbens 35 zur Anlage gelangt. Regelkolben 35 und Dichtungsträger 21 besitzen einander zugewandte Zapfen 36, 37 zur Führung der Schraubendruckfeder 33.

Außerdem ist zu erkennen, daß der mit einem Kolbenführungs­ ring 38 versehene Regelkolben 35 durch eine umfangsseitige Dichtung 39 gegenüber der Buchse 16 abgedichtet ist.

Auf der dem Gehäusedeckel 3 zugewendeten Stirnseite besitzt die Buchse 16 Aussparungen 40, um einen Übertritt des Öls aus der Querbohrung 12 über den Hohlraum 14 auf die Stirn­ fläche 41 des Regelkolbens 35 zu ermöglichen. Querbohrungen 42 in der Buchse 16 ermöglichen einen Übertritt des Öls aus der Querbohrung 13 über den Hohlraum 15 auf die abge­ stuften Stirnflächen 34, 43 des Regelkolbens 35.

Stirnseitig des Gehäusedeckels 3 ist ein Weggeber 44 mit elektrischem Ausgangssignal mittels Schrauben 45 befestigt. Mit dem Weggeber 44 ist eine im Regelkolben 35 axial ver­ stellbar gelagerte Kolbenstange 46 verbunden, die auch den Dichtungsträger 21 dicht axial durchsetzt. Die Kolbenstange 46 tritt stirnseitig des Dichtungsträgers 21 aus und mündet hier in eine im Durchmesser verringerte Bohrung 47 des Ven­ tilgehäuses 2, die über Querbohrungen 46 mit einem Gasver­ braucher V verbunden ist.

Zwischen der Bohrung 47 im Ventilgehäuse 2 und dem Gehäuse­ deckel 4 ist in einer im Durchmesser erweiterten Bohrung 49 eine auswechselbar gelagerte Patrone 50 vorgesehen. Die Lagefixierung der Patrone 50 erfolgt mit Hilfe des Gehäuse­ deckels 4. Die Patrone 50 ist durch einen in eine Umfangsnut 51 eingebetteten O-Ring 52 gegenüber dem Ventilgehäuse 2 abgedichtet. Sie umfaßt einen kegelförmigen Dichtsitz 53, in den ein Dichtkörper 54 mit einem kegelförmigen Längenab­ schnitt 55 eingreift. Der Dichtkörper 54 weist ferner einen zylindrischen Längenabschnitt 56 mit einer Sackbohrung 57 auf. Dieser zylindrische Längenabschnitt 56 ist in der Pa­ trone 50 gleitend zwangsgeführt. In die Sackbohrung 57 faßt eine Schraubendruckfeder 58, die sich andererseits in einer Sackbohrung 59 des Gehäusedeckels 4 abstützt.

Querbohrungen 60 in der Patrone 50 münden in einen umfangs­ seitigen Ringraum 61, der mit einer Druckgasquelle Qu ver­ bunden ist.

Die Fig. 1 zeigt, daß der mittige Dichtungsträger 21 als Bestandteil einer Dichtungsanordnung 62 eine eindeutige Medientrennung einer Hydraulikstufe 63 von einer Gasstufe 64 bewirkt. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Steuerventils 11 und der diesem zugeordneten nicht näher dargestellten Steuer­ elektronik Druck und Menge des unter hohem Druck von z. B. 500 bar stehenden Gases in einer Richtung beeinflußt werden. In der in der Fig. 1 dargestellten Null-Stellung ist die Durchströmung der Gasstufe 64 von der Gasquelle Qu zum Ver­ braucher V gesperrt. Der Längenabschnitt 55 des Dichtkörpers 54 ist auf den Dichtsitz 53 gepreßt. Die Regelung erlaubt eine stufenlose Verstellung der Gasmenge bzw. des Gasdrucks von Null bis zum Maximalwert.

In der Ausführungsform der Fig. 2 eines 3/3-Wegeproportio­ nalventils 1′ (nachfolgend kurz 3/3-Ventil genannt), die weitgehend derjenigen der Fig. 1 entspricht, ist die Gas­ stufe 64′ als 3/3-Wegebauart gestaltet. Zu diesem Zweck ist die Patrone 50′ verlängert und dient in ihrem verlänger­ ten Bereich 65 der Zwangsführung eines Dichtzapfens 66. Der Dichtzapfen 66 bildet Bestandteil der Kolbenstange 46′. Endseitig des Dichtzapfens 66 ist ein metallischer Dichtring 67 in einer Umfangsnut 68 gelagert.

Des weiteren ist zu erkennen, daß in der Patrone 50′ Quer­ bohrungen 69, 70 zum Anschluß an den Verbraucher V sowie zum Anschluß an einen Gasspeicher Sp vorgesehen sind. Die Quer­ bohrungen 69, 70 stehen mit Bohrungen 71, 72 im Ventilgehäu­ se 2′ in Verbindung. O-Ringe 73 in Umfangsnuten 74 der Pa­ trone 50′ dichten gegen das Ventilgehäuse 2′ ab.

Ist das 3/3-Ventil 1′ der Fig. 2 unbetätigt, so besteht eine Verbindung 75 vom Verbraucher V über die Patrone 50′ zum Gasspeicher Sp. Der Dichtkörper 54 faßt unter dem Ein­ fluß der Schraubendruckfeder 58 in den Dichtsitz 53. Dadurch ist die Verbindung zwischen der Gasquelle Qu und dem Ver­ braucher V gesperrt.

Fährt nunmehr die Kolbenstange 46′ und damit auch der Dicht­ zapfen 66 geregelt nach rechts in Richtung auf den Dichtkör­ per 54, so verschließt der Dichtzapfen 66 zunächst die Ver­ bindung 75 zwischen dem Verbraucher V und dem Gasspeicher Sp. Wenn diese Verbindung 75 gerade geschlossen ist, legt sich die Stirnseite 76 der Kolbenstange 46′ an die Stirn­ seite 77 des Dichtkörpers 54 und hebt diesen bei weiterer Hubbewegung vom Dichtsitz 53 ab. Dadurch wird eine Verbin­ dung zwischen der Gasquelle Qu und dem Verbraucher V herge­ stellt. Durch entsprechende Anpassungen der Steuerelektronik sowie Ausgestaltung der Gasstufe 64′ können gewünschte Über­ deckungsverhältnisse und Druckverstärkungen eingestellt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines zwischen der Hydraulikstufe 63 und der Gasstufe 64, 64′ eingegliederten patronenartigen Dichtungsträgers 21′, bei welchem die von der Kolbenstange 46, 46′ durchsetzte Längsbohrung 78 an dem der Hydraulikstufe 63 zugewandten Ende mit einem aus Polytetrafluorethylen bestehenden Dichtkantenring 79 verse­ hen ist. An dem der Gasstufe 64, 64′ zugewandten Ende ist die Längsbohrung 78 mit einem Glydring 80 aus Polytetrafluor­ ethylen oder Grafit versehen. Beide Ringe 79, 80 sind mit Hilfe von Haltescheiben 81 und Spannringen 82 in dem Dich­ tungsträger 21′ festgelegt.

Bei der Ausführungsform eines Dichtungsträgers 21′′ der Fig. 4 ist das der Hydraulikstufe 63 zugewandte Ende der von der Kolbenstange 46, 46′ mediendicht durchsetzten Längsboh­ rung 78 mit einem Nutring 83 aus Polyurethan ausgerüstet. Das der Gasstufe 64, 64′ zugewandte Ende der Längsbohrung 78 ist hingegen mit einem druckringgestützten Gassonderring 84 versehen. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Dicht­ ringe 83, 84 mit Hilfe von Haltescheiben 81 und Spannringen 82 in dem Dichtungsträger 21′′ festgelegt.

Sowohl die Fig. 3 als auch die Fig. 4 lassen erkennen, daß die Längsbohrung 78 im Dichtungsträger 21′, 21′′ über eine zwischen den endseitigen Dichtringen 79, 80, 83, 84 mündende Querbohrung 85 an die Atmosphäre A angeschlossen ist. Die Querbohrung 85 befindet sich etwa im Bereich zwischen den Umfangsnuten 28 für die O-Ringe 29.

Claims (11)

1. Mehrwegeproportionalventil zum Regeln und Steuern der Menge und des Drucks eines neutralen Gases, das einen gegen die Rückstellkraft einer ersten Druckfeder (33) verlagerbaren Re­ gelkolben (35) und einen über den Regelkolben (35) von sei­ nem Dichtsitz (53) gegen die Rückstellkraft einer zweiten Druckfeder (58) abhebbaren Dichtkörper (54) aufweist, wobei der in Öffnungsrichtung des Dichtkörpers (54) hinter dem Dichtsitz (53) liegende Bereich (60) an die Druckquelle (Qu) und der vor dem Dichtsitz (53) liegende Bereich (48, 69) an den Verbraucher (V) des Gases anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der hinsichtlich seiner Position durch einen Weggeber (44) mit elektrischem Ausgangs­ signal überwachte Regelkolben (35) über ein elektrisch be­ einflußbares Steuerventil (11) beidseitig hydraulisch beauf­ schlagbar ist und Bestandteil einer Hydraulikstufe (63) bildet, die durch eine in das Ventilgehäuse (2, 2′) einge­ bettete Dichtungsanordnung (62) von einer den kegelförmig ausgebildeten Dichtkörper (54) sowie den daran angepaßten kegelförmigen Dichtsitz (53) umfassenden Gasstufe (63, 63′) mediendicht getrennt ist, und daß eine im Regelkolben (35) axial einstellbar gelagerte, mit dem Weggeber (44) gekoppel­ te und die Dichtungsanordnung (62) gas- sowie flüssigkeits­ dicht durchsetzende Kolbenstange (46, 46′) mit dem Dichtkör­ per (54) in Berührungskontakt bringbar ist.

2. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtsitz (53) Be­ standteil einer auch den Dichtkörper (54) axial führenden, in einer Ausnehmung (49) des Ventilgehäuses (2) austausch­ bar gelagerten Patrone (50) bildet.

3. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der in Öff­ nungsrichtung des Dichtkörpers (54) vor dem Dichtsitz (53) liegende Bereich (69) der Gasstufe (63′) sowohl an den Ver­ braucher (V) als auch an einen Gasspeicher (Sp) anschließbar ist, wobei der dichtkörperseitige Längenabschnitt der Kol­ benstange (46′) einen Dichtzapfen (66) zur Unterbrechung der Verbindung (75) zwischen dem Verbraucher (V) und dem Gas­ speicher (Sp) der Gasstufe (63′) aufweist.

4. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtzapfen (66) in der/einer den Dichtkörper (54) führenden und mit dem Dichtsitz (53) versehenen Patrone (50′) axial zwangsverlagerbar ist.

5. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dicht­ zapfen (66) einen metallischen Dichtring (67) trägt.

6. Mehrwegeproportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (62) einen patronenartigen Dichtungsträ­ ger (21′) mit einer von der Kolbenstange (46, 46′) medien­ dicht durchsetzten Längsbohrung (78) aufweist, deren der Hydraulikstufe (63) zugewandtes Ende mit einem aus Polytetra­ fluorethylen bestehenden Dichtkantenring (79) und deren der Gasstufe (64, 64′) zugewandtes Ende mit einem Glydring (80) aus Polytetrafluorethylen oder Grafit versehen sind.

7. Mehrwegeproportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (62) einen patronenartigen Dichtungsträ­ ger (21′′) mit einer von der Kolbenstange (46, 46′) medien­ dicht durchsetzten Längsbohrung (78) aufweist, deren der Hydraulikstufe (63) zugewandtes Ende mit einem Nutring (83) aus Polyurethan und deren der Gasstufe (64, 64′) zugewandtes Ende mit einem druckringgestützten Gassonderring (84) ver­ sehen sind.

8. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Längsboh­ rung (78) im Dichtungsträger (21, 21′, 21′′) über eine zwi­ schen den endseitigen Dichtringen (79, 80; 83, 84) mündende Querbohrung (85) an die Atmosphäre (A) angeschlossen und die Abschnitte des Dichtungsträgers (21, 21′, 21′′) neben der Querbohrung (85) mit in äußeren Umfangsnuten (22, 28) einge­ betteten Dichtringen (23, 29) ausgerüstet sind.

9. Mehrwegeproportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (62) mittels einer den Regelkolben (35) führenden Buchse (16) in einer Stufenbohrung (7, 25) des Ventilgehäuses (2, 2′) festlegbar ist.

10. Mehrwegeproportionalventil nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Buchse (16) einen gegen das Ventilgehäuse (2, 2′) abgedichteten umfangsseitigen Ringkragen (17) aufweist.

11. Mehrwegeproportionalventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (54) einen zylindrischen Führungsabschnitt (56) mit einer Sackbohrung (57) aufweist, in welche die sich an einem Gehäusedeckel (4) abstützende zweite Druckfeder (58) ein­ greift.