DE19524652A1 - Elektrisch ansteuerbares Proportional-Druckventil - Google Patents
Elektrisch ansteuerbares Proportional-DruckventilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch ansteuerbares
Proportional-Druckventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Bestandteil einer Einrichtung zur Einstellung des
Spanndruckes von Spannfuttern von Drehmaschinen ist ein
derartiges, als Vorsteuerventil für ein mit der Bezeichnung
(Z) DRES-6/1X versehenes vorgesteuertes Druckreduzierventil
dienendes Proportional-Druckventil von der Mannesmann Rexroth
GmbH, Lohr am Main, an Kunden geliefert worden. Das Vorsteuer
ventil ist als Einschraubventil ausgebildet. Ein Ventilkörper
mit kegelförmigem Schließteil wird von einer Druckfeder gegen
einen Ventilsitz gedrückt. Übersteigt der auf den Ventilkörper
wirkende Druck des Druckmediums die von der entgegengesetzten
Seite auf den Ventilkörper wirkende Kraft der Druckfeder, öffnet
das Ventil so weit, bis sich ein Gleichgewicht zwischen den von
dem Druckmedium und der Druckfeder auf den Ventilkörper einwir
kenden Kräften einstellt. Durch Veränderung der mechanischen
Vorspannung der Druckfeder ist der Begrenzungsdruck einstellbar.
In Verlängerung der Achse von Ventilkörper und Druckfeder ist
die Abtriebswelle eines Schrittmotors angeordnet, die als mit
einem Außengewinde versehene Spindel ausgestaltet ist. Auf der
Spindel ist eine Mutter angeordnet. Die Mutter ist verdreh
gesichert in dem Gehäuse des Druckventils gehalten. Sie führt
bei einer Drehbewegung der Spindel eine Längsbewegung in axialer
Richtung aus. Das der Druckfeder zugewandte Ende der Mutter
dient als Federteller für die Druckfeder. Die Mutter verschiebt
sich entsprechend der Beaufschlagung des Schrittmotors mit
Steuerimpulsen in axialer Richtung. Um den gesamten Verstellweg
der Mutter zu durchfahren, sind mehrere Umdrehungen der
Abtriebswelle des Schrittmotors erforderlich. Im Gegensatz zu
Druckventilen, bei denen die Einstellung der Kraft der
Druckfeder durch eine entsprechende Auslenkung des Ankers eines
Magneten erfolgt, ist bei der Einstellung der Kraft der
Druckfeder mit einem Schrittmotor der Zusammenhang zwischen dem
elektrischen Ansteuersignal und dem Begrenzungsdruck praktisch
hysteresefrei. Aufgrund der Hemmung zwischen Spindel und Mutter
bleibt ein eingestellter Begrenzungsdruck auch bei einem Ausfall
der elektrischen Ansteuerung (z. B. aufgrund eines Kabelbruchs
oder eines Kurzschlusses von Leitungen zwischen Ansteuer-
Elektronik und Schrittmotor oder bei einem Ausfall der
Versorgungsspannung) erhalten. Die axiale Lage der Mutter und
damit die Höhe des Begrenzungsdrucks wird indirekt über die
Anzahl und die Richtung der dem Schrittmotor zugeführten
Ansteuerimpulse ermittelt. Da zwischen den dem Schrittmotor
zugeführten Ansteuerimpulsen und der axialen Lage der Mutter
kein starrer Zusammenhang besteht, können jedoch einzelne
Ansteuerimpulse verloren gehen, wenn sie z. B. wegen einer
vorübergehenden Schwergängigkeit der Mutter nicht in eine
entsprechende Drehbewegung der Antriebswelle umgesetzt werden.
Um die Mutter wieder in eine definierte axiale Lage zu bringen,
wird der Schrittmotor so lange mit Ansteuerimpulsen beauf
schlagt, bis die Mutter mit Sicherheit an einem gehäusefesten
Anschlag anliegt. Danach wird der Zähler für die Ansteuerimpulse
in die Grundstellung zurückgesetzt. Dieser Synchronisiervorgang
erfolgt bei jedem Einschaltvorgang, nach einem Ausfall der
Versorgungsspannung und optional zusätzlich, wenn der zu
Überwachungszwecken gemessene Ventilausgangsdruck außerhalb des
gewählten Überwachungsfensters liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Druckventil
der eingangs genannten Art der Ansteuer-Elektronik ein dem
Ausgangsdruck des Druckventils entsprechendes elektrisches
Signal zuzuführen, ohne daß Synchronisierungsvorgänge
erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1
gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zwischen der axialen Lage der
Mutter und dem Ausgangsdruck des Druckventils besteht über die
auf den Ventilkörper wirkende Kraft der zwischen Mutter und
Ventilkörper angeordneten Druckfeder ein fester Zusammenhang.
Bei dem aus der axialen Lage der Mutter abgeleiteten Signal
handelt es sich um ein innerhalb des Druckventils abgreifbares
Signal. Bei einem vorgesteuerten Ventil wird das dem
Ausgangsdruck entsprechende Signal bereits innerhalb des
Vorsteuerventils abgegriffen. Über eine Regelung der axialen
Lage der Mutter ist eine schnelle Einstellung des gewünschten
Ausgangsdruckes des Druckventils möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Druckventils nach Anspruch 1
sind in den Ansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet. Die Verwendung
induktiver Weggeber erlaubt eine berührungslose Wegerfassung.
Die Ausgestaltung des Weggebers als Differentialtransformator
erlaubt es, die Spulen gehäusefest anzuordnen und das
Koppelelement, das keine elektrischen Anschlüsse benötigt, in
die Mutter zu integrieren oder an ihr zu befestigen. Die
Ausgestaltung der Antriebswelle des Schrittmotors als Hohlwelle
erlaubt es, einen Stift an der Mutter zu befestigen und diesen
durch die Hohlwelle hindurch mit einem an dem Gehäuse des
Druckventils gehaltenen externen Weggeber zu verbinden. Ist der
externe Weggeber ein Differentialtransformator, kann das freie
Ende des mit der Mutter verbundenen Stiftes gleichzeitig als
Koppelelement für die Spulen des Differentialtransformators
dienen. Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren
Einzelheiten anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Proportional-Druckventils,
Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößerter
Darstellung,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Proportional-Druckventils,
Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 3 in vergrößerter
Darstellung und
Fig. 5 eine andere Ausgestaltung der in der Fig. 4
dargestellten Einzelheit.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungs
beispiel eines Proportional-Druckventils gemäß der Erfindung;
die Fig. 2 zeigt die Einzelheit X in vergrößerter Darstellung.
Das mit dem Bezugszeichen 1 versehene Prortional-Druckventil ist
als Vorsteuerventil für ein vorgesteuertes Druckreduzierventil
ausgebildet. Das Proportional-Druckventil 1 weist einen Ventil
körper 2 mit einem Ventilkegel 2a und einer Führungsscheibe 2b
auf. Die Führungsscheibe 2b ist als Federteller für zwei
Druckfedern 3 und 4 ausgebildet. Die Druckfeder 3 ist zwischen
der Führungsscheibe 2b und einem Ventilsitz 5 angeordnet. Die
Druckfeder 4 ist zwischen der Führungsscheibe 2b und einer
verdrehgesicherten Mutter 6 angeordnet. Die Kraft der Druckfeder
4 ist größer als diejenige der Druckfeder 3. Der Ventilkegel 2a
wird daher im drucklosen Zustand von der Druckfeder 4 gegen den
Ventilsitz 5 gedrückt. Übersteigt die Summe aus der von dem
Druck des Druckmediums in einer Bohrung 7 auf den Ventilkegel 2a
ausgeübten Kraft und der Kraft der Druckfeder 3 die Kraft der
Druckfeder 4, hebt der Ventilkegel 2a von dem Ventilsitz 5 ab,
das Ventil öffnet sich und es fließt Druckmedium über einen
Druckraum 8 und eine weitere Bohrung 9 ab. Dabei verringert sich
der Druck des Druckmediums in der Bohrung 7 so weit, bis die
Summe aus der von dem Druck des Druckmediums in der Bohrung 7
auf den Ventilkegel 2a ausgeübten Kraft und der Kraft der
Druckfeder 3 gleich der Kraft der Druckfeder 4 ist. Die Kraft
der Druckfeder 4 hängt von der axialen Lage der verdreh
gesicherten Mutter 6 ab. Die Verstellung der Lage der verdreh
gesicherten Mutter 6 erfolgt durch einen in der Figur I
schematisch dargestellten Schrittmotor 10. Der Schrittmotor 10
weist einen Stator 11, einen Rotor 12 sowie eine mit dem Rotor
12 verbundene Abtriebswelle 13 auf. Die Abtriebswelle 13 ist in
zwei Lagern 14 und 15 gelagert. Das freie Ende der Abtriebswelle
13 ist als Spindel ausgebildet und mit einem Außengewinde 16
versehen, das in das Innengewinde der verdrehgesicherten Mutter
6 eingreift. Die Mutter 6 ist mit einem in Längsrichtung
verlaufenden Schlitz 17 versehen. In den Schlitz 17 greift ein
Stift 18 ein. Der Stift 18 ist in eine Bohrung des Gehäuses 19
der Motorbaugruppe gepreßt und sichert die Mutter 6 gegen
Verdrehung. Eine in die Mutter 6 geschraubte Madenschraube 20
begrenzt den Verstellweg der Mutter 6 bei Entlastung der
Druckfeder 4. In der anderen Richtung wird der Verstellweg der
Mutter 6 durch den Stift 18 und den Schlitz 17 begrenzt. Bei
einer Ansteuerung des Schrittmotors 10 mit Ansteuerimpulsen
dreht sich die Abtriebswelle 13 schrittweise. Die Steigung des
Gewindes 16 ist so ausgelegt, daß dem vollen Hub der Mutter 6
mehrere Umdrehungen der Abtriebswelle 13 entsprechen. Auf diese
Weise ist eine feinfühlige Verstellung der Mutter 6 in axialer
Richtung und damit auch eine feinfühlige Einstellung des
Ausgangsdrucks des Proportional-Druckventils 1 möglich. Ein Ring
21 aus magnetisierbarem Material, wie z. B. Eisen, und drei
Spulen 22, 23 und 24 bilden einen induktiven Weggeber in der Art
eines Differentialtransformators. Die in der Fig. 1 nicht
dargestellten Anschlußleitungen der Spulen 22 bis 24 sind durch
das Gehäuse 19 der Motorbaugruppe nach außen geführt. Der Ring
21 ist in eine kreisringförmige Aussparung der Mutter 6 gepreßt.
Die Mutter 6 besteht aus einem nicht magnetischen Material, wie
z. B. Messing. Die Spulen 22 bis 24 sind nebeneinander in dem
Gehäuse 19 angeordnet und umschließen die Mutter 6. Die mittlere
Spule 23 dient als Primärwicklung, die beiden äußeren Spulen 22
und 24 dienen als Sekundärwicklungen des Differentialtransfor
mators. Der Ring 21 beeinflußt die magnetische Kopplung zwischen
Primärwicklung und Sekundärwicklungen. Die an den Sekundär
wicklungen abgegriffenen Spannungen sind damit ein Maß für die
axiale Lage der Mutter 6. Sollten, z. B. aufgrund einer
vorübergehenden Schwergängigkeit der Mutter 6, einzelne
Ansteuerimpulse nicht in eine entsprechende Drehbewegung der
Antriebswelle 13 umgesetzt werden, beeinträchtigt dies nicht die
Einstellung des gewünschten Ausgangsdrucks des Proportional-
Druckventils 1. Ein Vergleicher in der Ahsteuer-Elektronik
erkennt die Abweichung des Istwertes der axialen Lage der Mutter
6 von dem Sollwert und führt dem Schrittmotor 10 so lange
Ansteuerimpulse zu, bis die Schwergängigkeit überwunden ist und
die Mutter 6 den Sollwert erreicht hat.
Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines Proportional-Druckventils gemäß der
Erfindung; die Fig. 4 zeigt die Einzelheit Y in vergrößerter
Darstellung. Soweit Teile der Fig. 3 und 4 mit Teilen der
Fig. 1 und 2 übereinstimmen, sind sie mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. In diesem Ausführungsbeispiel dient ein
an dem Gehäuse 19 der Motorbaugruppe gehaltener Differential
transformator 25 als externer Weggeber. Die verdrehgesicherte
Mutter ist mit dem Bezugszeichen 6′ und der Schrittmotor ist mit
dem Bezugszeichen 10′ versehen. Die Abtriebswelle des
Schrittmotors 10′ ist als Hohlwelle 26 ausgebildet und im
Bereich der verdrehgesicherten Mutter 6′ mit einem Außengewinde
16 versehen. Eine Drehbewegung des Rotors 12 des Schrittmotors
10′ wird in eine entsprechende Längsbewegung der Mutter 6′ in
axialer Richtung umgesetzt. Ein Stift 27, der durch die
Hohlwelle 26 geführt ist, dient als Wegaufnehmer des
Differentialtransformators 25. Der Stift 27 ist an seinem linken
Ende als Innensechskantschraube 27a ausgebildet und in eine mit
einem Innengewinde versehene Längsbohrung der Mutter 6′
geschraubt. Das rechte Ende des Stiftes 27 ist als Koppelelement
27b für die Spulen 28, 29 und 30 des Differentialtransformators
25 ausgebildet. Der als Koppelelement 27b dienende Teil des
Stiftes 27 besteht aus magnetisierbarem Material, z. B. Eisen,
während die restlichen Teile des Stiftes 27 aus nicht
magnetisierbarem Material, wie z. B. Aluminium oder Messing,
bestehen. Der als Innensechskantschraube 27a ausgebildete Teil
des Stiftes 27 erlaubt bei der Montage eine Justierung des
Koppelelementes 27b bezüglich der Spulen 28 bis 30 des
Differentialtransformators 25. Der Stift 27 überträgt die
Längsbewegung der Mutter 6′ in den Differentialtransformator 25.
Die Fig. 5 zeigt in einer der Fig. 4 entsprechenden
Darstellung eine andere Ausgestaltung der Verbindung zwischen
dem mit dem Bezugszeichen 27′ versehenen Stift und der mit dem
Bezugszeichen 6′′ versehenen verdrehgesicherten Mutter. Der Stift
27′ ist an seinem linken Ende mit einem Außengewinde 27a′
versehen, dessen Durchmesser gleich demjenigen des übrigen
Stiftes 27′ ist. Der Stift 27′ ist in eine mit einem
entsprechenden Innengewinde versehene Längsbohrung der Mutter 6′′
geschraubt. Der Stift 27′ überträgt die Längsbewegung der Mutter
6′′in den Differentialtransformator 25.
Claims (9)
1. Elektrisch ansteuerbares Proportional-Druckventil mit
einer mit dem Rotor eines Schrittmotors verbundenen Abtriebs
welle in Form einer mit einem Außengewinde versehenen Spindel,
auf der eine verdrehgesicherte Mutter angeordnet ist, die die
Drehbewegung der Abtriebswelle in eine der Drehbewegung
proportionale Längsbewegung umformt, wobei die axiale Lage der
verdrehgesicherten Mutter ein Maß für den Ausgangsdruck des
Proportional-Druckventils ist, insbesondere Vorsteuerventil für
ein vorgesteuertes Druckreduzierventil, dadurch gekennzeichnet,
daß die verdrehgesicherte Mutter (6) mit einem Weggeber (21 bis
24; 25) verbunden ist, der die axiale Lage der verdreh
gesicherten Mutter (6; 6′; 6′′) in ein elektrisches Ausgangs
signal umformt.
2. Proportional-Druckventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß im Verstellbereich der verdrehgesicherten
Mutter (6) mindestens zwei elektrische Spulen in axialer
Richtung nebeneinander angeordnet sind, die die verdreh
gesicherte Mutter (6) umschließen, und daß die verdrehgesicherte
Mutter (6) mit einem Koppelelement (21) versehen ist, dessen
axiale Lage die magnetische Kopplung zwischen den Spulen
beeinflußt.
3. Proportional-Druckventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß im Verstellbereich der verdrehgesicherten
Mutter (6) drei Spulen (22, 23, 24) angeordnet sind, von denen
die mittlere Spule (23) als Primärwicklung und die beiden
äußeren Spulen (22 bzw. 24) als Sekundärwicklung eines
Differentialtransformators dienen.
4. Proportional-Druckventil nach Anspruch 2 oder
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement ein
aus magnetisierbarem Material bestehender Ring (21) ist und die
verdrehgesicherte Mutter (6) aus nicht magnetisierbarem Material
besteht.
5. Proportional-Druckventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des Schrittmotors (10′)
als Hohlwelle (26) ausgebildet ist und daß ein Stift (27; 27′)
in axialer Richtung durch die Hohlwelle (26) geführt ist, dessen
eines Ende (27a; 27a′) an der verdrehgesicherten Mutter (6′; 6′′)
gehalten ist und dessen anderes Ende außerhalb des Schrittmotors
(10′) mit dem Wegaufnehmer eines externen Weggebers (25)
verbunden ist.
6. Proportional-Druckventil nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der externe Weggeber ein Differential
transformator (25) ist.
7. Proportional-Druckventil nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stift (27; 27′) als Wegaufnehmer des
Differentialtransformators (25) dient.
8. Proportional-Druckventil nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das andere Ende des Stiftes (27b) als
Koppelelement für die Spulen (28, 29, 30) des Differential
transformators (25) ausgebildet ist.
9. Proportional-Druckventil nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der als Koppelelement (27b) dienende Teil
des Stiftes (27; 27′) aus magnetisierbarem Material besteht und
daß die restlichen Teile des Stiftes (27; 27′) aus nicht
magnetisierbarem Material bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995124652 DE19524652A1 (de) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Elektrisch ansteuerbares Proportional-Druckventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995124652 DE19524652A1 (de) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Elektrisch ansteuerbares Proportional-Druckventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19524652A1 true DE19524652A1 (de) | 1997-01-09 |
Family
ID=7766179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995124652 Withdrawn DE19524652A1 (de) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Elektrisch ansteuerbares Proportional-Druckventil |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANNESMANN REXROTH AG, 97816 LOHR, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |