DE3123513C2 - Hydraulisches Steuerventil mit pneumatischem Stellantrieb für Warenbahn-Führungsvorrichtungen - Google Patents

Abstract

Das hydraulische Steuerventil (1) mit pneumatischem Stellantrieb (2) für Warenbahn-Führungsvorrichtungen dient zur automatischen Korrektur von Abweichungen einer laufenden Warenbahn von der Sollage. Eine Stellmembran (5) unterteilt den Raum zwischen zwei Kammerwänden (6.1, 6.2) in zwei Membrankammern (7.1, 7.2). Auf der von der Stellmembran (5) abgewandten Seite einer der Kammerwände (6.1) befindet sich eine Ventilkammer (9) mit einem darin verstellbaren Ventilkörper (10), der über eine Stellstange (16) an die Stellmembran (5) angeschlossen ist. In beiden Membrankammern (7.1, 7.2) befindet sich je ein einerseits an der Stellmembran (5) und andererseits an der Kammerwand (6.1 bzw. 6.2) abgestütztes Federglied (21, 22). Zumindest das in der ventilseitigen Membrankammer (7.1) befindliche Federglied (21) ist als hülsenförmiger Federkörper aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildet, der die Stellstange (16) mit freiem Abstand umgibt und durch dichtschließende Anlage sowohl an der Kammerwand (6.1) wie an der Stellmembran (5) die ventilseitige Membrankammer (7.1) gegen die Ventilkammer (9) abdichtet. Querverschiebungen der Warenbahn erzeugen die Stellmembran (5) steuernde Druckänderungen. Das Steuerventil (1) steuert einen die Rückführung der Warenbahn in die Sollage bewirkenden Servomotor.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil

ίο mit pneumatischem Stellantrieb für Warenbahn-Führungsvorrichtungen zur automatischen Korrektur von Abweichungen einer laufenden Warenbahn von der Sollage, mit einer Stellmembran, die den Raum zwischen zwei Kammerwänden in zwei Membrankammern unterteilt, einer Ventilkammer auf der von der Stellmembran abgewandten Seite einer der Kammerwände, einem in der Ventilkammer verstellbaren Ventilkörper, der über eine Stellstange, die eine Öffnung in der Kammerwand und die ventilseitige Membrankammer durchsetzt, an die Stellmembran angeschlossen ist, und mit einem einerseits an der SteHmembran, andererseits an der Kammerwand abgestützten Federglied in einer der Membrankammern, wobei Querverschiebungen der Warenbahn Druckänderungen in der dem Federglied gegenüber liegenden Membrankammer erzeugen und das Steuerventil einen die Rückführung der Warenbahn in die Sollage bewirkenden Servomotor steuert.

Bei einem aus der DE-PS 15 74 638 bekannten Steuerventil dieser Art ist die ventilseitige Membrankammer mit den Druckänderungen beaufschlagt, wozu die dieser Membrankammer über ein Drosselventil zugeführte Luft einen die Warenbahn im Bereich ihres Randes abtastenden Luftstrahl speist, der in der Membrankammer in Abhängigkeit von der Lage des Bahnrandes sich ändernde Staudrucke erzeugt. Die für den Durchgang der Stelistange in der Kammerwand vorgesehene Öffnung ist zwischen der Kammerwand und der Stellstange durch einen die Stellstange umschließenden und mit dieser fest verbundenen, mit seinem AuT'E-nmantel der Ventilkammer gleitend anliegenden Dichtring abgedichtet, damit Verschmutzungen der den Luftstrahl aus der Membrankammer speisenden Luft durch Hydraulikflüssigkeit aus der Ventilkammer möglichst gering bleiben. Die Dichtwirkung des Dichtringes läßt aber zu wünsehen, da die von ihm auf die Stellstange notwendigerweise ausgeübte Gleitreibung gering bleiben muß, damit die Stellbewegungen der Stellstange nicht behindert und die erforderlichen, von der Stellmembran zu erzeugenden Stellkräfte nicht zu groß werden.

Ein weiterer Aufbau eines hydraulischen Steuerventils mit pneumatischem Stellantrieb ist aus der US-PS 3? 44 340 bekannt, der sich lediglich darin unterscheidet, daß einerseits beide Membrankammern mit Druck beaufschlagt werden und somit die Membran durch die Druckdifferenz gesteuert wird und daß andererseits der Dichtring feststehend zwischen Steuerventil und Stellantrieb angeordnet ist. Die Verschmutzung der Steuerluft durch Hydraulikflüssigkeit soll bei dieser Vorrichtung vermieden werden.

bo Im Ergebnis läßt sich in beiden Anordnungen ein Übertritt von Hydraulikflüssigkeit in die Membrankammer nicht vollständig vermeiden, soll die Gleitreibung nicht zu groß werden. Auch muß das Steuerventil in Schwerkraftrichtung unterhalb der Membrankammer

b5 liegen. Eine Überkopfmontage mit oben liegendem Steuerventil und darunter befindlichem pneumatischem Stellantrieb ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß das als

Schraubenfeder aus Stahl ausgebildete Federglied, das im Sinne einer Rückstellkraft auf die Stellmembran arbeitet, nur gering vorgespannt werden kann, weil die Stellmembran der Federvorspannung auch dann das Gleichgewicht muß halten können, wenn sich die Anlage außer Betrieb befindet und daher die dem Federglied gegenüberliegende Membrankammer drucklos ist. Insbesondere ist keine Vorspannung des Federgliedes über den der Nullage der Stellmembran und des Ventilkörpers entsprechenden Arbeitsdruck in der Membrankammer hinaus und auch keine Einstellung des Arbeitspunktes des Federgliedes auf seiner Federkennlinie möglich, insbesondere nicht während des Betriebes.

Um die erwähnte Verschmutzung der den Luftstrahl aus der Membrankammer speisenden Luft durch Hydraulikflüssigkeit aus der Ventilkammer auszuschließen, ist es in der Praxis bekannt, den Luftstrahl aus der vom Steuerventil abgewandten oberen Membrankammer zu speisen und die Stellmembran durch die somit in dieser Membrankammer entstehenden Druckänderungen zu betätigen, denn diese Membrankammer ist durch die Stellmembran selbst zur ventilseitigen unteren Membrankammer und damit auch zur Ventilkammer hin abgedichtet. Jedoch ist auch in diesem Fall keine Überkopfmontage des Steuerventil möglich, denn die Hydraulikflüssigkeit würde wiederum in die ventilseitige Membrankammer gelangen und dann aus ihr nach außen austreten können, weil diese Membrankammer zur freien Atmosphäre hin belüftet sein muß. Außerdem ist nach wie vor keine nennenswerte Vorspannung des Federgliedes möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Steuerventil der eingangs genannten Art die pneumatische Betätigungsvorrichtung so auszubilden, daß jede Verschmutzungsgefahr für die ventilseitige Membrankammer durch Hydraulikflüssigkeit aus der Ventilkammer ausgeschlossen wird und somit jede der beiden Membrankammern wahlweise als Druckkammer zur Speisung des den Bahnrand abtastenden Luftstrahles verwendet werden kann, wobei die Bewegungen der Stellstange nicht durch Gleitreibung beeinträchtigt werden dürfen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in der dem Federglied gegenüber liegenden Membrankammer ebenfalls ein einerseits an der Stellmembran und andererseits an der Kammerwand abgestütztes Federglied vorgesehen ist, daß beide Federglieder über die zwischen ihnen liegenden Stellmembran gegeneinander vorgespannt sind, und daß zumindest das in der ventilseitigen Membrankammer befindliche Federglied als hülsenförmiger Federkörper aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildet ist, der die Stellstange mit freiem Abstand umgibt und durch dichtschließende Anlage sowohl an der Kammerwand wie an der Stellmembran die ventüseitige Membrankammer gegen die Ventilkammer abdichtet.

Diese Abdichtung der ventilseitigen Membrankammer durch den hülsenförmigen Federkörper übt keinerlei Gleitreibung auf die Stellmembran oder die Stellstange aus und ersetzt den sonst zwischen der ventilseitigen Kammerwand und der Stellstange erforderlichen Dichtring, der somit entfallen kann, da aus der Ventilkammer in den Innenraum des hülsenförmigen Federkörpers gelangende Hydraulikflüssigkeit nicht stört. Dadurch können die beiden Membrankammern wahlweise einzeln oder gemeinsam mit Steuerluftdruck beaufschlagt werden, wobei im letzteren Fall der Differenzdruck aus beiden Membrankammern die Stellinembran steuert. Auch ist eine Überkopfanordnung des erfindungsgemäßen Steuerventils mit darunter liegendem pneumatischen Stellantrieb möglich. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die beiden Federglieder gegeneinander beliebig vorgespannt werden können, weil sich die Federkörper gegeneinander abstützen und die zwischen ihnen liegende Stellmembran durch die Vorspannung unbelastet bleibt. Schließlich ist es durch geeignete Auswahl des Werkstoffes für den hülsenförmigen Federkörper, also der Art des Elastomers selbst und/oder seiner Struktur, etwa massiver oder geschlossenzelliger Kunststoff, leicht möglich, die schwingungsmechanischen Eigenschaften des Ventilsystems nach Wunsch zu beeinflussen, beispielsweise durch entsprechende innere Dämpfung des Hülsenwerkstoffes eine hohe äußere Dämpfung des Regelsystems zu verwirklichen, um trotz hoher Kreisverstärkung des Regelkreises und entsprechend geringer Regelabweichung, also hoher Regelgenauigkeit, ein Aufschwingen des Regelkreises verhindern zu können.

Eine bevorzugte Ausführungsfonr ^:er Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auch das -weite Federglied als hülsenförmiger Federkörper aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildet ist und seine Membrankammer durch dichtschließende Anlage sowohl an der Kammer -vand wie an der Stellmembran gegen den Hülseninnenraum abdichtet, daß beide Federglieder koaxial zueinander angeordnet sind und daß die Stellmembran eine im Innenraum der Federkörper liegende Öffnung

aufweist, in der eine Vorrichtung zur axialen Feineinstellung der Stellstange angeordnet ist. Das bringt, abgesehen von der symmetrischen Ausbildung beider Federglieder mit den dadurch statisch und dynamisch sehr günstigen Verhältnissen, den zusätzlichen Vorteil, daß die Vorrichtung zur Feineinstellung der Stellstange, mittels der die Nullstellung des Ventilkörpers im Steuerventil jusiieri wird, von außen gut zugänglich ist. und zwar auch während des Betriebs, da beide Membrankammern gegenüber dem Hülseninnenrauin ihrts Federkörpers abgedichtet sind und daher der die Feineinstellvorrichtung enthaltende Hülseninnenraum von außen jederzeit zugänglich sein kann. Zweckmäßig besüeht diese Vorrichtung zur axialen Feineinstellung aus einem mit der Stellstange verbundenen, in der Membranöffnung abgedichteten und längsverschiebbaren Führungsstab, ferner einer auf dem Führungsstab zwischen der Stellmembran und einem Anschlag am Führungsstab oder an der Stellstange angeordneten Spannfeder und aus einer Spannmutter, die auf der der Spannfeder gegenüber liegenden Seite der Stellmembran in einem Außengewinde des Führungsstabes verdrehbar und gegen die Stellmembran spannbar ist. Im übrigen kann das Federglied in der vom Steuerventil abgewandten N^nibrankammer an einem in der Kammerwand axial verstellbaren Widerlager abgestützt sein, mit dessen Hilfe es leicht Möglich ist, die Vorspannung beider Federglieder zu ändern.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie! näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein hydraulisches Steuerventil mit pneumatischem Stellantrieb für Warenbahn-Führunijsvorrichtungen in einer schematischen Darstellung zur Erläuterung der Betriebsfunktion.

b~> F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen pneumatischen Stellantrieb für ein hydraulisches Steuerventil in gegenüber Fig. I vergrößerter Darstellung und mit nur teilweise wiedcrgegebeneni Steuerventil.

Das in der Zeichnung dargestellte Steuerventil I mit einem allgemein mit 2 bezeichneten pneumatischen Stellantrieb ist für Warenbahn-Fühmngsvorriehtungen bestimmt, die dazu dienen. Abweichungen einer bei 3 in F i g. I angedeuteten laufenden Warenbahn von einer "> Sollagc automatisch /u korrigieren. Der pneumatische Stellantrieb 2 verfügt über eine Stellmembran 5, die den Raum zwischen zwei Kammerwänden 6.1, 6.2 in zwei Membrankammern 7.1, 7.2 unterteilt, wozu die beiden Kammerwände gemeinsain ein Membrangehäuse 6 bil- id den. an dessen Wand die Stellmembran 5 am äußeren Rand dicht, beispielsweise mit Dichtringen 8. angeschlossen ist. An der Kammerwand 6.1 befindet sich auf der von der Stellmembran 5 abgewandten Seite das Steuerventil I. in dessen Ventilkammer 9 ein Ventilkör· r> per 10 verstellbar ist. Das Steuerventil I steuert einen Servomotor 11. und zwar mit je nach Stellung des Ventilkörpers 10 wechselnder Betätigungsrichtung und •kraft, wozu die dem Steuerventil 1 durch die Versorgungsleitung 12 unter Druck zugetührte HydraulikMUs- :i> sigkeit wechselweise über die Anschlußieitungen 13, 14 dem Servomotor 11 zugeführt bzw. von ihm abgeführt werden kann. Die Rücklaufleitungen für die Hydraulikflüssigkeit vom Steuerventil 1 zum nicht dargestellten Reservoir sind mit 15 bezeichnet. Der Ventilkörper 10 ist mit der Steiimembran 5 durch eine Steiistange 16 verbunden, die eine Öffnung 17 in der Kammerwand 6.1 und die Membrankammer 7.1 durchsetzt. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Ventilkörper 10 unmittelbar an die Stellmembran 5 anzuschlie- so ßen. — Der Rand der laufenden Warenbahn 3 wird in einem Tastkopf 4 von mindestens einem in der Zeichnung nicht dargestellten Luftstrahl abgetastet, der über eine Leitung 18 aus der oberen Membrankammer 7.2 mit Luft gespeist wird. Diese obere Membrankammer 7.2 selbst ist über ein Drosselventil 19 an eine Druckluftversorgungsleitung 20 angeschlossen. Querverschie-UÜflgcFi ucf Warenbahn 3 crZcügCn >VCgCri aCT Sich dabei ändernden Verhältnisse für den Luftstrahl im Tastkopf 4 Staudruckänderungen in der Membrankammer 7.2. die die Stellmembran 5 und dadurch den Ventilkörper 10 verstellen. Der entsprechend gesteuerte Servomotor Il bewirkt in nicht weiter dargestellter und zu erläuternder Weise die Rückführung der Warenbahn 3 in die Sollage.

In beiden Membrankammern 7.1, 7.2 befinden sich Federglieder 21, 22 in Form je eines hülsenförmigen Federkörpers aus einem elastomeren Kunststoff, beispielsweise auf Polyureihan-Absis in vorzugsweise geschlossenzelliger Schaumstruktur. Beide Federglieder 21, 22 sind jeweils einerseits an der Stellmembran 5 und andererseits an der Kammerwand 6.1 bzw. 6.2 der sie aufnehmenden Membrankammer abgestützt Lind außerdem über die Stellmembran 5 gegeneinander vorgespannt. Die beiden Federglieder 21,22 liegen mit ihrem Hülsenrand jeweils der Stellmembran 5 bzw. Kammerwand 6.1,6.2 dichtschließend an. so daß sie die jeweilige Membrankammer gegen den Hülseninnenraum abdichten. Im Ergebnis bildet das in der ventilseitigen Membrankammer 7.1 befindliche Federglied 21 eine Abdichtung dieser Membrankammer gegen die Ventilkammer 9. so daß aus der Ventilkammer 9 keine Hydraulikflüssigkeit in die ventilseitige Membrankammer 7.1 gelangen kann. Das in der ventilseitigen Membrankammer 7.1 befindliche Federglied 21 liegt auch nirgends an der Sielistange 16 an, so daß die von ihm bewirkte Abdichtung an keiner Stelle zu einer Gleitreibung an der Stellstange 16 oder der Stellmembran 5 führt. Die Steilmembr.in 5 besii/i eine im Innenraiini beider koaxial ungeordneter Federglieder 21, 22 liegende Öffnung 23. in der eine Vorrichtung /ur axialen Feineinstellung der Stellstange 16 angeordnet i·.!. Diese Vorrichtung besteht aus einem mit der Stcllsiangc 16 verbundenen, in der Membranöffiuing 23 abgedichteten und längsverschiebbaren Führungsstab 24. ferner aus einer auf dem Führungsstab 24 zwischen der .Stellmembran 5 und einem Anschlag 25 am Führungsstab 24 angeordneten Spannfeder 26 und aus einer Spannmutter 27, die auf der der Spannfeder 26 gegenüberliegenden Seite der Stellmembran 5 in einem Außengewinde des F'ührungsstabes 24 verdrehbar und dichtend gegen die Stelimembran 5 verspannbar ist. Durch die Verstellung der Spannmutter 27 ändert sich die axiale Lage der Stellstange 16 und des Ventilkörpers 10 in bezug auf die Nullage der Stellmembran 5. so daß die Nullage des Ventilkörpers 10 auch im Betrieb, also unter Betriebsdruck in der oberen Membrankammer 7.2. ausgeführt werden kann.

iJas Federglied 22 in der vom Steuerventil i abgewandten Membrankammer 7.2 ist an einem in der Kammerwand 6.2 axial verstellbaren Widerlager 28 abgestützt, das im Ausführungsbeispiel als in der oberen Kammerwand 6.2 verdrehbarer Gewindering ausgebildet ist. Durch seine Verdrehung kann die Vorspannung der beiden Federglieder 21, 22 im Sinne einer Feineinstellung geändert werden.

In der Zeichnung ist der Fall dargestellt, daß der Luftstrahl im tastkopf 4 aus der oberen Membrankammer 7.2 gespeist wird. In diesem Fall ist die ventilseitige Membrankammer 7.1 zur freien Atmosphäre hin entlüftet. Selbstverständlich besteht aber auch die Möglichkeit, den Luftstrahl aus der ventilseitigen Membrankammer 7.1 zu speisen und die andere Membrankammer 7.2 zur Atmosphäre hin zu entlüften. Auch beide Membrankammern können mit Steuerluftdruck beaufschlagt werden, wenn z. B. eine Differenzluftdruckmessung er-

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Da w egen der Abdichtung durch das Federglied 21 in der unteren Membrankammer 7.1 in diese keine Hydraulikflüssigkeit aus der Ventilkammer 9 gelangen kann, kann die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung abweichend von der Anordnung mit unter dem Membrangehäuse 6 liegendem Steuerventil 1 auch kopfüber, d. h. also mit oben liegendem Steuerventil 1 und darunter befindlicher pneumatischer Betätigungsanordnung montiert werden. Im übrigen aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Stellmembran 5 beidseits durch Scheiben 5.1 stabilisiert sein kann, die zugleich die Anlagefläche für die Federglieder 21,22 bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Steuerventil (1) mit pneumatischem Stellantrieb (2) für Warenbahn-Fühningsvorrichtung zur automatischen Korrektur von Abweichungen einer laufenden Warenbahn (3) von der Sollage, mit einer Stellmembran (5), die den Raum zwischen zwei Kammerwänden (6.1, 6.2) in zwei Membrankammern (7.1,7.2) unterteilt, einer Ventilkammer (9) auf der von der Stellmembran (5) abgewandten Seite einer der Kammerwände (6.1). einem in der Ventilkammer (9) verstellbaren Ventilkörper (10), der über eine Stellstange (16), die eine Öffnung (17) in der Kammerwand (6.1) und die ventilseitige Membrankammer (7.1) durchsetzt, an die Stellmembran (5) angeschlossen ist, und mit einem einerseits an der Stellmembran (5), andererseits an der Kammerwand (6.1) abgestützten Federglied (21) in einer der Membiuikammern (7.1), wobei Querverschiebungen der Warenbahn (3) Druckänderungen in der dem Federglied (21) gegenüber liegenden Membrankammer (7.2) erzeugen und das Steuerventil (1) einen die Rückführung der Warenbahn (3) in die Sollage bewirkenden Servomotor (11) steuert, dadurch gekennzeichnet daß in der dem Federglied (21) gegenüber liegenden Membrankammer (7.2) ebenfalls ein einerseits an der Stellmembran (5) und andererseits an der Kammerwand (6.2) abgestütztes Federglied (22) vorgesehen ist, daß beide Federglieder (21, 22) über die zwischen ihnen liegende Stellmembran (5) gegeneinander vorgespannt sind, und daß zumindes\ das in der ventilseitigen Membrankammer (Al) befindliche Federglied (21) als hülsenförmiger Federkö;-per aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildet ist, der die Stellstange (16) mit freiem Abstand umgibt und durch dichtschließende Anlage sowohl an der Kammerwand (6.1) wie an der Stellmembran (5) die ventilseitige Membrankammer (7.1) gegen die Ventilkammer (9) abdichtet.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch das zweite Federglied (22) als hülsenförmiger Federkörper aus einem elastomeren Kunststoff ausgebildet ist und seine Membrankammer (7.2) durch dichtschließende Anlage sowohl an der Kammerwand (6.2) wie an der Stellmembran (5) gegen den Hülseninnenraum abdichtet, daß beide Federglieder (21,22) koaxial zueinander angeordnet sind und daß die Stellmembran (5) eine im Innenraum der Federkörper (21, 22) liegende öffnung (23) aufweist, in der eine Vorrichtung zur axialen Feineinstellung der Stellstange (16) angeordnet ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur axialen Feineinsiellung der Stellstange (16) aus einem mit der Stellstange verbundenen, in der Membranöffnung (23) abgedichteten und längsverschiebbaren Führungsstab (24), einer auf dem Führungsstab (24) zwischen der Stellmembran (5) und einem Anschlag (25) am Führungsstab (24) oder an der Stelistange (16) angeordneten Spannfeder (26) und aus einer Spannmutter (27) besteht, die auf der der Spannfeder (26) gegenüber liegenden Seite der Stellmembran (5) in einem Außengewinde des Fiihrungsstabcs (24) verdrehbar und gegen die Stellmcmbran (5) spannbar ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (22) in der vom Steuerventil (1) abgewandten Membrankammer (7.2) an einem in der Kammerwand (6.2) axial verstellbaren Widerlager (28) abgestützt ist.