Es sind schon seit langem Ventile bekannt, bei welchen der Ventilschieber unmittelbar durch ein in einem Steuer- oder Regelkreis liegendes Schaltorgan, z. B. einen Elektromagneten, betätigt wird. Ventile dieser Art sind allerdings nur dort verwendbar, wo im Steuer- oder Regelkreis auch eine ausreichende Schaltenergie für einen entsprechend stark dimensionierten Elektromagneten zur Verfügung steht oder aber, das Ventil für einen relativ niedrigen Maximaldruck oder eine kleine Nennweite ausgelegt ist.
Diese direktwirkenden Ventile haben allerdings den Vorteil, dass sie unabhängig vom Druck des Betriebsmediums arbeiten.
Daneben sind ebenfalls seit langem vorgesteuerte Ventile bekannt, die mit einem Energieträger betätigt werden, welcher vom Steuer- oder Regelkreis unabhängig ist, z. B. mit dem Betriebsmedium des Ventiles oder einem Fremdmedium.
Diese Ventile können allerdings nur dann betätigt werden, wenn ein ausreichender Druck vorhanden ist, was sich insbesondere bei mit dem Betriebsmedium betätigten Ventilen nachteilig auswirkt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Ventiles, welches die Vorteile der direktwirkenden Bauart mit denen der vorgesteuerten Bauart vereinigt.
Das erfindungsgemässe Ventil mit einem durch eine äussere Kraft betätigbaren Stössel und einem vom Stössel betätigbaren Ventilschieber zeichnet sich aus durch ein zwischen einem Betätigungskolben des Ventilschiebers und dem Stössel angeordnetes und achsparallel zu diesen verschiebbares Steuerelement, das zwei Ventilöffnungen beherrscht, die die Kammer des Betätigungskolbens mit einem Versorgungskanal bzw.
einem Abströmkanal verbinden, wobei das Steuerelement als mechanisches Übertragungsglied zwischen Stössel und Betätigungskolben ausgebildet ist.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Ventiles dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die erste Ausführungsform, und
Fig. 2 die zweite Ausführungsform in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung.
Mit 2 ist in Fig. 1 ein Elektromagnet bezeichnet, der eine Wicklung 4 und einen axial verschiebbaren Anker 6 aufweist.
Ein koaxial zum Anker 6 angeordneter und gegenüber diesem verschiebbarer Stössel 8 trägt eine Schraubenfeder 10. Der Stössel 8 erstreckt sich mit seinem freien Ende in ein mit 20 bezeichnetes Ventilgehäuse, durchsetzt eine in diesem vorgesehene Entlüftungskammer 22 und endet in einer Steuerkammer 24, die einen Kopfteil 12 des Stössels aufnimmt. Die Schraubenfeder 10 stützt sich an der den Elektromagnet tragenden Stirnfläche 21 des Ventilgehäuses 20 ab und hat die Tendenz, Stössel 8 und Anker 6 in der dargestellten Lage zu halten. Der Stössel enthält in seinem im Ventilgehäuse 20 liegenden Teil einen Entlüftungskanal 14, der mit der Entlüftungskammer 22 verbunden ist und an der Stirnseite 16 des Kopfteiles 12 in die Steuerkammer 24 ausmündet.
Die Steuerkammer 24 enthält einen Steuerkolben 26, der in seinem dem Kopfteil 12 zugekehrten Ende einen Dichtungspfropfen 28 trägt. Der Dichtungspfropfen 28 ist bestimmt, die Mündung des Entlüftungskanales 14 an der Stirnseite 16 abzusperren, wenn der Stössel 8 gegen den Steuerkolben 26 verschoben wird. Der eine Mehrzahl von Verbindungskanälen 30 enthaltende Steuerkolben 26 ragt mit seinem dem Kopfteil 12 abgekehrten Ende in eine zylindrische Kolbenkammer 32 hinein und erstreckt sich in eine zylindrische Ausnehmung 36 eines Betätigungskolbens 34. Der Betätigungskolben 34, der in der Kolbenkammer 32 verschiebbar geführt ist, bildet Teil eines Ventilschiebers 38.
Das Gehäuse 20 enthält nvei Ventilkammern 40 bzw. 42, denen je ein Durchlass 44 bzw. 46 zugeordnet ist, wobei die Durchlässe 44 und 46 mit einer gemeinsamen Anschlussbohrung 48 in Verbindung stehen. Jeder der beiden Durchlässe 44 und 46 ist durch eine Sitzfläche 50 bzw. 52 in der entsprechenden Ventilkammer 40 bzw. 42 umgeben. In die beiden Ventilkammern 40 und 42 mündet je eine Anschlussbohrung 54 bzw. 56.
Am Ventilschieber 38 sind zwei tellerförmige Ventilorgane 60 und 62 vorgesehen, von denen das erstere der Sitzfläche 50 und das letztere der Sitzfläche 52 zugeordnet ist. Das dem Ventilorgan 62 benachbarte, verjüngte Ende 63 des Ventilschiebers 38, ist in einer Bohrung 64 geführt, die in einem Gehäusedeckel 66 vorgesehen ist. Am Gehäusedeckel 66, der in einer Ausnehmung 68 des Ventilgehäuses 20 mittels eines Sprengringes 70 gesichert ist, stützt sich eine Schraubenfeder 72 ab. Die Schraubenfeder 72 liegt anderseits am Ventilorgan 62 unter Vorspannung an und hat die Tendenz, den Ventilschieber 38 in der dargestellten Lage zu halten, in welcher das Ventilorgan 62 am Ventilsitz 52 anliegt und den Durchlass 46 absperrt.
Mit der Ventilkammer 42 und damit mit der Anschlussbohrung 56, steht ein Kanal 74 im Ventilschieber 38 in Verbindung, der in eine im Betätigungskolben 34 vorgesehene Druckkammer 76 ausmündet. Die Druckkammer 76 steht über einen konischen Sitzteil 78 und eine zentrale Öffnung 80 mit der Ausnehmung 36 in Verbindung und enthält eine von einer Feder 82 gegen den Sitzteil gepresste Ventilkugel 84. Ein am Steuerkolben 26 vorgesehener Ansatz 27 ragt in die Offnung 80 und liegt in der Ruhelage an der Kugel 84 an. Die Entlüftungskammer ist über Abströmbohrungen 86 und 88 mit der Ventilkammer 40 verbunden.
Die Feder 72 ist so gewählt, dass der Ventilschieber 38 durch den Elektromagneten 2 (über den Stössel 8, den Steuerkolben 26 und den Betätigungskolben 34), entgegen deren Vorspannung, sowie unter Überwindung der Vorspannung der Feder 10 (sowie aller Reibungskräfte), verschoben werden kann, wenn im Ventilgehäuse 20 kein Druckmedium vorhanden ist oder nur ein geringer Druck herrscht.
Für die Erläuterung der Wirkungsweise sei aber angenommen, dass die Anschlussbohrung 56 mit einer Quelle von Druckmedium, z. B. Drucköl, die Anschlussbohrung 48 mit einem Verbraucher und die Anschlussbohrung 54 mit einem Rücklauf in Verbindung steht. Der in der Ventilkammer 42 herrschende Druck, wird durch den Verbindungskanal 74 auch in die Druckkammer 76 übertragen. Die Wicklung 4 des Elektromagneten 2 sei stromlos.
Soll nun der mit der Anschlussbohrung 48 verbundene Verbraucher mit Drucköl beliefert werden, so wird durch Einschalten des die Wicklung 4 enthaltenden Stromkreises (nicht dargestellt) der Anker 6, entgegen der Wirkung der Feder 10, verschoben. Dabei läuft der Stössel-Kopfteil 12 auf den Steuerkolben 26 auf, und der Entlüftungskanal 14 wird durch den Dichtungspfropfen 28 abgesperrt. Durch den Stössel wird auch der Steuerkolben 26 nach abwärts verschoben, wobei die Kugel 84 durch den Ansatz 27 vom Sitzteil 78 abgehoben wird. Drucköl kann somit über die Öffnung 80 und die Kanäle 30 in die Kolbenkammer 32 eindringen.
Der von Drucköl beaufschlagte Betätigungskolben 34 verschiebt somit den Ventilschieber 38 nach abwärts, wobei der Steuerkolben 26 dem Betätigungskolben unter der Einwirkung des Ankers 6 folgt; dabei wird auch ein Abströmen von Drucköl über die Entlüftungsbohrung 14 verhindert. Durch den Ventilschieber 38 bzw. dessen Ventilorgan 62 wird der Durchlass 46 freigegeben, so dass Drucköl in die Anschlussbohrung 48 strömen kann. Anderseits schliesst das Ventilorgan 60 den Durchlass 44; die Verbindung zwischen den Anschlussbohrungen 53 und 48 ist damit unterbrochen.
Wird die Wicklung 4 stromlos, so schiebt die Feder 10 den Stössel 8 zusammen mit dem Anker 6 in die dargestellte Ausgangslage zurück. Da die vom Stössel auf den Steuerkolben 26 ausgeübte Kraft entfällt, drückt die Feder 82 die Kugel 84 in den Sitzteil 78 und sperrt die Öffnung 80 ab. Durch das Abheben des Stössel-Kopfteiles 12 vom Dichtungspfropfen 28, wird die Entlüftungsbohrung 14 freigegeben. Somit kann Öl aus der Kammer 32 in die Entlüftungskammer 22 abströmen, während der Zutritt von weiterem Drucköl aus der Druckkammer 76 verhindert ist. Unter der Wirkung der Feder 72 wird der Ventilschieber 38 in die dargestellte Ausgangslage zurückverschoben, wobei der Zustrom von Drucköl an den Verbraucher, durch das Ventilorgan 62, unterbrochen wird.
Während bei flüssigen Druckmedien und insbesondere Öl, eine Rückführung desselben über die Bohrung 88 in die Ventilkammer 40 zweckmässig oder sogar notwendig ist, kann auf diese Bohrung verzichtet werden, wenn es sich beim Druckmedium um Luft handelt. In diesem Fall kann die Bohrung 86 mit der Atmosphäre verbunden sein.
Selbstverständlich ist es möglich, das beschriebene Ventil auch so auszubilden bzw. anzuwenden, dass die Verbindung zwischen der Druckquelle und dem Verbraucher in stromlosem Zustand des Elektromagenten hergestellt ist. In diesem Fall wird die Anschlussbohrung 54 mit der Druckquelle verbunden und der Verbindungskanal 74 nimmt seinen Anfang nicht in der Ventilkammer 42 sondern in der Ventilkammer 40. Anderseits führt der Entlüftungskanal 88 in die Ventilkammer 42 statt in die Kammer 40, sofern eine Rückführung des drucklosen Mediums erwünscht ist.
Statt mittels eines Elektromagneten kann die notwendige, jedoch relativ kleine Umschaltkraft auch in anderer Weise, z. B. mittels kleinen Pressluftzylinders, aufgebracht werden.
Weiterhin ist es möglich, den Betätigungskolben 34 durch ein Membran-Betätigungselement zu ersetzen. Ebenso kann das Ventil statt als 3-Weg Ventil auch als 2-Weg Ventil ausgebildet sein.
Eine andere Ausführung des erfindungsgemässen Ventiles ist in Fig. 2 dargestellt, wobei es sich wiederum um ein 3-Weg Ventil handeln kann. Jedoch ist angenommen, dass das Ventil an eine Druckluftquelle angeschlossen ist bzw. den Zustrom von Druckluft an einen Verbraucher beherrscht.
In Fig. 2 ist das Ventil lediglich noch in demjenigen Teil dargestellt, welcher von der Ausführungsform nach Fig. 1 wesentlich abweicht.
Der hier mit 102 bezeichnete Elektromagnet, der einen Anker 106 enthält, ist an einem Steuerteil 122 eines Ventilgehäuses 120 befestigt und trägt an seinem entgegengesetzten Ende eine Führungshülse 108. Ein Notbetätigungsbolzen 110, der von einer Feder 112 nach aufwärts gezogen wird, ist in der Führungshülse 108 verschiebbar gelagert. Eine Gummikappe 114, die auf der Führungshülse 108 aufgesetzt ist, überdeckt das Ende des Bolzens 110 und gestattet dessen Verschiebung entgegen der Wirkung der Feder 112.
Der durch den Bolzen 110 aus seiner dargestellten Endlage verschiebbare Anker 106 steht an seinem entgegengesetzten Ende mit zwei Stösselstiften 116 in Berührung, die ein im Steuerteil 122 befestigtes Einsatzstück 118 verschiebbar durchsetzen. An das Einsatzstück 118 anschliessend ist im Steuerteil 122 eine Steuerkammer 124 vorgesehen, in welcher ein Steuerkolben 126 verschiebbar angeordnet ist. Der Steuerkolben 126 enthält in einer Axialbohrung 128 zwei durch eine Druckfeder 130 belastete Dichtungselemente 132 und 133, die nach entgegengesetzten Stirnseiten des Steuerkolbens 126 gerichtet sind. In der Mantelfläche des Steuerkolbens 126 ist eine durchgehende Längsnut 134 ausgespart. Schliesslich besitzt der Steuerkolben ein zur Axialbohrung 128 paralleles Sackloch 136, das eine Druckfeder 138 enthält.
Das Dichtungselement 132 liegt an einem Mündungsansatz 140 am Einsatzstück 118 an und schliesst in dieser Lage eine Versorgungsbohrung 142 ab. Die Versorgungsbohrung 142 steht über eine Radialbohrung 144 und eine Ringnut 146 mit einem Versorgungskanal 148 in Verbindung. Gleich wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, ist der Versorgungskanal mit der Druckseite des Hauptventiles, z. B. über die entsprechende, mit der Druckquelle ständig in Verbindung stehende Ventilkammer (nicht dargestellt), verbunden. Es ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ventil allerdings ohne weiteres möglich, ein fremdes Druckmedium heranzuziehen, da die Versorgungsbohrung 142 in einem unbeweglichen Teil des Ventiles angeordnet ist.
An die Steuerkammer 124 schliesst eine gegenüber derselben erweiterte Kolbenkammer 150 an, in welcher ein Betätigungskolben 152 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 152, der in nicht näher dargestellten Weise mit einem Ventilschieber starr verbunden ist, enthält eine axiale Entlüftungsbohrung 154, die in einem mit dem Dichtungselement 133 zusammenwirkenden Mundstück 156 ausmündet. Die Entlüftungsbohrung 154 steht über einen ringförmigen Einstich 158 mit einem Entlüftungskanal 160 in Verbindung, der im Steuerteil 122 vorgesehen ist.
Unter der Einwirkung eines Elementes, das z. B. der Druckfeder 72 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entsprechen kann, wird der Betätigungskolben 152 in der in der Zeichnung dargestellten, oberen Endlage gehalten. Anderseits sei angenommen, dass der Elektromagnet 102 stromlos ist.
Unter der Wirkung der sich am Betätigungskolben 152 abstützenden, vorgespannten Feder 138, wird der Steuerkolben 126 und damit dessen Dichtungselement 132 nach oben gedrückt, das am Mündungsstück 140 dichtend anliegt und die mit der Druckluftquelle verbundene Versorgungsbohrung 142 absperrt. Anderseits steht die Kolbenkammer 150 über die Entlüftungsbohrung 154 und den Kanal 160 mit der Atmosphäre in Verbindung.
Wird der Elektromagnet erregt, so verschiebt der Anker 106 über die Stösselstifte 166 den Steuerkolben 126 entgegen der Wirkung der Feder 138. Dabei wird das Dichtungselement 133 gegen das Mundstück 156 gepresst und schliesst die Entlüftungsbohrung 154 ab, während das Dichtungselement 132 die Versorgungsbohrung 142 unter Freigabe des Mundstückes 140 öffnet. Druckluft aus der Versorgungsbohrung 142 strömt über die Nut 134 in die Kolbenkammer 150 ein und beaufschlagt den Betätigungskolben 152. Der Betätigungskolben 152 verschiebt sich somit nach abwärts und schaltet das Ventil in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise um.
Unter der Wirkung des erregten Elektromagneten 102 bzw.
des Ankers 106 folgt der Steuerkolben 126 dem Betätigungskolben in dessen nicht dargestellten, unter Endlage und hält die Entlüftungsöffnung 154 verschlossen. Wird der Elektromagnet stromlos, so hebt die Feder 138 den Steuerkolben und damit das Dichtungselement 133 von der Mündung 156 ab, so dass durch die Entlüftungsbohrung 154 Druckluft abströmen kann. Anderseits wird die Versorgungsbohrung 142 durch das Dichtungselement 132 abgesperrt, so dass keine Druckluft nachströmen kann. Die Kolbenkammer 150 wird damit drucklos und unter gleichzeitiger Umschaltung des Ventiles wird der Betätigungskolben 152 in die dargestellte Endlage zurückgeführt, wobei auch die übrigen Teile in diese Lage zurückkehren.
Der Notbetätigungsbolzen 110 gestattet, den Anker und die mit diesem in Wirkungsverbindung stehenden Stösselstifte 116 zwecks Umschaltung des Ventiles manuell zu verschieben, wenn der Elektromagnet 102, z. B. infolge Stromausfall, nicht erregbar sein sollte.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass durch die Hintereinanderschaltung bzw. -Anordnung von Anker 106, Steuerkolben 126 und Betätigungskolben 152 eine Umschaltung des Ventiles auch dann möglich ist, wenn von der Druckquelle des Verbrauchers kein ausreichender Druck zur Verfügung steht, um über den Betätigungskolben die notwendige Schaltkraft zu erzeugen.