DE102006040052A1

DE102006040052A1 - Mehrwegeventil mit Zentriereinrichtung

Info

Publication number: DE102006040052A1
Application number: DE200610040052
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing.(FH) Harscher
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2006-08-26
Filing date: 2006-08-26
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2026-08-27
Also published as: DE102006040052B4

Abstract

Es wird ein Mehrwegeventil (1) vorgeschlagen, das in einem Ventilgehäuse (2) einen durch eine Zentriereinrichtung (16) in seiner Mittelstellung zentrierten Ventilschieber (8) aufweist. Die Zentriereinrichtung (16) enthält zwei unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers (8) in dessen Innern angeordnete Druckfedereinrichtungen (44a, 44b), die sich an einem zwischen ihnen im Innern des Ventilschiebers (8) platzierten ventilgehäusefesten Abstützelement (42) abstützen. Die zentrale Anordnung des Abstützelementes (42) ermöglicht kompakte Abmessungen und einen verschleißarmen Betrieb des Mehrwegeventils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilschieber, der relativ zum Ventilgehäuse zwischen einer durch eine Zentriereinrichtung zentrierten Mittelstellung und zwei diesseits und jenseits der Mittelstellung liegenden Extremstellungen axial umschaltbar ist, wobei die Zentriereinrichtung zwei sich im Ventilschieber längs diesem in axialer Aufeinanderfolge erstreckende Druckfedereinrichtungen enthält, die in der Mittelstellung zwischen jeweils einer ventilgehäusefesten und einer diesbezüglich beabstandeten ventilschieberfesten Abstützfläche axial verspannt sind und dabei gleichzeitig mit ihrem der ventilgehäusefesten Abstützfläche zugeordneten Endabschnitt auf je eine vom Ventilschieber getragene Anschlagfläche einwirken, die gemeinsam mit der ihr jeweils mit Abstand gegenüberliegenden ventilschieberfesten Abstützfläche die maximale Ausdehnungslänge der dazwischen angeordneten Druckfedereinrichtung vorgibt.
Ein aus der US 2916879 bekanntes Mehrwegeventil dieser Art enthält einen durch Federkräfte mittenzentrierten Ventilschieber, der durch Fluidbeaufschlagung aus der zentrierten Mittelstellung in wahlweise eine von zwei Extremstellungen umschaltbar ist. Zwei Druckfedereinrichtungen sitzen in stirnseitigen Ausnehmungen des Ventilschiebers, wobei sie axial zwischen dem Ventilschieber und einem diesbezüglich beweglichen Anschlagkopf verspannt sind. In der zentrierten Mittelstellung stützen sich die Druckfedereinrichtungen über den Anschlagkopf am Ventilgehäuse ab. Wird der Ventilschieber ausgelenkt, findet eine Komprimierung der jeweils einen Druckfedereinrichtung statt, die für die anschließende Rückstellung in die Mittelstellung verantwortlich ist. Zur exakten Zentrierung der Mittelstellung ist außerdem die maximale Ausdehnungslänge der Druckfedereinrichtungen fest definiert, indem der jeweilige Anschlagkopf in seinem Verfahrweg bezüglich des Ventilschiebers begrenzt ist.
Bei dem bekannten Mehrwegeventil können die Druckfedereinrichtungen aufgrund von Einbautoleranzen ein Kippmoment auf den Ventilschieber ausüben, was zu erhöhter Reibung und folglich erhöhtem Verschleiß führt. Außerdem werden zur Realisierung der Zentriereinrichtung relativ viele Bauteile benötigt, was eine aufwendige Herstellung und Montage zur Folge hat.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrwegeventil mit Zentriereinrichtung zu schaffen, das bei einfachem und kostengünstigem Aufbau einen verschleißarmen Betrieb verspricht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die ventilgehäusefesten Abstützflächen an einem im Innern des Ventilschiebers axial zwischen den beiden Druckfedereinrichtungen angeordneten, ventilgehäusefesten Abstützelement angeordnet sind, bezüglich dem der Ventilschieber zum Ändern seiner Schaltstellung axial verschiebbar ist, wobei die beiden Druckfedereinrichtungen unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers über ihre gesamte Länge innerhalb des Ventilschiebers aufgenommen sind.
Auf diese Weise findet eine relativ zentrale Krafteinleitung der Druckfedereinrichtungen in das Ventilgehäuse statt, sodass das Auftreten von Kippmomenten reduziert und ein verschleißarmer Betrieb möglich ist. Außerdem kann die Anzahl der notwendigen Bauteile im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verringert werden. Da sich die Druckfedereinrichtungen stets innerhalb des Ventilschiebers befinden, unterliegen außerdem die dem Ventilschieber axial vorgelagerten Bereiche keinen nutzungsmäßigen Einschränkungen, und man hat beispielsweise die Möglichkeit, dort je einen zum Umschalten des Ventilschiebers eingesetzten Betätigungskolben unterzubringen. Man hat ferner die Möglichkeit, den Ventilschieber stirnseitig geschlossen auszubilden, sodass mit den die Druckfedereinrichtungen aufnehmenden Innenräumen des Ventilschiebers kein Fluidaustausch stattfindet, was den Fluidverbrauch eindämmt. Nicht zuletzt verfügt der Ventilschieber trotz integrierter Zentriereinrichtung über eine relativ kurze axiale Baulänge, sodass er nicht notwendigerweise über längere Abmessungen verfügen muss als ein vergleichbarer Ventilschieber ohne Zentriereinrichtung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die mit den Druckfedereinrichtungen kooperierenden ventilgehäusefesten Abstützflächen befinden sich vorzugsweise an den einander entgegengesetzten Stirnflächen des Abstützelementes. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Abstützelement stößelförmig ausgebildet und in der Längsrichtung des Ventilschiebers ausgerichtet ist. Die gehäuseseitige Fixierung des Abstützelementes erfolgt zweckmäßigerweise über eine am Ventilgehäuse fixierte Halterung, die den Ventilschieber quer durchsetzt, entweder vollständig oder wenigstens zum Teil, bis hin zu dem zu haltenden Abstützelement. Die axiale Beweglichkeit des Ventilschiebers wird hier bei durch eine umfangsseitige Aussparung des Ventilschiebers gewährleistet, durch die die Halterung hindurchgreift.
Eine besonders einfach gestaltete Halterung besteht aus einem Haltestift, der sich quer zum Ventilschieber erstreckt und der zumindest einenends im Ventilgehäuse verankert ist. Besonders vorteilhaft ist eine Realisierungsform, bei der der Haltestift ausschließlich an einem seiner beiden Endabschnitte am Ventilgehäuse fixiert ist, während der andere Endabschnitt frei enden kann. Damit verbunden ist unter anderem auch eine vereinfachte Montage. Es ist insbesondere möglich, den Haltestift durch einen zur Außenfläche des Ventilgehäuses hin offenen Ventilkanal des Ventilgehäuses hindurch in das Ventilgehäuse einzusetzen, sodass keine eigenständige Montageöffnung benötigt wird. Handelt es sich bei dem Ventilkanal um den Speisekanal des Mehrwegeventils und enthält das vom Mehrwegeventil gesteuerte Druckmedium einen Schmierstoff, resultiert aus dieser Maßnahme eine gleichzeitige Dauerschmierung der vom Abstützelement und den zugeordneten ventilschieberfesten Flächen gebildeten Gleitpaarung.
Die beiden Extremstellungen des Ventilschiebers können durch das Zusammenwirken der in den Ventilschieber eingreifenden Halterung mit den axialen Begrenzungsflächen der zugeordneten Aussparung des Ventilschiebers vorgegeben werden. Allerdings kann die Hubbegrenzung auch durch anderweitiges Zusammenwirken des Ventilschiebers mit einer gehäusefesten Anschlagfläche realisiert werden.
Die beiden Druckfedereinrichtungen sind zweckmäßigerweise jeweils in einem Aufnahmeraum des Ventilschiebers aufgenommen, wobei die von ihnen beaufschlagten ventilschieberseitigen Abstützflächen insbesondere von den äußeren axialen Begrenzungsflächen dieser Aufnahmeräume gebildet sind. Durch diese Begrenzungsflächen können die Aufnahmeräume jeweils hermetisch dicht von der Umgebung abgetrennt sein.
Als Druckfedereinrichtungen kommen insbesondere Schraubendruckfedereinrichtungen in Frage, wobei sich die gewünschte Federkennlinie sehr einfach durch Verwendung unterschiedlich steifer Schraubendruckfedern vorgeben lässt.
Die an der Vorgabe der maximalen Ausdehnungslänge der Druckfedereinrichtungen beteiligten ventilschieberfesten Anschlagflächen sind zweckmäßigerweise als Ringflächen ausgebildet, wobei sie sich stirnseitig an einem hülsenförmigen Anschlagkörper befinden können, der wie das Abstützelement im Innern des Ventilschiebers aufgenommen ist und dort den Anschlagkörper, unter Gewährleistung einer relativen axialen Verschieblichkeit, koaxial umschließt. Das Abstützelement kann ins besondere ausschließlich von dem Anschlagkörper verschiebbar geführt sein.
Abstützelement und Anschlagkörper sind längenmäßig insbesondere so aufeinander abgestimmt, dass in der Mittelstellung des Ventilschiebers jede der beiden Anschlagflächen auf gleicher axialer Höhe mit der zugeordneten ventilgehäusefesten Abstützfläche liegt. Somit kann sich jede Druckfedereinrichtung gleichzeitig teils an der einen und teils an der anderen dieser beiden vorgenannten Flächen abstützen.
Die diversen Komponenten lassen sich sehr bequem in den Ventilschieber einbauen, indem dieser aus zwei axial aufeinanderfolgenden Ventilschieberhälften besteht, die unter koaxialer Ausrichtung aneinandergesetzt sind, nachdem zuvor das Abstützelement und auch der gegebenenfalls vorhandene Anschlagkörper im Fügebereich eingesetzt wurden. Die beiden Ventilschieberhälften können insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrwegeventil bevorzugten Aufbaus, wobei der Ven tilschieber bei Einnahme der Mittelstellung gezeigt ist,
2 das Mehrwegeventil aus 1 in einem Zustand, bei dem der Ventilschieber in eine seiner beiden möglichen Extremstellungen ausgelenkt ist,
3 einen bereichsweisen Querschnitt durch das Mehrwegeventil aus 1 gemäß Schnittlinie III-III,
4 eine perspektivische Einzeldarstellung von Ventilschieber und zugeordneter stiftförmiger Halterung,
5 eine Draufsicht auf die Anordnung der 4 mit Blick in radialer Richtung gemäß Pfeil V und
6 den zentralen Bereich des Mehrwegeventils bei Einnahme der Mittelstellung in stark vergrößerter Form.
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mehrwegeventil dient zur Steuerung von Fluidströmen und hierbei insbesondere von Druckluft. Es eignet sich allerdings auch für den Betrieb mit anderen gasförmigen und auch mit flüssigen Medien.
Das Mehrwegeventil 1 enthält ein Ventilgehäuse 2, das an seiner Außenseite eine Anschlussfläche 3 aufweist, zu der mehrere im Ventilgehäuse 2 verlaufende Ventilkanäle 4 ausmünden. Mit der Anschlussfläche 3 voraus kann das Mehrwegeventil 1 an einen nur strichpunktiert angedeuteten Anschlusskörper 5 angebaut werden, der seinerseits von an der Anschlussfläche 3 mit den Ventilkanälen 4 kommunizierenden Anschlusskörperkanälen 6 durchzogen ist. Über diese Verbindung kann das zu steuernde fluidische Druckmedium in das Mehrwegeventil 1 eingespeist und aus diesem abgeführt werden.
Bei einer nicht dargestellten alternativen Bauform sind den Ventilkanälen 4 im Bereich der Anschlussfläche 3 jeweils gesonderte Anschlussmittel zugeordnet, beispielsweise Steckverbindungsmittel oder Gewindemittel, die einen unmittelbaren Anschluss abgehender Fluidleitungen gestatten.
Die Ventilkanäle 4 kommunizieren mit einer im Innern des Ventilgehäuses 2 ausgebildeten länglichen Ventilkammer 7, die einen ebenfalls länglichen Ventilschieber 8 aufnimmt. Unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 12 ist der Ventilschieber 8 in Richtung seiner Längsachse 13 linear verschiebbar.
Durch mit Abstand axial aufeinanderfolgend angeordnete ringförmige Dichtungsmittel 14, die zweckmäßigerweise bezüglich des Ventilgehäuses 2 ortsfest sind, ist die Ventilkammer 7 in mehrere Steuerabschnitte 15 unterteilt, die jeweils mit einem der Ventilkanäle 4 kommunizieren. Der Ventilschieber 8 hat eine in axialer Richtung abgestufte Außenkontur, sodass er je nach Stellung mit unterschiedlichen der Dichtungsmittel 14 in Dichtkontakt steht, wodurch die verschiedenen Steuerabschnitte 15 in unterschiedlichem Muster miteinander verbunden und voneinander abgetrennt werden.
Das hier gezeigte Mehrwegeventil ist ein 5/3-Wegeventil und enthält folglich fünf Steuerabschnitte 15. Der mittlere Steuerabschnitt 15 kommuniziert mit einem als Speisekanal 4a ausgebildeten Ventilkanal 4, der im Betrieb mit einer Druckquelle verbunden ist. Die beiden axial ganz außen liegenden Steuerabschnitte 15 kommunizieren mit je einem als Entlastungskanal 4b, 4c ausgebildeten Ventilkanal, der je nach Art des Fluides mit der Atmosphäre oder einem Tank verbunden ist. Zwischen dem mittleren und je einem der beiden äußeren Steuerabschnitte 15 liegt je ein weiterer Steuerabschnitt 15, der mit einem als Arbeitskanal 4d, 4e fungierenden Ventilkanal 4 verbunden ist, an den ein zu betätigender Verbraucher angeschlossen werden kann, beispielsweise ein durch Fluidkraft aktivierbarer Antrieb.
Das Mehrwegeventil 1 ist ein Dreistellungsventil. Seine aus 1 ersichtliche erste Stellung ist eine Mittelstellung, in der alle Steuerabschnitte 15 voneinander abgetrennt sind. Abweichend hiervon könnten die Ventilkanäle 4 in der Mittelstellung des Ventilschiebers aber auch in einem anderen Muster verschaltet sein.
Die Mittelstellung ist die Grundstellung des Ventilschiebers, die er aufgrund einer insgesamt mit Bezugsziffer 16 bezeichneten Zentriereinrichtung immer dann einnimmt, wenn keine fluidischen Betätigungskräfte auf ihn einwirken.
Ausgehend von der Mittelstellung gemäß 1 kann der Ventilschieber 8 durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung alternativ in eine von zwei Extremstellungen ausgelenkt werden, wobei er eine Umschaltbewegung 12 in der einen oder anderen Richtung ausführt. Eine der beiden möglichen Extremstellungen ist in 2 abgebildet.
Die Zentriereinrichtung 16 bewirkt, dass der Ventilschieber 8 aus jeder Extremstellung selbsttätig in die Mittelstellung zurückkehrt, wenn er keiner fluidischen Betätigungskraft mehr ausgesetzt ist.
Zum Auferlegen der Betätigungskräfte ist dem Ventilschieber 8 an beiden Stirnseiten je ein in Richtung der Längsachse 13 verschiebbarer Betätigungskolben 17 vorgelagert. Dieser läuft in einem sich axial an die jeweils äußersten Dichtungsmittel 14 anschließenden Kolbenaufnahmeraum 18, der vom zugeordneten Endabschnitt der Ventilkammer 7 gebildet ist. Jeder Betätigungskolben 17 bildet die bewegliche Wand einer axial auf der entgegengesetzten Seite des Ventilschiebers 8 liegenden Beaufschlagungskammer 22, die über einen Vorsteuerkanal 23 an ein elektrisch aktivierbares Vorsteuerventil 24 angeschlossen ist, das aus einem Vorsteuer-Speisekanal 25 mit einem Steuerfluid gespeist wird. Das Steuerfluid wird zweckmäßigerweise im Innern des Ventilgehäuses 2 aus dem mittleren Steuerabschnitt 15 abgezweigt.
Jedem Vorsteuerkanal 23 ist ein eigenes Vorsteuerventil 24 zugeordnet. Mit ihm kann, über den zugeordneten Vorsteuerkanal 23, eine Beaufschlagung oder Entlastung der angeschlossenen Beaufschlagungskammer 22 mit beziehungsweise von dem Steuerfluid stattfinden. Bei Beaufschlagung verschiebt sich der Betätigungskolben 17 in Richtung des Ventilschiebers 8 und drückt diesen unter Ausführung der Umschaltbewegung 12 aus der Mittelstellung in die jenseitige Extremstellung.
Beispielhaft sind die Betätigungskolben 17 als vom Ventilschieber 8 unabhängige Komponenten ausgebildet. Sie können jeweils nur eine Druckkraft auf den Ventilschieber 8 ausüben, wobei sie dessen jeweils zugeordnete axiale Stirnfläche 26 beaufschlagen. Da es sich um einen nur losen Kontakt handelt, können sich die beiden Komponenten zeitweilig auch axial voneinander trennen, wie dies in der rechten Bildhälfte der 1 illustriert ist.
Ihre elektrischen Betätigungssignale erhalten die beispielsweise elektromagnetischen oder piezo-elektrischen Vorsteuerventile 24 über eine im Bereich der Außenfläche des Ventilgehäuses 2 angeordnete elektrische Schnittstelle 27, bevorzugt unter Zwischenschaltung einer Ventilelektronik 28 eines hier nicht weiter interessierenden Aufbaus.
Abweichend von der geschilderten Ausführungsform könnte das Mehrwegeventil 1 auch ein direkt elektrisch gesteuertes Ventil sein, bei dem die Betätigungskräfte dem Ventilschieber 8 nicht fluidisch, sondern direkt elektromechanisch auferlegt werden.
Zur Bildung der erwähnten Zentriereinrichtung 16 befindet im Innern des Ventilschiebers 8 ein sich in dessen Längsrichtung erstreckender, bevorzugt kreiszylindrisch gestalteter Hohlraum 32. Dieser ist von der Wandung des Ventilschiebers 8 mit zwei Ausnahmen komplett und dicht umschlossen, wobei die beiden Ausnahmen in zwei sich diametral gegenüberliegenden er sten und zweiten Aussparungen 33, 34 bestehen, die die periphere Umfangswand 35 des Ventilschiebers 8 radial durchsetzen. Wie insbesondere aus 4 und 5 ersichtlich ist, sind die beiden Aussparungen 33, 34 als Langlöcher mit linearer Erstreckung und mit zu der Längsachse 13 paralleler Ausrichtung ausgeführt. In bezüglich der Längsachse 13 radialer Richtung fluchten sie miteinander.
Die beiden Aussparungen 33, 34 sind bevorzugt längenmittig im Ventilschieber 8 ausgebildet. Die axial diesseits und jenseits der Aussparungen 33, 34 liegenden Längenabschnitte des Ventilschiebers 8 sind also gleich lang.
Im Bereich der beiden Aussparungen 33, 34 ist in den Hohlraum 32 ein hülsenförmiger Anschlagkörper 36 axial unbeweglich eingesetzt. Dieser überragt die beiden Aussparungen 33, 34 des Ventilschiebers 8 jeweils ein Stück weit in axialer Richtung. Er ist also länger als jede der beiden Aussparungen 33, 34.
In der Umfangswand des Anschlagkörpers 36 sind ebenfalls zwei sich diametral gegenüberliegende erste und zweite Aussparungen 37, 38 ausgebildet, die bevorzugt die gleiche Länge und Querschnittsgestalt haben wie die beiden Aussparungen 33, 34 des Ventilschiebers 8, mit denen sie in bezüglich der Längs achse 13 radialer Richtung fluchten. Die Querschnitte sämtlicher Aussparungen 33, 34, 37, 38 sind also zweckmäßigerweise identisch.
Der hülsenförmige Anschlagkörper 36 fungiert unter anderem als Lagerbuchse zur axial verschiebbaren Lagerung auf einem bevorzugt stößelförmig ausgebildeten Abstützelement 42. Letzteres taucht koaxial in den Anschlagkörper 36 hinein und ist von dessen Innenfläche linear verschiebbar umgriffen. Bei dem Abstützelement 42 handelt es sich zweckmäßigerweise um einen kreiszylindrischen Körper.
Anschlagkörper 36 und Abstützelement 42 unterteilen gemeinsam den Hohlraum 32 des Ventilschiebers 8 axial in zwei zueinander koaxiale Hohlraumabschnitte, die im Folgenden als Aufnahmeräume 43a, 43b bezeichnet seien. In jedem dieser Aufnahmeräume 43a, 43b befindet sich eine in Richtung der Längsachse 13 wirksame Druckfedereinrichtung 44a, 44b, die zweckmäßigerweise als Schraubendruckfedereinrichtungen ausgebildet sind und insbesondere aus je einer einzigen Schraubendruckfeder bestehen. Diese sich in axialer Aufeinanderfolge im Innern des Ventilschiebers 8 erstreckenden Druckfedereinrichtungen 44a, 44b sind ein wesentlicher Bestandteil der Zentriereinrichtung 16.
Jede Druckfedereinrichtung 44a, 44b stützt sich mit ihrem dem Abstützelement 42 axial entgegengesetzten äußeren Endabschnitt 45a, 45b in axialer Richtung an einer ventilschieberfesten Abstützfläche 46a, 46b ab. Diese Abstützflächen 46a, 46b sind bevorzugt von den äußeren axialen Begrenzungsflächen der beiden Aufnahmeräume 43a, 43b gebildet, die von den beiden stirnseitigen Abschlusswänden 47a, 47b des Ventilschiebers 8 definiert sind, an deren Außenseite sich die oben erwähnten Stirnfläche 26 befindet. Somit ist der Ventilschieber 8 an beiden Stirnseiten dicht verschlossen, und es kann dort kein Druckmedium austreten oder eindringen. Dies ist insofern wichtig, als die Aussparungen 33, 34, 37, 38 im Bereich des mittleren Steuerabschnittes 15 platziert sind und somit unter Druck stehendes Betätigungsfluid in die beiden Aufnahmeräume 43a, 43b eindringen kann.
Die beiden einander entgegengesetzten Stirnflächen des Anschlagkörpers 36 bilden mit ihren bezüglich der Innenumfangsfläche 52 des Hohlraumes 32 nach radial innen in diesen Hohlraum 32 vorstehenden Flächenabschnitten je eine erste beziehungsweise zweite ringförmige Anschlagfläche 48a, 48b, die der ersten beziehungsweise zweiten ventilschieberfesten Abstützfläche 46a, 46b mit Abstand axial gegenüberliegt. Mit seinem radial weiter außen liegenden Umfangsabschnitt ist der Anschlagkörper 36 in einen bezüglich der Aufnahmeräume 43a, 43b im Durchmesser vergrößerten Lagerabschnitt 53 des Hohlraumes 32 axial unbeweglich eingebettet.
Die beiden ringförmigen Anschlagflächen 48a, 48b ragen so weit radial nach innen, dass sich die jeweils zugeordnete Druckfedereinrichtung 44a, 44b mit ihrem zugewandten inneren Endabschnitt 54a, 54b daran abstützen kann. Somit sind die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b jeweils zwischen einerseits der ventilschieberfesten Abstützfläche 46a, 46b und andererseits der zugewandten ringförmigen Anschlagfläche 48a, 48b axial gefangen. Die beiden vorgenannten Flächenpaare definieren jeweils gemeinsam die maximale Ausdehnungslänge der dazwischen angeordneten Druckfedereinrichtung 44a, 44b.
In der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 liegen gleichzeitig beide Druckfedereinrichtungen 44a, 44b an der ihnen zugeordneten ringförmigen Anschlagfläche 48a, 48b an. Dabei unterliegen die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b einer gewissen axialen Vorspannung.
Gleichzeitig beaufschlagen die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b mit ihren beiden inneren Endabschnitten 54a, 54b in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 auch noch die beiden einander entgegengesetzten Stirnflächen 55a, 55b des Abstützelementes 42, und zwar insbesondere in deren radial außen liegendem Randbereich. Diese Randbereiche der Stirnflächen 55a, 55b bilden erste und zweite ventilgehäusefeste Abstützflächen 56a, 56b für die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b. Diese Abstützflächen 56a, 56b sind deshalb ventilgehäusefest angeordnet, weil das Abstützelement 42 über eine Halterung 57 ortsfest am Ventilgehäuse 2 fixiert ist. Während der Umschaltbewegung 12 des Ventilschiebers 8 behält also das Abstützelement 42 seine Relativposition bezüglich des Ventilgehäuses 2 bei.
Zweckmäßigerweise liegen die beiden ringförmigen Anschlagflächen 48a, 48b in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 in Richtung der Längsachse 13 auf gleicher axialer Höhe mit der jeweils zugeordneten ventilgehäusefesten Abstützfläche 56a, 56b. Am einfachsten lässt sich dies durch eine gleichgroße Baulänge von Anschlagkörper 36 und Abstützelement 42 realisieren. Die gleichzeitige Beaufschlagung durch die Druckfedereinrichtung 44a, 44b kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass man für die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b, bei ausreichend großem Durchmesser des Federdrahtes, einen Nenndurchmesser wählt, der etwa dem Außendurchmesser des Abstützelementes 42 entspricht. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, die letzte Federwindung so abzuwinkeln, dass sie nach innen vor die Stirnfläche 55a, 55b ragt. Ebenso könnten den inneren Endabschnitten 54a, 54b gesonderte, bei spielsweise teller- oder scheibenförmige Druckstücke zugeordnete sein, deren radiale Abmessungen so gewählt sind, dass sie sich sowohl über die Anschlagfläche 48a, 48b als auch die zugeordnete ventilgehäusefeste Abstützfläche 56a, 56b erstrecken.
Durch das Zusammenwirken der Druckfedereinrichtungen 44a, 44b mit den ventilgehäusefesten Abstützflächen 56a, 56b werden auf den Ventilschieber 8 einander entgegengesetzte Federkräfte ausgeübt, die in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 gleichgroß sind, sodass sie die Tendenz haben, den Ventilschieber 8 in der Mittelstellung zu zentrieren. Durch das in der Mittelstellung erfolgende zusätzliche Zusammenwirken mit den Anschlagflächen 48a, 48b wird die Mittellage zusätzlich exakt definiert, weil verhindert wird, dass sich die Druckfedereinrichtungen 44a, 44b über ein vorbestimmtes Maß hinaus ausdehnen können.
In der Mittelstellung besteht ein Kräftegleichgewicht zwischen den beiden in einander entgegengesetzte Richtungen auf den Ventilschieber 8 einwirkenden Druckfedereinrichtungen 44a, 44b. Wird nun zum Umschalten des Ventilschiebers 8, insbesondere durch Aktivierung des einen oder anderen Vorsteuerventils 24, eine zusätzliche, in der einen oder anderen Richtung wirksame Betätigungskraft auf den Ventilschieber 8 aus geübt, verlagert sich dieser in Richtung einer seiner Extremstellungen. Wirkt die Betätigungskraft beispielsweise nach rechts, gelangt der Ventilschieber 8 hierbei letztlich in die aus 2 ersichtliche rechte Extremstellung. Bei dieser Verlagerung entfernt sich die momentan voreilende ventilschieberfeste Abstützfläche 46a von der ihr axial gegenüberliegenden, an dem Abstützelement 42 angeordneten ventilgehäusefesten Abstützfläche 56a. Gleichzeitig nähert sich die momentan nacheilende ventilgehäusefeste Abstützfläche 56b an die dieser gegenüberliegende ventilgehäusefeste Abstützfläche 56b an. Während Letzteres zur Folge hat, dass die in 2 links liegende Druckfedereinrichtung 44b komprimiert und folglich ihre auf den Ventilschieber 8 einwirkende, in Richtung der Mittelstellung wirksame Federkraft verstärkt wird, wirkt sich Ersteres auf den Kompressionszustand der rechten Druckfedereinrichtung 44a nicht aus. Diese kann sich insbesondere nicht weiter entspannen, weil ihr innerer Endabschnitt 54a von dem sich zusammen mit dem Ventilschieber 8 nach rechts bewegenden Anschlagkörper 36 mitgenommen und dadurch von der benachbarten ventilgehäusefesten Abstützfläche 56a abgehoben wird.
Wird die auf den Ventilschieber 8 wirkende externe Betätigungskraft wieder weggenommen, kehrt der Ventilschieber 8 aufgrund der sich wieder entspannenden linken Druckfedereinrichtung 44b in die zentrierte Mittelstellung zurück.
Bei einer Beaufschlagung des Ventilschiebers 8 in entgegengesetzter Richtung, in 1 also nach links, laufen die eben geschilderten Vorgänge mit entgegengesetzten Vorzeichen ab.
Da die beiden ventilgehäusefesten Abstützflächen 56a, 56b an einem im Innern des Ventilschiebers 8 axial zwischen den beiden Druckfedereinrichtungen 44a, 44b angeordneten ventilgehäusefesten Abstützelement 42 angeordnet sind, werden die dem Ventilschieber 8 außen axial vorgelagerten Bereiche für die Zentriermaßnahmen nicht benötigt. Somit können dort problemlos die für das Umschalten des Ventilschiebers 8 zweckmäßigen Betätigungskolben 17 platziert werden. Beide Druckfedereinrichtungen 44a, 44b befinden sich unabhängig von der momentanen Schaltstellung des Ventilschiebers 8 über ihre gesamte Länge im Innern des Ventilschiebers 8.
Die Umschaltbewegung 12 wird durch die Halterung 57 nicht behindert, weil Letztere durch die miteinander fluchtenden Aussparungen 33, 34, 37, 38 von Ventilschieber 8 und Anschlagkörper 36 spielbehaftet hindurchgreift. Dies erreicht man dadurch, dass die Breite der Halterung 57 etwas geringer ist als diejenige der vorgenannten Aussparungen, sodass eine ver klemmungsfreie Linearbewegung des Ventilschiebers 8 bezüglich der Halterung 57 stattfinden kann. Gleichzeitig sind die Aussparungen 33, 34, 37, 38 ausreichend lang ausgeführt, um den erforderlichen Umschaltweg bezüglich der in Längsrichtung der Aussparungen geringere Abmessungen aufweisenden Halterung 57 zu gestatten.
Bevorzugt ist die Halterung 57 stiftförmig ausgebildet und quer zur Längsachse 13 des Ventilschiebers 8 ausgerichtet. Exemplarisch handelt es sich um einen Zylinderstift, wenngleich auch andere Außenkonturen möglich wären, beispielsweise mehreckiger Natur. Die stiftförmige Halterung 57 könnte beispielsweise auch eine quadratische oder länglichrechteckige Querschnittskontur besitzen.
Die Halterung 57 kann gleichzeitig beide sie auf diametral entgegengesetzten Seiten flankierende Aussparungspaarungen 33, 37; 34, 38 durchsetzen und kann dabei auch auf diametral entgegengesetzten Seiten über den Ventilschieber 8 vorstehen. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der Fall.
Prinzipiell können dabei beide aus dem Ventilschieber 8 herausragenden Endabschnitte 62, 63 der Halterung 57 zur gehäuseseitigen Fixierung verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Bauform, bei der vergleichbar dem Ausfüh rungsbeispiel nur der eine Endabschnitt 62 als zur gehäuseseitigen Fixierung verwendeter Halteabschnitt 64 fungiert, während der entgegengesetzte Endabschnitt 63 bezüglich des Ventilgehäuses 2 keinerlei Haltefunktion übernimmt. Es ist insbesondere möglich, den an der Befestigung nicht beteiligten Endabschnitt 63 frei und ohne Abstützung auslaufen zu lassen.
Denkbar wäre auch eine Bauform, bei der der an der gehäuseseitigen Fixierung unbeteiligte Endabschnitt 63 der Halterung 57 über den Ventilschieber 8 nicht hinausragt.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die Halterung 57 entweder mit dem Ventilgehäuse 2 oder mit dem Abstützelement 42 oder mit beiden Komponenten einstückig verbunden. Dies ließe sich beispielsweise durch eine Gießfertigung realisieren. Aus montagetechnischer Sicht wird jedoch der auch beim Ausführungsbeispiel verwirklichten Bauform der Vorzug gegeben, bei der die Halterung 57 ein bezüglich sowohl des Abstützelements 48 als auch des Ventilgehäuses 2 separates Bauteil ist. Hier durchgreift die bevorzugt stiftförmige Halterung 57 eine das Abstützelement 42 quer durchsetzende Lageraufnahme 65 und ist mit ihrem Halteabschnitt 64 in eine zum Ventilschieber 8 hin offene Halteausnehmung 66 des Ventilgehäuses 2 in befestigter Weise eingesetzt. Bevorzugt ist die Halterung 57 in die Halteausnehmung 66 einfach eingesteckt, wobei sie eingepresst und/oder durch Verkleben fixiert sein kann. Auch eine Gewindeverbindung durch Einschrauben wäre möglich. Die Halteausnehmung 66 hat längliche Gestalt und erstreckt sich bezüglich der Längsachse 13 in radialer Richtung.
Der Durchgriff der Halterung 57 durch die Lageraufnahme 65 erfolgt zweckmäßigerweise spielbehaftet, sodass das Abstützelement 42 relativ zu der Halterung 57 in bezüglich der Längsachse 13 radialer Richtung verschieblich ist. Dies ermöglicht bei der Umschaltbewegung 12 des Ventilschiebers 8 einen selbsttätigen Toleranzausgleich und verhindert ein Verklemmen der relativ zueinander bewegten Bauteile.
Das Einsetzen der Halterung 57 geschieht von außen her durch eine zur Ventilkammer 7 hin offene Montageöffnung 67 des Ventilgehäuses 2 hindurch. Dabei kann auf eine gesonderte, lediglich dem Montagezweck dienende Montageöffnung 67 verzichtet werden, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel, die Halteausnehmung 66 so platziert ist, dass einer der Ventilkanäle 4 als Montageöffnung 67 verwendbar ist. Dabei wird dann die Halteausnehmung 66 insbesondere so platziert, dass sie sich an der dem betreffenden Ventilkanal 4 bezüglich dem Ventilschieber 8 diametral entgegengesetzten Seite des zugeordneten Steuerabschnittes 15 befindet, wobei ihre Öffnung dem Ventilkanal 4 zugewandt ist.
Exemplarisch fungiert der Speisekanal 4a als Montageöffnung 67, und die Halteausnehmung 66 befindet sich in dem den mittleren Steuerabschnitt 15 begrenzenden Wandabschnitt des Ventilgehäuses 2.
Die beiden Extremstellungen des Ventilschiebers 8 sind beim Ausführungsbeispiel dadurch mechanisch vorgegeben, dass der Ventilschieber 8 stirnseitig, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Betätigungskolbens 17, auf die axial vorgelagerte gehäusefeste Abschlusswand 68a, 68b der Ventilkammer 7 aufläuft. Alternativ könnten die Extremstellungen jedoch auch durch das Auflaufen der axialen Begrenzungsflächen 72 der Aussparungen 33, 34, 37, 38 auf die Halterung 57 vorgegeben werden.
Um die diversen Komponenten auf einfache Weise im Ventilschieber 8 platzieren zu können, besteht dieser zweckmäßigerweise aus zwei koaxial aneinandergesetzten und in einem Fügebereich 74 fest miteinander verbundenen Ventilschieberhälften 73a, 73b. Jede Ventilschieberhälfte 73a, 73b beinhaltet einen Längenabschnitt des Hohlraumes 32, der einenends durch eine der stirnseitigen Abschlusswände 47a, 47b verschlossen und andernends, zum Fügebereich 74 hin, offen ist. Vor dem Zusammensetzen der beiden Ventilschieberhälften 73a, 73b werden die beiden Druckfedereinrichtungen 44a, 44b in je eine der Ventilschieberhälften 73a, 73b eingesteckt, worauf nach vorherigem Zwischenfügen des hülsenförmigen Anschlagkörpers 36 und des Abstützelementes 42 die Ventilschieberhälften 73a, 73b unter koaxialer Ausrichtung aneinander angesetzt werden. Die feste Verbindung kann beispielsweise durch eine in dem Fügebereich 74 vorgenommene Schweiß- oder Klebeverbindung hergestellt werden. Die Zentrierung erfolgt insbesondere durch den in den Lagerabschnitt 53 eingesetzten Anschlagkörper 32.
Beide Ventilschieberhälften 73a, 73b umfassen auch je eine Längenhälfte der beiden Aussparungen 33, 34, die sich im zusammengefügten Zustand zu den besagten ersten und zweiten Aussparungen 33, 34 ergänzen.
Bei einer möglichen alternativen Ausführungsform ist wenigstens eine der stirnseitigen Abschlusswände 47a, 47b als stirnseitiges Verschlussglied des Hohlraumes 32 ausgebildet, das erst installiert wird, nachdem zuvor durch eine von ihm zu verschließende stirnseitige Montageöffnung hindurch die erforderlichen Komponenten in den Hohlraum 32 eingesetzt wurden.
Zu der Halterung 57 ist noch nachzutragen, dass diese lediglich das Abstützelement 42 in Richtung der Längsachse 13 ortsfest zu fixieren hat. Die radiale Zentrierung des Ventilschiebers 8 und mithin auch des darin verschiebbar gelagerten Abstützelementes 42 übernehmen die ringförmigen Dichtungsmittel 14 und/oder sonstige eventuell zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Ventilschieber 8 wirkende Führungsmittel.

Claims

Mehrwegeventil, mit einem in einem Ventilgehäuse (2) angeordneten Ventilschieber (8), der relativ zum Ventilgehäuse (2) zwischen einer durch eine Zentriereinrichtung (16) zentrierten Mittelstellung und zwei diesseits und jenseits der Mittelstellung liegenden Extremstellungen axial umschaltbar ist, wobei die Zentriereinrichtung (16) zwei sich im Ventilschieber (8) längs diesem in axialer Aufeinanderfolge erstreckende Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) enthält, die in der Mittelstellung zwischen jeweils einer ventilgehäusefesten und einer diesbezüglich beabstandeten ventilschieberfesten Abstützfläche (56a, 46a; 56b, 46b) axial verspannt sind und dabei gleichzeitig mit ihrem der ventilgehäusefesten Abstützfläche (56a, 56b) zugeordneten Endabschnitt (54a, 54b) auf je eine vom Ventilschieber (8) getragene Anschlagfläche (48a, 48b) einwirken, die gemeinsam mit der ihr jeweils mit Abstand gegenüberliegenden ventilschieberfesten Abstützfläche (46a, 46b) die maximale Ausdehnungslänge der dazwischen angeordneten Druckfedereinrichtung (44a, 44b) vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die ventilgehäusefesten Abstützflächen (56a, 56) an einem im Innern des Ventilschiebers (8) axial zwischen den beiden Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) angeordneten, ventilgehäusefesten Abstützelement (42) angeordnet sind, bezüglich dem der Ventilschieber (8) zum Ändern seiner Schaltstellung axial verschiebbar ist, wobei die beiden Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers (8) über ihre gesamte Länge innerhalb des Ventilschiebers (8) aufgenommen sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden mit jeweils einer der Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) kooperierenden ventilgehäusefesten Abstützflächen (56a, 56b) an den einander entgegengesetzten Stirnseiten des Abstützelementes (42) befinden.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (42) stößelförmig ausgebildet und in Längsrichtung des Ventilschiebers (8) ausgerichtet ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (42) über eine den Ventilschieber (8) zumindest teilweise quer durchsetzende Halterung (57) am Ventilgehäuse (2) fixiert ist, wobei die Halterung mindestens eine dem Ventilschieber (8) einen für seine Umschaltbewegung notwendigen axialen Bewegungsspielraum verleihende Aussparung (33, 34) des Ventilschiebers (8) durchgreift.
Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) stiftförmig ausgebildet und quer zur Längsachse (13) des Ventilschiebers (8) ausgerichtet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) quer zur Längsachse (13) des Ventilschiebers (8) verschieblich in eine Lageraufnahme (65) des Abstützelementes (42) eingreift.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) lediglich einenends am Ventilgehäuse (2) fixiert ist, wobei sie andernends frei enden kann.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) an einander diametral gegenüberliegenden Umfangsstellen des Ventilschiebers (8) aus diesem herausragt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) durch einen zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses (2) hin offenen Ventilkanal (4, 4a) des Ventilgehäuses (2) hindurch im Ventilgehäuse (2) verankert ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Extremstellungen durch Auflaufen der axialen Begrenzungsflächen (72) der mindestens einen Aussparung (33, 34) auf die Halterung (57) vorgegeben sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) jeweils in einem im Innern des Ventilschiebers (8) ausgebildeten Aufnahmeraum (43a, 43b) aufgenommen sind, wobei die ventilschieberseitigen Abstützflächen (46a, 46b) von den äußeren axialen Begrenzungsflächen dieser Aufnahmeräume (43a, 43b) gebildet sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) jeweils in einem im Innern des Ventilschiebers (8) ausgebildeten Aufnahmeraum (43a, 43b) aufgenommen sind, wobei diese Aufnahmeräume (43a, 43b) zumindest am Außenumfang und axial außen dicht verschlossen sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeräume (43a, 43b) zylindrisch gestaltet sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeräume (43a, 43b) axial innen von dem Abstützelement (42) begrenzt sind, das sich in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilschiebers (8) durch Relativverschiebung bezüglich des Ventilschiebers (8) unter Komprimierung jeweils einer der zugeordneten Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) an die eine oder andere ventilschieberfeste Abstützfläche (46a, 46b) axial annähern kann.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedereinrichtungen (44a, 44b) jeweils mindestens eine Schraubendruckfeder enthalten.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlagflächen (48a, 48b) axial ortsfest am Ventilschieber (8) angeordnet sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlagflächen (48a, 48b) ringförmig ausgebildet und koaxial zu dem ventilgehäusefesten Abstützelement (42) angeordnet sind, derart, dass das Abstützelement (42) durch die ringförmigen Anschlagflächen (48a, 48b) axial hindurchgreifen kann.
Mehrwegeventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (42) in der Mittelstellung des Ventilschiebers (8) von den beiden ringförmigen Anschlagflächen (48a, 48b) konzentrisch umschlossen ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlagflächen (48a, 48b) an einem im Innern des Ventilschiebers (8) bezüglich diesem axial unbeweglich angeordneten, das Abstützelement (42) koaxial umschließenden hülsenförmigen Anschlagkörper (36) ausgebildet sind, insbesondere an den einander entgegengesetzten Stirnseiten dieses Anschlagkörpers (36).
Mehrwegeventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (42) auf dem Anschlagkörper (36) axial verschiebbar gelagert ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (57) für das Abstützelement (42) mindestens eine dem Ventilschieber (8) einen für seine Umschaltbewegung notwendigen axialen Bewegungsspielraum verleihende Aussparung (37, 38) des hülsenförmigen Anschlagkörpers (36) durchgreift.
Mehrwegeventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aussparung (37, 38) des hülsenförmigen Anschlagkörpers (36) mit der mindestens einen Aussparung (33, 34) des Ventilschiebers (8) fluchtet.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jede Druckfedereinrichtung (44a, 44b) in der Mittelstellung des Ventilschiebers (8) einenends an einer ventilschieberfesten Abstützfläche (46a, 46b) anliegt und andernends gleichzeitig an einer ventilgehäusefesten Abstützfläche (56a, 56b) und einer dieser benachbarten, bezüglich des Ventilschiebers (8) axial ortsfesten Anschlagfläche (48a, 48b).
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (8) aus zwei koaxial aneinandergesetzten Ventilschieberhälften (73a, 73b) besteht, in deren Fügebereich (74) das Abstützelement (42) platziert ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilschieber (8) an mindestens einer Stirnseite ein zum Umschalten des Ventilschiebers (8) fluidbeaufschlagbarer Betätigungskolben (17) vorgelagert ist.