DE19654254C2 - Mehrfach-Sitzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrfach-Sitzventil für druckmittelbetriebene Verbraucher, bestehend aus einem Zweiwegeventil und einem Dreiwegeventil.

Komplexer werdende Steuerungssysteme in der Fluidtech­ nik erfordern zunehmend Sonderlösungen, zum einen als integrierte Anordnung wegen der Baugröße, zum anderen werden aus Gründen einer Steigerung der Betriebszuver­ lässigkeit Funktionen zusammengefaßt.

Aus der DE 30 05 547 A1 ist eine Mehrfach-Ventilanordnung bekannt, bei der ein Teil der Gesamtfunktion von einem Sitzventil, ein anderer Teil von einem Kolbenschieber­ ventil erfüllt wird. Nachteilig ist bei dieser Anord­ nung, daß systembedingt der Kolbenschieber entweder hinsichtlich der Dichtheit Probleme aufwirft oder, wenn er so ausgelegt ist, daß Dichtheit erreicht wird, die Betätigungskraft sehr hoch wird. Ferner kann wegen der nur schwer beherrschbaren Reibungen die Schaltzeit die­ ser Mehrfach-Ventilanordnung relativ stark schwanken.

Mehrfach-Sitzventilanordnungen haben außerdem stets das Problem einer funktionellen Überbestimmung, da ein Ven­ tilsitz nur bei einer bestimmten Anpreßkraft dicht ist. Mehrere solcher Sitzanordnungen erfordern daher einen hohen Abstimmaufwand bei der Montage, wobei trotzdem im Verlauf des Betriebes unkontrollierbare Veränderungen beispielsweise der elastischen Eigenschaften der Dich­ tungen auftreten können, was zu Funktionsstörungen füh­ ren kann.

Ein Mehrwege-Sitzventil geht aus der DE 33 22 912 A1 hervor. Dieses 5/2-Wege-Sitventil weist einen Doppel­ ventilkörper auf, welcher mit zwei Einlaßventilsitzen zusammenwirkt und zwei weiteren Ventilkörpern, die mit je einem Auslaßventilsitz zusammenwirken. Bei diesem 5/2-Wege-Sitzventil sind die Anschlüsse fluidisch ge­ koppelt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Mehrfach- Sitzventil der eingangs genannten Art konstruktiv mög­ lichst einfach zu gestalten. Insbesondere sollen ferner die Sitzventile druckausgeglichen sein und eine funk­ tionelle Überbestimmung vermieden werden.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Wegeventile in einem gemeinsamen Gehäuse einge­ baut und durch ein gemeinsames Antriebselement betätig­ bar sind. Die beiden Wegeventile sind fluidisch entkop­ pelt mittels einer zwischen den beiden Wegeventilen im Ventilgehäuse ausgebildeten drucklosen Kammer.

Vorzugsweise sind die beiden Wegeventile in einer Achse hintereinander angeordnet.

Vom Antriebselement aus gesehen kann zuerst das Zweiwe­ geventil und dann das Dreiwegeventil angeordnet sein, oder auch umgekehrt.

Vorteilhafterweise ist das Zweiwegeventil und/oder das Dreiwegeventil druckausgeglichen gestaltet, wobei zweckmäßigerweise längs am Antriebselement Dichtungs­ scheiben in Führungen angeordnet sind und Ventilsitze vorgesehen sind, deren Durchmesser gleich dem Durchmes­ ser der Führungen sind.

Die Dichtungsscheiben laufen hierbei in glatten Führun­ gen, ohne daß etwaige Bohrungen oder Kanäle überlaufen werden.

Besteht das Antriebselement aus einem Kolben und einer Kolbenstange und haben die beiden Wegeventile je einen Ventilteller, der die Verbindung vom Druckmittelan­ schluß zum zugehörigen Verbraucher steuert, so ist vor­ zugsweise vorgesehen, daß einer dieser beiden Ventil­ teller auf und relativ zur Kolbenstange axial ver­ schiebbar angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist dieser Ventilteller fest mit ei­ nem über das freie Ende der Kolbenstange geschobenen Betätigungsrohr verbunden und zwischen dem freien Ende der Kolbenstange und dem geschlossenen Ende des Betätigungsrohres ist ein Abstand vorhanden, den die Kolben­ stange erst durchläuft, ehe sie das Betätigungsrohr und damit diesen Ventilteller betätigen bzw. öffnen kann.

In seiner Schließrichtung ist dieser Ventilteller zweckmäßigerweise ständig durch eine Druckfeder beauf­ schlagt.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung er­ läutert, die ein Mehrfach-Sitzventil im Schnitt zeigt.

Das erfindungsgemäße Mehrfach-Sitzventil 10 hat ein Ge­ häuse 12, in welchem ein Arbeitskolben 14, der mit ei­ ner Kolbenstange 16 versehen ist, axial hin und her be­ wegbar eingebaut ist.

Das Ventil 10 besteht aus einem Zweiwegeventil 18 und einem Dreiwegeventil 20. Die beiden Wegeventile 18, 20 sind im Gehäuse 12 in Achsrichtung der Kolbenstange 16 hintereinander eingebaut, wobei gesehen vom Kolben 14 aus zuerst das Zweiwegeventil 18 und daran anschließend das Dreiwegeventil 20 ausgebildet ist, wobei diese An­ ordnung aber auch umgekehrt gewählt werden kann.

Zum Zweiwegeventil 18 gehören ein Zulaufanschluß P2 für das Druckmittel und ein Verbraucheranschluß A2, und die Verbindung von P2 nach A2 wird geöffnet und geschlossen durch einen fest mit der Kolbenstange 16 verbundenen Ventilteller 22, der mit einem im Gehäuse 12 ausgebil­ deten Ventilsitz 24 zusammenwirkt.

Zum Dreiwegeventil 20 gehören ein Zulaufanschluß P1 für das Druckmittel, ein Verbraucheranschluß A1 und ein Rücklaufanschluß oder Entlüftungsanschluß R.

Die Verbindung vom Zulaufanschluß P1 zum Verbraucheran­ schluß A1 wird geöffnet und geschlossen durch einen Ventilteller 30, der mit einem im Gehäuse 12 ausgebil­ deten Ventilsitz 32 zusammenwirkt, und die Verbindung vom Verbraucheranschluß A1 zum Rücklaufanschluß R wird geöffnet und geschlossen durch einen fest mit der Kol­ benstange 16 verbundenen Ventilteller 26, der mit einem im Gehäuse 12 ausgebildeten Ventilsitz 28 zusammen­ wirkt.

Der Arbeitskolben 14 kann über einen Druckanschluß 36 mit einem Druckfluid beaufschlagt werden, wodurch er das Ventil 10 gegen die Kraft einer Druckfeder 34 in die Schaltposition (nicht gezeigt) umschaltet. Wird der Kolben 14 druckentlastet, so wird er durch die Feder 34 in die in der Zeichnung dargestellte Null-Position ge­ schaltet, in welcher die beiden Wegeventile geschlossen sind.

Zwischen dem Verbraucheranschluß A2 und dem Kolben 14 ist eine Dichtscheibe 38 angeordnet, die fest mit der Kolbenstange verbunden und in einer Führung 44 des Ge­ häuses 12 geführt ist. Zwischen dem Zulaufanschluß P2 und dem Rücklaufanschluß R ist eine Dichtscheibe 40 an­ geordnet, die fest mit der Kolbenstange 16 verbunden und in einer Führung 44 im Gehäuse 12 geführt ist. Zwischen dem Zulaufanschluß P1 und dem freien Ende 48 der Kolbenstange 16 ist eine Dichtscheibe 42 angeordnet, die in einer Führung 44 des Gehäuses 12 geführt ist.

Der Durchmesser der Führungen 44, in denen die Dicht­ scheiben 38, 40 und 42 laufen, ist gleich dem Durchmes­ ser der Ventilsitze 24, 28 und 32. Die Führungen 44 im Gehäuse 12 für die Dichtscheiben 38, 40 und 42 sind glatt und gleichmäßig zylindrisch ausgeführt und ohne Bohrungen, Nuten, Kanäle oder dgl., so daß die drei Dichtscheiben 38, 40 und 42 im Betrieb des Ventils nur in den glatten Führungen 44 laufen, ohne Bohrungen, Nu­ ten oder Kanäle überlaufen zu müssen.

Über das freie Ende 48 der Kolbenstange 16 ist mit et­ was radialem Spiel ein Betätigungsrohr 46 geschoben, mit dessen freien, dem Kolben 14 zugewandten Ende der Ventilteller 30 fest verbunden ist. Ebenso ist die Dichtscheibe 42, die einen axialen Abstand vom Ventil­ teller 30 hat, fest mit dem Betätigungsrohr 46 verbun­ den.

In Schließrichtung des Ventiltellers 30 ist die Dicht­ scheibe 42 ständig durch eine Druckfeder 54 beauf­ schlagt, wodurch über das Betätigungsrohr 46 der Ven­ tilteller 30 gegen seinen Ventilsitz 32 gedrückt wird.

Zwischen dem freien Ende 48 der Kolbenstange 16 und dem anderen, geschlossenen Ende 50 des Betätigungsrohres 46 ist ein axialer Abstand 52 vorhanden.

Mit 56 sind Entlüftungsbohrungen bezeichnet, die ver­ hindern, daß sich im Betrieb unter dem Arbeitskolben 14 und unter der Dichtscheibe 42 Druckpolster aufbauen.

Beide Wegeventile 18 und 20 sind vollständig druckent­ lastet wegen der gleichen Durchmesser der Führungen 44 und der Ventilsitze 24, 28 und 32.

Fluidisch sind die beiden Wegeventile 18 und 20 entkop­ pelt durch eine zwischen den beiden Ventilen liegende druckfreie Kammer 58, die ständig in Verbindung mit dem Rücklaufanschluß bzw. Entlüftungsanschluß R steht.

Das vorbeschriebene Mehrfach-Sitzventil arbeitet fol­ gendermaßen.

In der Zeichnung ist die Null-Position des Ventils dar­ gestellt, das heißt der Kolben 14 ist nicht druckbeauf­ schlagt, weshalb durch die Feder 34 das Ventil in die Schließstellung geschaltet wird, in welcher die Ventil­ sitze 32 und 24 geschlossen und der Ventilsitz 28 ge­ öffnet ist. Der Verbraucher A1 ist zum Rücklaufanschluß R entlüftet und der Verbraucher A2 ist drucklos. Der Ventilteller 30 wird hierbei, wie bereits ausgeführt, nicht über Kolben 14 und Kolbenstange 16, sondern über die Feder 54, die Dichtscheibe 42 und das Betätigungs­ rohr 46 gegen den Ventilsitz 32 angepreßt.

Wird der Kolben 14 über den Druckanschluß 36 mit Druck beaufschlagt, so bewegt er sich gegen die Kraft der Fe­ der 34 nach unten (bezogen auf die Zeichnung) und öffnet dabei zunächst den Ventilsitz 24, wodurch der Ver­ braucheranschluß A2 mit dem Zulaufanschluß P2 verbunden wird. Der Ventilteller 26 bewegt sich auf seinen Ven­ tilsitz 28 zu. Die beiden Dichtscheiben 38 und 40 wer­ den ebenfalls durch die Kolbenstange 16 axial verscho­ ben, bleiben aber innerhalb ihrer jeweiligen Führung 44.

Die Kolbenstange 16 durchläuft bei ihrer axialen Bewe­ gung den Abstand 52 zwischen ihrem freien Ende 48 und dem Ende 50 des Betätigungsrohres 46. Erst dann, wenn das freie Ende 48 der Kolbenstange 16 auf das Ende 50 des Betätigungsrohres 46 auftrifft, wird bei weiterer, axialer Bewegung des Kolbens 14 und der Kolbenstange 16 auch das Betätigungsrohr 46 abwärts (bezogen auf die Zeichnung) axial verschoben und dadurch der Ventiltel­ ler 30 von seinem Ventilsitz 32 abgehoben, wodurch eine Verbindung vom Zulaufanschluß P1 zum Verbraucheran­ schluß A1 hergestellt wird. Mit dem Betätigungsrohr 46 wird auch die Dichtscheibe 42 axial verschoben, bleibt aber ständig innerhalb ihrer Führung 44.

Der Abstand 52 ermöglicht einen überschneidungsarmen Betrieb, da je nach Größe des Abstandes 52 der Ventil­ teller 30 den Ventilsitz 32 erst öffnet, wenn der Ven­ tilteller 26 schon fast seinen Ventilsitz 28 erreicht hat.

Durch den Abstand 52 wird ferner eine Überbestimmung des Ventilsystems, daß heißt der beiden Ventilteller 22 und 30 vermieden, die jeweils druckbeaufschlagt in die gleiche Richtung öffnen. Da die zugehörigen Ventilsitze räumlich fixiert sind, könnte bei nicht einwandfreier Montage oder bei betriebsbedingter oder alterungsbe­ dingter Veränderung der Elastomerplatte der Ventiltel­ ler die Gefahr einer unkontrollierbaren Undichtheit auftreten. Dies wird durch die Anfederung des Ventil­ tellers 30 vermieden.

Wird der Druck vom Arbeitskolben 14 abgenommen, so wird das Ventil durch die Feder 34 und die Feder 54 wieder in die in der Zeichnung dargestellte Schließ-Position geschaltet. Das Dreiwegeventil 20 betätigt einen Ver­ braucher, z. B. belüftet und entlüftet es einen Pneuma­ tikzylinder. Das Zweiwegeventil 18 kann eine andere Funktion an oder in Verbindung mit diesem Verbraucher, z. B. eine Sicherungsfunktion ausführen. Dabei ist, wie vorstehend beschrieben, nur eine Betätigung bzw. An­ triebselement für beide Wegeventile 18 und 20 erforder­ lich.

Der Durchmesser des Kolbens 14 ist wegen der Rückstell­ feder 34 und wegen der im Betrieb auftretenden Rei­ bungskräfte größer als der Durchmesser der Ventilsitze und der Dichtscheiben. In der in der Zeichnung darge­ stellten Schließ-Position des Ventils sind die Ventil­ sitze 24 und 32 geschlossen, der Ventilsitz 28 ist ge­ öffnet, das heißt der Verbraucher A1 ist über den offe­ nen Ventilsitz 28 und den Auslaßanschluß R entlüftet.

Sämtliche Schaltbewegungen verlaufen druckentlastet, da das Druckfluid in jeder Kammer des Ventils, die begrenzt ist von einem Ventilteller und einer Dichtschei­ be, auf beide Teile die gleiche Kraft ausübt, da ihre wirksamen Flächen gleich groß sind.

Dies gilt sowohl für die in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung als auch für die oben beschriebene Schalt­ stellung. In der dargestellten Ausführungsform ist un­ mittelbar nach dem Kolben 14 das Zweiwegeventil 18 und daran anschließend das Dreiwegeventil 20 ausgebildet. Das Ventil kann aber auch umgekehrt ausgeführt sein, derart, daß auf den Kolben 14 zuerst das Dreiwegeventil und dann das Zweiwegeventil folgt.

Claims (8)

1. Mehrfach-Sitzventil für druckmittelbetriebene Ver­ braucher, bestehend aus einem Zweiwegeventil und einem Dreiwegeventil, wobei die beiden Wegeventile (18, 20) in einem gemeinsamen Gehäuse (12) einge­ baut, durch ein gemeinsames Antriebselement (14, 16) betätigbar und fluidisch entkoppelt sind mit­ tels einer zwischen den beiden Wegeventilen (18, 20) im Ventilgehäuse (12) ausgebildeten drucklosen Kammer (58).

2. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Wegeventile (18, 20) in einer Achse hintereinander angeordnet sind.

3. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß längs am Antriebselement (16) Dichtungsscheiben (38, 40, 42) in Führungen (44) angeordnet sind.

4. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Ventilsitze (24, 28, 32) vorge­ sehen sind, deren Durchmesser gleich dem Durchmes­ ser der Führungen (44) sind.

5. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungen (44) für die Dich­ tungsscheiben (38, 40, 42) glatt und gleichmäßig ausgebildet sind, derart, daß die Dichtungsschei­ ben (38, 40, 42) in den Führungen axial bewegbar sind, ohne Bohrungen oder Kanäle zu überlaufen.

6. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antriebselement (14, 16) aus einem Kolben (14) und einer Kolbenstange (16) be­ steht und die beiden Wegeventile (18, 20) je einen Ventilteller (24, 30) haben, der die Verbindung vom Druckmittelanschluß zum zugehörigen Verbrau­ cheranschluß steuert, und daß der eine Ventiltel­ ler (30) auf und relativ zur Kolbenstange (16) axial verschiebbar angeordnet ist.

7. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der eine Ventilteller (30) fest mit einem über das freie Ende (48) der Kolbenstan­ ge (16) geschobenen Betätigungsrohr (46) verbunden ist, und daß zwischen dem freien Ende (48) der Kolbenstange (16) und dem geschlossenen Ende (50) des Betätigungsrohres (46) ein Abstand (52) vor­ handen ist, den die Kolbenstange (16) durchläuft, ehe der eine Ventilteller (30) betätigbar ist.

8. Mehrfach-Sitzventil nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der eine Ventilteller (30) in seiner Schließrichtung ständig durch eine Druckfeder (54) beaufschlagt ist.