DE19934053A1 - Mehrwegeventil - Google Patents

Abstract

Um bei einem Mehrwegeventil zur Steuerung des Flusses eines unter Druck stehenden Fluides, das von einer Speisedruckleitung oder einer Entlüftungsleitung zu einer Arbeitsleitung geführt ist, mit einem Ventilgehäuse (1), welches eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit einer Mehrzahl von ringförmigen Steuerkanten (9) aufweist, die innere Kammern bilden, welche mit äußeren Anschlüssen (2, 3a, 3b, 4a, 4b) zum Anschluß von Druckmittelleitungen in Verbindung stehen, mit axial in der Bohrung geführten bewegbaren Mittel zum Schalten des Fluidflusses zwischen den Anschlüssen (2, 3a, 3b, 4a, 4b) und mit Mitteln zur Bewegung dieser Schaltmittel relativ zum Ventilgehäuse (1), welche zumindest an einem Ende der Schaltmittel angeordnet sind, eine hohe Durchflußrate bei relativ kleinbauendem Gehäuse zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Steuerkanten (9) zumindest zwei innere Kammern für den Arbeits-Anschluß (3a, 3b) und zumindest zwei innere Kammern für den Entlüftungs-Anschluß (4a, 4b) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil zur Steuerung des Flusses eines unter Druck stehenden Fluides gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Ventile sind aus dem Katalog "Know-how in Pneumatik" der AB Rexroth Mecman, Stockholm (1998, Seite 5.64) bekannt. Das offenbarte 3/2-Wegeventil besitzt ein Ventilgehäuse, mit welchem das Ventil auf eine beliebige Unterkonstruktion befestigbar ist. An dem Ventilgehäuse befindet sich ein Speisedruck-Anschluß für Druckluft, ein Arbeits-Anschluß sowie ein Entlüftungs-Anschluß. Das Ventil weist zwei Schaltpositionen "geöffnet" sowie "geschlossen" auf und wird mit Druckluft angesteuert. Das Ventilgehäuse ist mit einer axialen Bohrung versehen, die eine Mehrzahl von Absätzen aufweist, um innenliegende Steuerkanten und Kammern zu bilden. Die Kammern sind mit den vorstehend beschriebenen äußeren Anschlüssen verbunden. Der Fluidfluß des Druckmediums wird durch die Schaltkanten gesteuert. Mit den als Steuerkanten ausgebildeten Ventilsitzen wirkt ein Ventilstößel als Schaltelement zusammen. Dieser ist zu diesem Zweck axial in der Bohrung geführt. Um den Ventilstößel axial zu bewegen, ist dieser an einem Ende als Kolben ausgeformt. Der Kolben arbeitet mit einer Steuerkammer zusammen, welche im Ventilgehäuse integriert ist, um die Schaltposition des Ventils mittels Druckluft zu steuern. Um den Ventilstößel in seine Normalposition zurückzuführen ist eine Feder vorgesehen, die zwischen dem Ventilstößel und dem Ventilgehäuse plaziert ist.

Das 3/2-Wegeventil wird häufig gemeinsam mit einem einfachwirkenden Druckmittelzylinder benutzt. Ein einfachwirkender Druckmittelzylinder wird durch Druckmittel - wie beispielsweise Druckluft - in einer Richtung betrieben; die Bewegung in die andere Richtung übernimmt eine eingebaute Druckfeder. Der einfachwirkende Druckmittelzylinder kann lediglich eine Kraft in die Richtung aufbringen, in die das. Druckmittel wirkt. Zu diesem Zweck ist die Druckkammer des Druckmittelzylinders mit dem Arbeits-Anschluß des Ventiles über eine Druckmittelleitung verbunden. Der Arbeits-Anschluß des Ventiles wird mit dem Speisedruck-Anschluß verbunden, um die Kolbenstange des einfachwirkenden Zylinders gegen die Kraft der eingebauten Druckfeder auswärts zu bewegen. Hierbei ist der Entlüftungs-Anschluß geschlossen. Um die Kolbenstange des einfachwirkenden Zylinders einwärts zu bewegen, wird der Arbeits-Anschluß mit dem Entlüftungs-Anschluß des Ventils verbunden. Der Speisedruck-Anschluß ist hierbei geschlossen. Die eingebaute Druckfeder bewegt nunmehr die Kolbenstange in die gewünschte Richtung.

Für einige Anwendungen ist es notwendig, die Kolbenstange bei der Ausführung der Arbeitsbewegung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zu bewegen. Die Geschwindigkeit hängt von der maximal möglichen Durchflußrate des Fluids durch das Ventil als Engpaß ab. Es ist bereits versucht worden, Ventile mit größeren Arbeits- und Entlüftungs-Kammern sowie deren Anschlüsse auszurüsten. Dies hat jedoch die unvorteilhaften Auswirkungen, daß das Ventilgehäuse und die darin untergebrachten Schaltelemente größer auszulegen sind. Eine andere Möglichkeit ist es, zwei 3/2- Wegeventile parallel geschaltet zu verwenden; diese Möglichkeit vergrößert jedoch den Aufwand für solche Anwendungen in einem unverhältnismäßig großen Maße.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrwegeventil zu schaffen, das eine hohe Durchflußrate durch ein relativ klein gebautes Ventilgehäuse mit dazugehörigen Schaltmitteln gestattet.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Mehrwegeventil gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß zumindest zwei Kammern im Ventilgehäuse vorgesehen sind, die für die Arbeitsleitung zur Verfügung stehen und ebenso zumindest zwei Kammern im Ventilgehäuse für die Entlüftungsleitung zur Verfügung stehen. Durch diese integrierte Parallelschaltung erlaubt die Erfindung eine größere Durchflußrate durch das Mehrwegeventil. Weiterhin ist das Ventilgehäuse sowie die darin untergebrachten Schaltmittel bis auf eine leichte Längenvergrößerung relativ kleinbauend gestaltbar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die Kammern für den Arbeits-Anschluß und die Kammern für den Entlüftungs-Anschluß mittels innerhalb des Ventilgehäuses verlaufender Fluidkanäle zu verbinden. Hierbei sind lediglich drei Anschlüsse am Ventilgehäuse, nämlich ein Speisedruck-Anschluß, ein Arbeits-Anschluß sowie ein Entlüftungs-Anschluß vorzusehen. Bei dieser integrierten Lösung ist jedoch ein Arbeits-Anschluß sowie ein Entlüftungs-Anschluß mit größeren Abmaßen vorzusehen. Ein größerer Speisedruck-Anschluß ist jedoch nicht erforderlich, da ein Speisedruck-Anschluß keinen Kanal oder Leitung mit größerem Querschnitt erfordert. Dies ist durch die Tatsache begründet, daß ein unter Druck stehendes Medium eine hohe Durchflußrate auch bei kleineren Leitungsquerschnitten ermöglicht. Es ist ebenso denkbar, die vergrößerten Kammern für den Arbeits- Anschluß und/oder die Kammern für den Entlüftungs-Anschluß mit außenliegenden Druckmittelleitungen zu verbinden. In diesem Fall besitzt das Ventilgehäuse jedoch fünf Anschlüsse, nämlich einen Speisedruck-Anschluß, zwei parallele Arbeits- Anschlüsse sowie zwei parallele Entlüftungs-Anschlüsse. Ein derartiges Ventil kann flexibler in speziellen Anwendungen eingesetzt weren.

Für ein Schieberventil umfassen die Schaltmittel einen im wesentlichen zylindrischen Ventilschieber mit radialen Nuten zur Leitung des Fluidflusses. Ringförmige Dichtungen sind in korrespondierenden Dichtungsnuten an der äußeren Oberfläche des Schiebers angeordnet. Diese dienen der Abdichtung des Schiebers zum Ventilgehäuse hin. Ebenso ist es möglich, die Dichtungen innerhalb der Bohrung des Ventilgehäuses zu plazieren. Für ein Sitzventil umfassen die Schaltmittel zumindest einen Ventilstößel, der mit korrespondierenden Ventilsitzen innerhalb des Ventilgehäuses zusammenwirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zur Bewegung der Schaltmittel einen am einen Ende der Schaltmittel angebrachten Kolben, der in einer Steuerkammer längsbeweglich geführt ist. Die Steuerkammer arbeitet mit einer Rückstellfeder zusammen, die auf der anderen Seite der Schaltmittel angeordnet ist, um insoweit ein monostabiles Ventil zu bilden. Für ein bistabiles Ventil ist es möglich, zwei Kolben an je einem Ende der Schaltmittel vorzusehen, beispielsweise an einem Schieber. Diese wirken zur Ausübung einer Hin-, und Herbewegung dann mit korrespondierenden Steuerkammern zusammen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Schaltmittel mit einem Elektromagneten ausgerüstet, dessen Anker mit den Schaltmitteln in Verbindung steht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1a eine Querschnittsansicht eines Ventils, die die Schaltmittel in der geöffneten Position zeigt,

Fig. 1b eine Querschnittsansicht eines Ventils, die die Schaltmittel in der geschlossenen Position zeigt,

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer speziellen Anwendung für ein monostabiles 5/2-NO-Ventil,

Fig. 2b eine schematische Darstellung eines monostabilen 5/2-NC-Ventils für eine weitere spezielle Anwendung und

Fig. 2c eine schematische Darstellung eines bistabilen 5/2-NO/NC-Ventils für eine andere spezielle Anwendung.

Das Mehrwegeventil nach Fig. 1a besitzt ein Ventilgehäuse 1, das zum Zweck der Verbindung mit außenliegenden Druckmittel-Leitungen mit entsprechenden Anschlüssen versehen ist. Zu diesem Zweck ist ein Anschluß 2 vorgesehen, mit dem über eine Speisedruckleitung die Verbindung zu einer Druckquelle herstellbar ist. Weiterhin sind Anschlüsse 3a und 3b zum Anschluß einer Arbeitsleitung und zwei Anschlüsse 4a, 4b zum Anschluß einer Entlüftungsleitung oder eines Geräuschdämpfers vorgesehen. Um eine hohe Durchflußrate durch das Ventilgehäuse zu erreichen, sind die Arbeits-Anschlüsse 3a, 3b und die Entlüftungs-Anschlüsse 4a, 4b paarweise vorgesehen. Innerhalb des Ventilgehäuses 1 befindet sich ein Schieber 5 als Schaltelement. Der Schieber 5 ist axial beweglich. Die Position des Schiebers 5 innerhalb des Ventilgehäuses 1 wird durch einen Steuerdruck bestimmt, der in einer an einem Ende des Schiebers 5 angeordneten Steuerkammer 6 wirkt und gegen die Kraft einer Rückstellfeder 7 agiert. Hierfür ist ein Ende des Schiebers 5 als Kolben 8 ausgeformt. Die Rückstellfeder 7 ist am anderen Ende des Schiebers 5 angeordnet. Um den Fluidfluß zu steuern, ist das Innere des Ventilgehäuses im wesentlichen als Bohrung ausgestaltet, die eine Reihe von Steuerkanten 9 besitzt, welche innere Kammern für die korrespondierenden äußeren Anschlüsse 2, 3a, 3b, 4a und 4b bilden. Der Schieber 5 besitzt ringförmige Dichtungen 10, welche in korrespondierenden Dichtungsnuten an der Außenoberfläche des Schiebers 5 angeordnet sind.

Die Funktion des vorstehend beschriebenen Mehrwegeventils in Zusammenhang mit der in Fig. 1a gezeigten Schaltposition ist derart, daß die Druckluft ausgehend von dem Speisedruck-Anschluß 2 in eine ringförmige Kammer um die mittlere Sektion des Schiebers 5 herum fließt, von wo aus die Druckluft gleichzeitig durch die Arbeits- Anschlüsse 3a und 3b geführt wird, die zu dem Verbraucher - beispielsweise einen Druckmittelzylinder - gehen. Hierbei ist die Steuerkammer 6 drucklos und der Schieber 5 befindet sich durch Einwirkung der Kraft der Rückstellfeder 7 in seiner Ausgangsposition.

Wenn die Steuerkammer 6 wie in Fig. 1b gezeigt mit Druck beaufschlagt wird, bewegt sich der Schieber 5 derart, daß der Speisedruck-Anschluß 2 durch die ringförmigen Dichtungen 10 des Schiebers 5 und die ringförmigen Steuerkanten 9 des Ventilgehäuses 1 abgeschlossen wird. Nun gelangt Druckluft vom Druckmittelzylinder aus durch die Arbeits-Anschlüsse 3a und 3b in die ringförmigen um den mittleren Bereich des Schiebers 5 gebildeten Kammern, von wo aus die Luft durch die Entlüftungs-Anschlüsse 3a und 3b an die Atmosphäre abgeführt wird.

Ein monostabiles 5/2-NO-Ventil gemäß Fig. 2a benutzt - wie auch die Fig. 2b und 2c - die nachfolgend beschriebenen Indices zur Bezeichnung der Anschlüsse:

Bezugszeichenliste

1

Speisedruck-Anschluß

2

,

4

Arbeits-Anschluß

3

,

5

Entlüftungs-Anschluß

Das in Fig. 2a gezeigte Ventil wird vorzugsweise an Stelle von zwei 3/2-Ventilen benutzt, um eine höhere Durchflußrate zum Zweck einer größeren Geschwindigkeit der Kolbenstange eines angeschlossenen einfachwirkenden Druckmittelzylinders zu erzielen.

In der anderen in Fig. 2b gezeigten speziellen Anwendung wird ein monostabiles 5/2- NO-Ventil benutzt, um zwei einfachwirkende Druckmittelzylinder anzusteuern, die simultan arbeiten sollen. Diese Anwendung stellt sicher, daß beide Druckmittelzylinder gleichzeitig agieren.

Die in Fig. 2c gezeigte Ausführungsform bezieht sich auf ein bistabiles 5/2-NO/NC- Ventil, welches mit einem einfachwirkenden Druckmittelzylinder verbunden ist, um eine höhere Durchflußrate durch das bistabile 5/2-Ventil zu erzielen.

Die Erfindung bezieht sich nicht ausschließlich auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die insoweit nur beispielhaft angegeben sind, sondern schließt auch weitere Ausführungsformen ein, die vom Schutzbereich der Ansprüche Gebrauch machen.

Claims (9)

1. Mehrwegeventil zur Steuerung des Flusses eines unter Druck stehenden Fluides, das von einer Speisedruckleitung oder einer Entlüftungsleitung zu einer Arbeitsleitung geführt ist, mit einem Ventilgehäuse (1), welches eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit einer Mehrzahl von ringförmigen Steuerkanten (9) aufweist, die innere Kammern bilden, welche mit äußeren Anschlüssen (2, 3a, 3b, 4a, 4b) zum Anschluß von Druckmittelleitungen in Verbindung stehen, mit axial in der Bohrung geführten bewegbaren Schaltmitteln zum Schalten des Fluidflusses zwischen den Anschlüssen (2, 3a, 3b, 4a, 4b) und mit Mitteln zur Bewegung dieser Schaltmittel relativ zum Ventilgehäuse (1), welche zumindest an einem Ende der Schaltmittel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (9) zumindest zwei innere Kammern für den Arbeits- Anschluß (3a, 3b) und zumindest zwei innere Kammern für den Entlüftungs- Anschluß (4a, 4b) bilden.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Arbeits-Anschluß (3a, 3b) zugeordneten inneren Kammern und/oder die dem Entlüftungs-Anschluß (4a, 4b) zugeordneten Kammern mit außenliegenden Druckmittelleitungen jeweils verbunden sind.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Arbeits-Anschluß (3a, 3b) zugeordneten Kammern und/oder die dem Entlüftungs-Anschluß (4a, 4b) zugeordneten Kammern jeweils untereinander über innerhalb des Ventilgehäuses (1) angeordnete Fluidkanäle verbunden sind.

4. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen im wesentlichen zylindrischen Ventilschieber (5) mit radialen Nuten zur Leitung des Fluidflusses beinhalten.

5. Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige Dichtungen (10) in korrespondierenden Dichtungsnuten auf der Oberfläche des Ventilschiebers (5) oder in der Bohrung des Gehäuses (1) zur Abdichtung des Schiebers (5) in der Bohrung angeordnet sind.

6. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zumindest einen Ventilteller mit zugeordnetem Ventilsitz, der in der Bohrung angeordnet ist, umfassen.

7. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Bewegung der Schaltmittel ein Kolben (8) vorgesehen ist, der in einer Steuerkammer (6) geführt ist, die zumindest an einem Ende der Schaltmittel vorgesehen ist.

8. Mehrwegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (6) mit einer Rückstellfeder (7) zusammenwirkt, die an einem Ende der Schaltmittel angeordnet ist.

9. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bewegung der Schaltmittel einen Elektromagneten mit längsbeweglichem Magnetanker beinhalten, welcher mit den Schaltmitteln verbunden ist.