DE10010690A1 - Ventil - Google Patents

Abstract

Es wird ein Ventil (1) vorgeschlagen, das eine zur Steuerung von Fluidströmen dienende Steuereinrichtung (8) aufweist, die zu Umschaltbewegungen in zwei einander entgegengesetzten Umschaltrichtungen (23, 24) veranlaßt werden kann. Um auch nach längeren Stillstandszeiten ein verzögerungsfreies Umschalten zu ermöglichen, ist eine Antriebseinrichtung (43) vorgesehen, die über Federmittel (44) verfügt, welche gespannt werden, wenn die Steuereinrichtung (8) in eine End-Schaltstellung gelangt. Die dabei gespeicherte Energie steht bei der anschließenden Umschaltbewegung zur Krafterhöhung zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einer einen zur Steue­ rung von Fluidströmen dienenden Ventilschieber aufweisenden Steuereinrichtung, die durch Aufbringen von Stellkräften re­ lativ zum Ventilgehäuse zu einer einer ersten Umschaltrich­ tung folgenden ersten Umschaltbewegung und einer einer entge­ gengesetzten zweiten Umschaltrichtung folgenden zweiten Um­ schaltbewegung antreibbar und dadurch in unterschiedlichen Schaltstellungen positionierbar ist, wobei sie bei der ersten Umschaltbewegung unter Zurücklegung einer Umschaltstrecke aus einer ersten Schaltstellung in eine durch gehäusefeste An­ schlagmittel vorgegebene End-Schaltstellung verlagerbar ist, in der sie durch in der ersten Umschaltrichtung wirkende er­ ste Stellkräfte gehalten werden kann und aus der sie durch Aufbringung von in der entgegengesetzten zweiten Umschalt­ richtung wirkenden zweiten Stellkräften im Rahmen der zweiten Umschaltbewegung herausbewegbar ist.

Ein Mehrwegeventil dieser Art geht beispielsweise aus der EP 0 678 676 B1 hervor. Dort ist die Steuereinrichtung von einem kolbenartigen Ventilschieber mit axial vorgelagerten Stellkolben gebildet und kann durch Beaufschlagung mit einem Steuerfluid in zwei einander entgegengesetzten End-Schalt­ stellungen positioniert werden. Je nach Schaltstellung werden dabei die Ventilkanäle des Ventils mit unterschiedlicher Kon­ figuration fluidisch verknüpft.

Ein Problem bei sämtlichen Ventilen dieser Art besteht darin, daß bei längerem Verbleib der Steuereinrichtung in einer der End-Schaltstellungen die Haftreibung zwischen dem Ventil­ schieber und den diesen umschließenden Dichtungen stark an­ steigt. Besonders typisch ist dieses Verhalten bei Still­ standszeiten ab 2 Stunden. Die Folge hiervon ist, daß die zum Herausbewegen der Steuereinrichtung aus der betreffenden End- Schaltstellung und zum Umschalten in eine andere Schaltstel­ lung erforderlichen Stellkräfte ansteigen. Dies wiederum führt dazu, daß der den zur Verfügung stehenden fluidischen Betätigungskräften entgegenstehende Schaltwiederstand vergrö­ ßert wird, so daß die Umschaltzeiten ansteigen, was Funkti­ onsstörungen bei den an das Ventil angeschlossenen Verbrau­ chern hervorrufen kann. Besonders kritisch ist das Verhalten bei monostabilen Zweistellungs-Ventilen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnah­ men zu treffen, die auch nach längeren Stillstandszeiten ein zuverlässiges Umschaltverhalten des Ventils gewährleisten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch mindestens eine Antriebsein­ richtung mit zu Beginn der ersten Umschaltbewegung noch un­ wirksamen und erst während des Endabschnittes der ersten Um­ schaltbewegung durch die kinetische Energie der Steuerein­ richtung unter Spannung gesetzte Federmittel, deren Spann­ kraft zu Beginn der zweiten Umschaltbewegung zusätzlich zu durch Fluidbeaufschlagung erzeugten Betätigungskräften zur Erzeugung der zweiten Stellkräfte beiträgt.

Beim Umschalten der Steuereinrichtung in eine End-Schaltstel­ lung findet somit zunächst eine Umschaltbewegung konventio­ neller Art statt. Hat jedoch die Steuereinrichtung einen Teil der Umschaltstrecke in Richtung zur End-Schaltstellung zu­ rückgelegt, werden durch die zu diesem Zeitpunkt vorliegende kinetische Energie der Steuereinrichtung Federmittel minde­ stens einer Antriebseinrichtung unter Spannung gesetzt. Es wird also Energie auf die Federmittel übertragen und in die­ sen gespeichert. Die Energiespeicherung in den Federmitteln hält so lange an, wie die Steuereinrichtung durch die auf sie einwirkenden ersten Stellkräfte in der End-Schaltstellung gehalten wird. Diese ersten Stellkräfte sind in aller Regel fluidische Stellkräfte und werden bei monostabilen Ventilen insbesondere von einer Luftfeder aufgebracht. Wird nun die Steuereinrichtung zum Zwecke des Herausbewegens aus den End- Schaltstellung in der zweiten Umschaltrichtung durch ein Steuerfluid beaufschlagt, addiert sich zu deren Betätigungs­ kräften anfänglich die Spannkraft der Federmittel hinzu, was ausreicht, um die erhöhte Haftreibung zu überwinden und die Steuereinrichtung umzuschalten. Schaltverzögerungen können somit auch bei längeren Ventil-Stillstandszeiten wirksam ver­ hindert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Es ist möglich, mindestens eine die Federmittel enthaltende Antriebseinrichtung ortfest am Ventilgehäuse vorzusehen, wo­ bei das Spannen der Federmittel dadurch erfolgt, daß die sich bewegende Steuereinrichtung bei der Annäherung an die End- Schaltstellung auf eine mit den Federmitteln in Wirkverbin­ dung stehende Aufprallfläche auftrifft.

Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Antriebsein­ richtung auch an der Steuereinrichtung vorgesehen sein, so daß sie von dieser getragen und bei den Umschaltbewegungen mitbewegt wird. Diese Bauform läßt sich in der Regel kon­ struktiv wesentlich einfacher realisieren als eine Integrati­ on in das Ventilgehäuse. Zumal dann, wenn die Antriebsein­ richtung in einen Stellkolben der Steuereinrichtung inte­ griert wird, der ein bezüglich des Ventilschiebers separates Teil darstellt, so daß er sehr einfach anstelle eines konven­ tionellen Stellkolbens verwendet werden kann.

Das Spannen der Federmittel geschieht zweckmäßigerweise da­ durch, daß die Federmittel zwischen der sich bewegenden Steu­ ereinrichtung und gehäusefesten Abstützmitteln komprimiert wird, wenn sich die Steuereinrichtung an ihre End-Schalt­ stellung annähert. Die zum Spannen der Federmittel notwendige Wegstrecke kann dabei sehr gering sein und dabei insbesondere wesentlich geringer als die restliche Wegstrecke der Um­ schaltstrecke, bei der die Federmittel noch außer Funktion sind und noch nicht komprimiert werden. Dadurch verbleibt der Steuereinrichtung bei der Umschaltbewegung ausreichend Zeit für den Aufbau der zum Spannen der Federmittel erforderlichen kinetischen Energie.

Die zu Beginn des Spannvorganges beaufschlagte und den Feder­ mitteln zugeordnete Aufprallfläche befindet sich zweckmäßi­ gerweise an einem verschiebbar geführten Antriebsstößel der Antriebseinrichtung, der dabei unmittelbar im Ventilgehäuse oder in der Steuereinrichtung verstellbar geführt aufgenommen sein kann.

Um die gewünschte Charakteristik zu erhalten, ist zweckmäßi­ gerweise vorgesehen, daß die Federmittel auch im unbeauf­ schlagten Zustand unter einer gewissen Vorspannung stehen. Dabei können Einstellmittel vorgesehen sein, die eine varia­ ble Vorgabe der Vorspannung der Federmittel ermöglichen. Der­ artige Einstellmittel gestatten auch einen Toleranzausgleich hinsichtlich der Länge der Federmittel, insbesondere wenn diese von mindestens einer mechanischen Feder gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich zu mindestens einer mechanischen Feder können die Federmittel auch von einer Gasfeder und da­ bei vorzugsweise von einer Luftfeder gebildet sein.

Die Antriebseinrichtung ist zweckmäßigerweise einem axialen Endbereich der Steuereinrichtung zugeordnet. Möglich ist es, bei einer über zwei End-Schaltstellungen verfügenden Steuer­ einrichtung beiden End-Schaltstellungen eine Antriebseinrich­ tung zuzuordnen, und zwar zweckmäßigerweise im Bereich der beiden axialen Enden der Steuereinrichtung.

Werden die ersten Stellkräfte von einer Gasfeder und dabei vorzugsweise von einer Luftfeder gebildet, beispielsweise um ein monostabiles Zweistellungs-Ventil zu realisieren, wählt man die Gegebenheiten zweckmäßigerweise derart, daß die Spannkraft der Federmittel zumindest in etwa den ersten Stellkräften entspricht oder etwas geringer ist. Auf diese Weise können die ersten Stellkräfte bei in der End- Schaltstellung befindlicher Steuereinrichtung durch die Spannkraft im wesentlichen ausgeglichen sein, so daß die durch ein Steuerfluid aufzubringenden Betätigungskräfte im wesentlichen nur die Haftreibung der Dichtungsmaßnahmen über­ winden muß, um die Steuereinrichtung wieder aus der End- Schaltstellung in einer andere Schaltstellung umzuschalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines mit den erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen ausgestatteten Ventils, hier exemplarisch in einer Bauform als monostabiles 5/2- Wegeventil, das Ganze im Längsschnitt und teils sche­ matisiert, und

Fig. 2 den in Fig. 1 strichpunktiert markierten Ausschnitt II in vergrößerter Darstellung, wobei in durchgezoge­ nen Linien eine Stellung der Steuereinrichtung unmit­ telbar zu Beginn des Spannens der Federmittel gezeigt ist und wobei strichpunktiert die zugeordnete End- Schaltstellung mit gespannten Federmitteln angedeutet ist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ventil 1 handelt es sich um ein Mehrwegeventil, wobei das konkrete Beispiel ein 5/2-Wegeventil zeigt.

Das Ventil 1 verfügt über ein Ventilgehäuse 2, das vorliegend einen Hauptkörper 3 enthält, an dessen beiden axialen Stirn­ seiten jeweils ein Abschlußkörper 4, 5 angeordnet ist. Geeig­ nete Befestigungsmittel zum Fixieren der Anschlußkörper 4, 5 am Hauptkörper 3 sind strichpunktiert bei 6 angedeutet, wobei es sich beispielsweise um Befestigungsschrauben handelt.

Im Innern des Ventilgehäuses 2 erstreckt sich in dessen Längsrichtung ein länglicher Aufnahmeraum 7, in dem eine ebenfalls längliche Steuereinrichtung 8 untergebracht ist. Die Steuereinrichtung 8 enthält einen kolbenartigen längli­ chen Ventilschieber 12 sowie zwei Stellkolben 13, 14, die dem Ventilschieber 12 an seinen beiden axialen Stirnseiten vorge­ lagert sind.

In den Aufnahmeraum 7 münden seitlich, an in Längsrichtung beabstandeten Stellen, mehrere Ventilkanäle 15 ein, wobei die mit den einzelnen Ventilkanälen 15 kommunizierenden Aufnahme­ raumabschnitte axial beidseits jeweils von einer ringförmigen Dichtungseinrichtung 16 flankiert sind. Zwischen axial be­ nachbarten Aufnahmeraumabschnitten befindet sich dabei je­ weils nur eine Dichtungseinrichtung 16. Der Ventilschieber 12 verfügt in Längsrichtung abwechselnd über Bereiche größeren und kleineren Querschnittes, die je nach momentaner Axialpo­ sition des Ventilschiebers 12 mit einzelnen der beim Ausfüh­ rungsbeispiel gehäusefest fixierten Dichtungseinrichtungen 16 zusammenarbeiten oder nicht zusammenarbeiten. Besteht ein Dichtkontakt, sind die beidseits der betreffenden Dichtungs­ einrichtung 16 befindlichen Aufnahmeraumabschnitte fluiddicht voneinander abgetrennt. Befindet sich hingegen ein Bereich geringeren Durchmessers des Ventilschiebers 12 auf gleicher Höhe mit einer Dichtungseinrichtung 16, ergibt sich ein Zwi­ schenraum, durch den hindurch die benachbarten Aufnahmeraum­ abschnitte miteinander verbunden sind, so daß ein fluidisches Druckmedium zwischen den dadurch miteinander kommunizierenden Ventilkanälen 15 überströmen kann.

Beim Ausführungsbeispiel ist einer der Ventilkanäle 15 ein Speisekanal P, über den durch das Ventil zu verteilendes Druckmedium, insbesondere Druckluft, eingespeist wird. Beid­ seits benachbart zum Speisekanal P mündet jeweils ein Ar­ beitskanal A, B in den Aufnahmeraum 7 ein, wobei diese Ar­ beitskanäle A, B mit einem Verbraucher verbindbar sind, bei­ spielsweise mit einem Pneumatikzylinder. An jeden Arbeitska­ nal A, B schließt sich nach axial außen hin noch ein Entlüf­ tungskanal R, S an.

Die Dichtungseinrichtungen 16 umschließen die Steuereinrich­ tung 8 koaxial, wobei sie jeweils einen aus geeignetem Dicht­ material bestehenden ringförmigen Dichtkörper 17 enthalten, beispielsweise einen Elastomerkörper. Der Dichtkörper 17 wird beim Ausführungsbeispiel von einem ringförmigen, radial nach innen hin offenen Dichtungsgehäuse 18 gehalten, über das die Dichtungseinrichtung 16 an der Innenfläche des Aufnahmeraumes 7 festgelegt ist, beispielsweise durch Einpressen.

Der Dichtkontakt zwischen einer Dichtungseinrichtung 16 und der Steuereinrichtung 8 wird dadurch herbeigeführt, daß der Dichtkörper 17 einen Abschnitt größeren Durchmessers des Ven­ tilschiebers 12 mit Dichtkontakt umschließt.

Die Steuereinrichtung 1 ist beim Ausführungsbeispiel zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar. Die erste mögliche Schalt­ stellung ist in Fig. 1 unterhalb der Längsachse 22 des Auf­ nahmeraumes 7 gezeigt, während die zweite Schaltstellung - nachfolgend als End-Schaltstellung bezeichnet - oberhalb der Längsachse 22 abgebildet ist.

In der ersten Schaltstellung erfolgt beim Ausführungsbeispiel die Ventilkanal-Zuordnung derart, daß der Speisekanal P mit dem einem Arbeitskanal B in Verbindung steht, während gleich­ zeitig der andere Arbeitskanal A mit dem einen Entlüftungska­ nal R kommuniziert. Der zweite Entlüftungskanal S ist hierbei abgesperrt. In der End-Schaltstellung hingegen steht der Speisekanal P mit dem zuvor noch entlüfteten Arbeitskanal A in Verbindung, während gleichzeitig der andere Arbeitskanal B über den zuvor noch abgesperrten Entlüftungskanal S entlüftet wird. Hier ist dann der noch verbleibende andere Entlüftungs­ kanal R abgesperrt.

Die zum Verlagern der Steuereinrichtung 8 aus der ersten Schaltstellung in die End-Schaltstellung stattfindende Bewe­ gung sei als erste Umschaltbewegung bezeichnet und verläuft in einer durch einen Pfeil kenntlich gemachten ersten Um­ schaltrichtung 23. Das Verlagern der Steuereinrichtung 8 aus der End-Schaltstellung heraus in die erste Schaltstellung sei als zweite Umschaltbewegung bezeichnet und erfolgt in einer der ersten Umschaltrichtung 23 entgegengesetzten, ebenfalls durch einen Pfeil markierten zweiten Umschaltrichtung 24. Die Umschaltrichtungen sind mit der Längsachse 22 gleichgerich­ tet.

Bei dem Ventil des Ausführungsbeispiels handelt es sich um ein monostabiles Ventil, das in Gestalt der End-Schalt­ stellung eine bevorzugte Schaltstellung hat. Diese wird da­ durch hervorgerufen, daß der eine, in Fig. 1 rechts gelegene Stellkolben 13 an seiner dem Ventilschieber 12 entgegenge­ setzten ersten Beaufschlagungsfläche 25 ständig durch ein un­ ter einem bestimmten Betätigungsdruck stehendes fluidisches Druckmedium beaufschlagt wird. Beim Ausführungsbeispiel wird dieses fluidische Druckmedium durch einen ersten Betätigungs­ kanal 26 im Innern des Ventilgehäuses 2 vom Speisekanal P ab­ gezweigt und in einen vom zugeordneten Endbereich des Aufnah­ meraumes 7 gebildeten ersten Beaufschlagungsraum 27 einge­ speist, der vom beweglichen Stellkolben 13 bzw. dessen erster Beaufschlagungsfläche 25 begrenzt wird.

Durch das auf die erste Beaufschlagungsfläche 25 einwirkende Druckmedium erfährt die Steuereinrichtung 8 erste Stellkräfte S₁, die in der ersten Umschaltrichtung 23 wirksam sind.

Durch die ständige Verbindung des ersten Beaufschlagungsrau­ mes 27 mit dem Speisekanal P ergibt sich beim Ausführungsbei­ spiel durch die im ersten Beaufschlagungsraum 27 befindliche Druckluft eine Luftfeder, die die Steuereinrichtung 8 ständig mit den ersten Stellkräften S₁ beaufschlagt.

Der dem entgegengesetzten axialen Endbereich des Ventilschie­ bers 12 zugeordnete zweite Stellkolben 14 ist wie der andere, erste Stellkolben 13 unter Abdichtung verschiebbar im zuge­ ordneten Endabschnitt des Aufnahmeraumes 7 geführt. Zur Ab­ dichtung kann eine ringförmige Dichtungseinrichtung 28 vorgesehen sein, die in einer Ringnut des betreffenden Stellkol­ bens 13, 14 einsitzt und mit der radial zugewandten Innenum­ fangsfläche 32 des Aufnahmeraumes 7 in gleitendem Dichtkon­ takt steht.

Der zweite Stellkolben 14 begrenzt mit einer vom Ventilschie­ ber 12 axial abgewandten zweiten Beaufschlagungsfläche 33 ei­ nen vom zugeordneten Endabschnitt des Aufnahmeraumes 7 gebil­ deten zweiten Beaufschlagungsraum 34. Dieser steht über einen zweiten Betätigungskanal 35 wie schon der erste Beaufschla­ gungsraum 27 mit dem Speisekanal P in Verbindung, wobei es sich allerdings um eine gesteuerte Verbindung handelt. Letz­ teres resultiert daraus, daß in den Verlauf des zweiten Betä­ tigungskanals 35 ein Vorsteuerventil 36 eingeschaltet ist, das über eine elektrisch aktivierbare Betätigungseinrichtung 37 verfügt - beispielsweise ein Elektromagnet oder eine Pie­ zoeinrichtung -, durch die der Fluiddurchgang durch den zwei­ ten Betätigungskanal 35 hindurch wahlweise freigegeben oder versperrt werden kann. Bei versperrtem zweitem Betätigungska­ nal 35 ist der zweite Beaufschlagungsraum 34 durch eine nicht näher dargestellte Kanalführung, beispielsweise innerhalb der Betätigungseinrichtung 37, entlüftet. Bei freigegebener Ver­ bindung ist die zur Entlüftung dienende Kanalführung abge­ sperrt und statt dessen der zweite Beaufschlagungsraum 34 mit dem Speisekanal P verbunden, so daß aus dem Speisekanal P Steuerfluid in den zweiten Beaufschlagungsraum 34 eingespeist wird, das durch Beaufschlagung der zweiten Beaufschlagungs­ fläche 33 durch einen Pfeil angedeutete Betätigungskräfte F_B in der zweiten Umschaltrichtung 24 auf die Steuereinrichtung 8 ausübt.

Das Steuerfluid könnte an Stelle einer Abzweigung vom Speise­ kanal P auch durch einen separaten Steuerkanal zugeführt wer­ den, was auch für das zur Beaufschlagung des ersten Stellkol­ bens 13 dienende Druckmedium gilt.

Bevorzugt erstreckt sich der Aufnahmeraum 7 in Längsrichtung durch den gesamten Hauptkörper 3 hindurch und bis in die bei­ den Abschlußkörper 4, 5 hinein. Zumindest den größten Teil ihres Stellweges legen die Stellkolben 13, 14 dabei innerhalb des jeweils zugeordneten Abschlußkörpers 4, 5 zurück, wobei zum Erhalt einer optimalen Gleitfläche eine Führungshülse 38 koaxial in den jeweiligen Endabschnitt des Aufnahmeraumes 7 eingesetzt sein kann. Die Betätigungseinrichtung 37 ist zweckmäßigerweise ebenfalls an einem der Abschlußkörper 4 vorgesehen.

Ist durch die Betätigungseinrichtung 37 die Einspeisung von Steuerfluid in den zweiten Beaufschlagungsraum 34 unterbunden und letzterer entlüftet, erfolgt ausgehend von der ersten Schaltstellung eine Verlagerung der Steuereinrichtung 8 in der ersten Umschaltrichtung 23, bis schließlich die erste End-Schaltstellung vorliegt, die dadurch definiert wird, daß die Steuereinrichtung 8 mit an ihr vorgesehenen ersten An­ schlagmittel 38 an gehäusefesten zweiten Anschlagmitteln 39 zur Anlage gelangt. Letztere sind bei Ausführungsbeispiel von der der Steuereinrichtung 8 axial zugewandten stirnseitigen Abschlußfläche 41 des Aufnahmeraumes 7 gebildet. Die an der Steuereinrichtung 8 vorgesehenen Anschlagmittel 38 befinden sich beim Ausführungsbeispiel am Stellkolben 14 und sind vorzugsweise von dessen der Abschlußfläche 41 axial zugewandter Stirnfläche 42 gebildet.

Um die Steuereinrichtung 8 aus der End-Schaltstellung wieder herauszubewegen und in die erste Schaltstellung zurückzu­ schalten, wird durch Aktivierung der Betätigungseinrichtung 37 der Fluiddurchgang durch den zweiten Betätigungskanal 35 freigegeben, was die oben erwähnten, in der zweiten Umschalt­ richtung 24 wirksamen Betätigungskräfte F_B zur Folge hat. Diese ergeben zusammen mit einer nachfolgend noch erläuterten und gleichgerichtet wirksamen Spannkraft F_S zweite Stellkräf­ te S₁, die zusammen größer sind als die ersten Stellkräfte S₁ und die in der End-Schaltstellung durch die Dichtungseinrich­ tungen 16 auf die Steuereinrichtung 8 einwirkenden Haftrei­ bungskräfte F_H. Dadurch wird die Steuereinrichtung 8 verzöge­ rungsfrei in die erste Schaltstellung zurückgeschaltet.

Ein wesentlicher Kern der vorliegenden Erfindung liegt in der Zur-Verfügung-Stellung der zuvor erwähnten Spannkraft F_S durch eine in Fig. 2 vergrößert dargestellte Antriebsein­ richtung 43, die vorzugsweise, wie abgebildet, in den Stell­ kolben 14 integriert ist und somit von der Steuereinrichtung 8 getragen wird.

Die Antriebseinrichtung 43 ist mit Federmitteln 44 ausgestat­ tet, die während des Verlaufes der ersten Umschaltbewegung zur Erzeugung der Spannkraft F_S unter Spannung gesetzt wer­ den. Allerdings ist die Anordnung so getroffen, daß die Fe­ dermittel 44 zu Beginn der ersten Umschaltbewegung und vor­ zugsweise während des größten Teils der Umschaltstrecke unwirksam sind und erst während des Endabschnittes der ersten Umschaltbewegung, also während des Zurücklegens des der End- Schaltstellung unmittelbar vorgelagerten Abschnittes der Um­ schaltstrecke unter Spannung gesetzt werden. Letzteres ge­ schieht durch die kinetische Energie der Steuereinrichtung 8, die diese beim Durchlaufen des durch die Federmittel 44 unge­ bremsten Abschnittes der ersten Umschaltbewegung aufbaut. So lange die Steuereinrichtung 8 durch die ersten Stellkräfte S₁ in der End-Schaltstellung gehalten wird, bleibt die Spann­ kraft F_S in den Federmitteln 44 gespeichert. Treten jedoch die fluidischen Betätigungskräfte F_B hinzu, verlagert sich die Steuereinrichtung 8 durch den Kraftüberschuß in der zwei­ ten Umschaltrichtung 24, wobei die Federmittel 44 die gespei­ cherte Energie in Gestalt der Spannkraft F_S an die Steuerein­ richtung 8 abgeben und für ein optimales anfängliches Be­ schleunigungsverhalten der Steuereinrichtung 8 sorgen.

Die beim Ausführungsbeispiel realisierte bevorzugte konstruk­ tive Lösung sieht vor, daß die Antriebseinrichtung 43 eine in dem einen Grundkörper 45 bildenden Stellkolben 14 ausgebilde­ ten Antriebsraum 46 enthält, der zur axialen Stirnfläche 42 hin offen ist. In dem Antriebsraum 46 ist ein Antriebsstößel 47 axial in der Richtung der Umschaltbewegungen gemäß Doppel­ pfeil 48 verstellbar gelagert. Die ebenfalls in dem Antriebs­ raum 46 untergebrachten Federmittel 44 stützten sich einer­ seits am Grundkörper 45 und andererseits an dem Antriebsstö­ ßel 47 ab und beaufschlagen diesen in einer mit der ersten Umschaltrichtung 23 gleichgerichteten Ausfahrrichtung 49. So­ lange die Steuereinrichtung 8 die erste Schaltstellung ein­ nimmt, wird dabei der Antriebsstößel 47 in der in Fig. 2 in durchgezogenen Linien abgebildeten Grundstellung gehalten, in der eine an ihm vorgesehene, in Ausfahrrichtung 49 orientier­ te Aufprallfläche 52 bezüglich den ersten Anschlagmitteln 38 mit Abstand zur Abschlußfläche 41 des Aufnahmeraumes 7 hin vorgelagert ist. Dieser in Fig. 2 mit dem Buchstaben "h" markierte Abstand bildet gleichzeitig den maximal möglichen Spannweg der Federmittel 44.

Die Grundstellung des Antriebsstößels 47 wird durch miteinan­ der kooperierende und einander zugewandte erste und zweite Anschlagflächen 53, 54 am Antriebsstößel 47 und am Stellkol­ ben 14 vorgegeben.

Der Antriebsstößel 47 ist in Längsrichtung abgestuft und be­ sitzt einen stirnseitig mit der Aufprallfläche 52 versehenen Aufprallabschnitt 56, an den sich axial ein Anschlagabschnitt 55 größeren Durchmessers anschließt. Die erste Anschlagfläche 53 ist an der in Ausfahrrichtung 49 orientierten und über den Aufprallabschnitt 56 radial vorstehenden Stirnfläche des An­ schlagabschnittes 55 vorgesehen, während sich die zweite An­ schlagfläche 54 an einem den Aufprallabschnitt 56 koaxial um­ gebenden und in den Antriebsraum 46 hineinragenden Hülsenkör­ per 57 vorgesehen ist. Die Federmittel 44 stützen sich einer­ seits an der der ersten Anschlagfläche 53 entgegengesetzt orientierten Rückseite des Anschlagabschnittes 55 ab und an­ dererseits an der dieser mit Abstand gegenüberliegenden inne­ ren Begrenzungsfläche 58 des Antriebsraumes 46.

Der Aufprallfläche 52 in der ersten Umschaltrichtung 23 gege­ nüberliegend ist eine ventilgehäusefeste Gegenaufprallfläche 61 vorgesehen.

In der ersten Schaltstellung der Steuereinrichtung 8 sind so­ wohl die ersten und zweiten Anschlagmittel 38, 39 als auch die Aufprallfläche 52 und die Gegenaufprallfläche 61 mit re­ lativ großem Abstand zueinander angeordnet. Der Antriebsstö­ ßel 47 nimmt dabei die Grundstellung ein.

Wird ausgehend von der ersten Schaltstellung die erste Um­ schaltbewegung ausgelöst, ändert sich an diesen Verhältnissen zunächst nichts. Zwar verringern sich die vorerwähnten Ab­ stände, jedoch ohne daß es zu einem gegenseitigen Kontakt kä­ me. Die Federmittel 44 haben also zu Beginn der ersten Um­ schaltbewegung und ausgehend hiervon während des größten Teils derselben keine Wirkung.

Dies ändert sich, wenn zum Ende der ersten Umschaltbewegung hin die Aufprallfläche 52 auf die Gegenaufprallfläche 61 auf­ trifft. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden ersten und zwei­ ten Anschlagmittel 38, 39 noch um den Spannweg h zueinander beabstandet. Aufgrund der kinetischen Energie der Steuerein­ richtung 8 wird selbige jedoch nicht gestoppt, sondern bewegt sich bis zum gegenseitigen Kontakt der ersten und zweiten An­ schlagmittel 38, 39 relativ zu dem seinerseits an einer Wei­ terbewegung gehinderten Antriebsstößel 47 weiter. Dabei wird der Antriebsstößel 47 relativ zum Stellkolben 14 axial in den Antriebsraum 46 hineingedrückt, was ein Spannen der Federmit­ tel 44 zur Folge hat. Die End-Schaltstellung ist also dadurch charakterisiert, daß sowohl die Aufprallfläche 52 und die Ge­ genaufprallfläche 61 als auch die beiden Anschlagmittel 38, 39 aneinander anliegen, wobei die Federmittel 44 um den Spannweg h gespannt sind. In Fig. 2 sind die Gegebenheiten der End-Schaltstellung in strichpunktierten Linien angedeu­ tet.

Das Spannen der Federmittel 44 erfolgt beim Ausführungsbei­ spiel durch ein Komprimieren derselben. Es handelt sich hier um eine oder mehrere mechanische Federn, vorzugsweise Druck­ federn. Allerdings wären auch andere Federarten möglich und man könnte insbesondere auf eine Gasfeder zurückgreifen, vor­ zugsweise in Gestalt einer Luftfeder, wobei sich das Luftpol­ ster beispielsweise durch Abzweigen von Druckluft aus den im Ventil 1 verlaufenden Kanälen erzeugen ließe.

Solange sich die Steuereinrichtung 8 in der End-Schalt­ stellung befindet, bewirken die gespannten Federmittel 44 über den gegenseitigen Kontakt der Aufprallfläche 52 und der Gegenaufprallfläche 61 die schon erwähnte Federkraft F_S, wel­ che danach trachtet, die Steuereinrichtung 8 in der zweiten Umschaltbewegung zu verlagern. Allerdings reicht die Spann­ kraft F_S allein nicht aus, um die zweite Umschaltbewegung auszulösen. Erst wenn die Betätigungseinrichung 37 aktiviert wird und durch Zufuhr des Steuerfluides auch noch die Betäti­ gungskräfte F_B aufgeschaltet werden, stellen sich die gegen­ über den ersten Stellkräften S₁ und den Haftreibungskräften F_H höheren zweiten Stellkräfte S₂ ein, die die Steuereinrich­ tung 8 in die erste Schaltstellung zurückbewegen.

Die Spannkraft F_S wirkt dabei allerdings nur während der an­ fänglichen Phase der zweiten Umschaltbewegung, und zwar über einen dem Spannweg h entsprechenden Anteil der Umschaltstrec­ ke. Auch wenn dieser Spannweg h sehr klein ist - er kann sich beispielsweise in der Größenordnung von 5/10 mm bewegen - reicht die gespeicherte Federenergie aus, um zur Überwindung der anfänglich hohen Haftreibungskräfte F_H beizutragen und die Steuereinrichtung 8 in Bewegung zu versetzen. Sobald sich die Steuereinrichtung 8 bewegt, genügen die Betätigungskräfte F_B, um die Steuereinrichtung 8 in die erste Schaltstellung zurück zu bewegen und dort trotz ständiger Fluidbeaufschla­ gung des ersten Beaufschlagungsraumes 27 so lange wie ge­ wünscht zu halten.

Bevorzugt erfolgt die Auslegung des Ventils 1 derart, daß auf der Basis identischer Fluiddrücke in den beiden Beaufschla­ gungsräumen 27, 34 die Spannkraft F_S der gespannten Federmit­ tel 44 gleich groß oder geringfügig geringer ist wie die durch einen Luftfedereffekt hervorgerufenen ersten Stellkräf­ te S₁. Trotz übereinstimmender Kräfte können die Federmittel 44 hierbei gespannt werden, weil die Aufprallfläche 52 durch die zunächst ungehinderte Bewegung der Steuereinrichtung 8 mit Wucht auf die Gegenaufprallfläche 61 auftrifft und durch die kinetische Energie ein Komprimieren der Federmittel 44 möglich ist. Daß die Steuereinrichtung 8 dann weiterhin in der End-Schaltstellung verbleibt, hängt mit den durch die Dichtungseinrichtungen 16 hervorgerufenen Haftreibungskräften F_H zusammen. Soll anschließend ein Umschalten der Steuerein­ richtung 8 erfolgen, muß der über den zweiten Betätigungska­ nal 35 eingespeiste Steuerdruck zunächst nur die Haftreibung F_H überwinden, was ohne weiteres möglich ist, so daß die Steuereinrichtung 8 praktisch verzögerungsfrei umschaltet.

Zur Vorgabe einer gewünschten Charakteristik der Federmittel 44 ist es von Vorteil, wenn diese auch bereits in der Grund­ stellung des Antriebsstößels 47 unter einer gewissen Vorspan­ nung stehen. Beim Ausführungsbeispiel läßt sich die Vorspan­ nung variabel durch Wahl einer entsprechenden axialen Monta­ getiefe des Hülsenkörpers 57 bezüglich des Antriebsraumes 46 vorgeben. Der Hülsenkörper 57 bildet hier also Einstellmittel 62 zur variablen Vorgabe der Vorspannung der Federmittel 44, wobei vorliegend die unterschiedlichen Montagetiefen durch unterschiedlich weites Einpressen des Hülsenkörpers 57 in den Antriebsraum 46 realisiert werden. Alternativ wäre es aber beispielsweise auch möglich, den Hülsenkörper 57 als Schraub­ teil auszuführen und die Montagetiefe durch Veränderung der Einschraubtiefe nach Wunsch einzustellen.

Insbesondere in Abhängigkeit von der Bauart des Ventilschie­ bers 12 könnte sich die Antriebseinrichtung 43 auch an ande­ rer Stelle als vorliegend an einem axialen Endbereich der Steuereinrichtung 8 befinden. Ferner wäre es möglich, eine zwischen zwei End-Schaltstellungen verlagerbare Steuerein­ richtung 8 mit einer Mehrzahl von Antriebseinrichtungen aus­ zustatten, die ausgehend von beiden End-Schaltstellungen eine Unterstützung der Rückstellbewegung bewirken. Hierzu könnte insbesondere an beiden axialen Endbereichen der Steuerein­ richtung 8 jeweils eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein.

Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform befindet sich mindestens eine Antriebseinrichtung alternativ oder zu­ sätzlich am Ventilgehäuse. Man kann sich die Anordnung dann beispielsweise so vorstellen, daß der Grundkörper 45 gehäuse­ seitig angeordnet ist und die bewegliche Aufprallfläche 52 der an der Steuereinrichtung 8 vorgesehenen Gegenaufprallflä­ che 61 entgegenragt. Hier würde dann insbesondere auch die Möglichkeit bestehen, das Ventilgehäuse 2 unmittelbar als Grundkörper zur Abstützung der Federmittel 44 und gegebenen­ falls zur Lagerung des Antriebsstößels 47 heranzuziehen.

Ein oder beide Stellkolben 13, 14 könnten durchaus derart fest mit dem Ventilschieber 12 verbunden sein, daß sie je­ weils Zug- und Druckkräfte auf den Ventilschieber 12 übertra­ gen können. Insbesondere bei einer an einem Stellkolben vor­ gesehenen Antriebseinrichtung 43 ist jedoch eine hinsichtlich des Ventilschiebers 12 separate Ausgestaltung von Vorteil, weil dies eine leichte Nachrüstung konventioneller Ventile ermöglicht, indem einfach an Stelle eines konventionellen Stellkolbens ein mit einer Antriebseinrichtung 43 ausgestat­ teter Stellkolben eingesetzt wird.

Claims (17)

1. Ventil, mit einer einen zur Steuerung von Fluidströmen dienenden Ventilschieber (12) aufweisenden Steuereinrichtung (8), die durch Aufbringen von Stellkräften (S₁, S₂) relativ zum Ventilgehäuse (2) zu einer einer ersten Umschaltrichtung (23) folgenden ersten Umschaltbewegung und einer einer entge­ gengesetzten zweiten Umschaltrichtung (24) folgenden zweiten Umschaltbewegung antreibbar und dadurch in unterschiedlichen Schaltstellungen positionierbar ist, wobei sie bei der ersten Umschaltbewegung unter Zurücklegung einer Umschaltstrecke aus einer ersten Schaltstellung in eine durch gehäusefeste An­ schlagmittel (39) vorgegebene End-Schaltstellung verlagerbar ist, in der sie durch in der ersten Umschaltrichtung (23) wirkende erste Stellkräfte (S₁) gehalten werden kann und aus der sie durch Aufbringung von in der entgegengesetzten zwei­ ten Umschaltrichtung (24) wirkenden zweiten Stellkräften (S₂) im Rahmen der zweiten Umschaltbewegung herausbewegbar ist, gekennzeichnet durch mindestens eine Antriebseinrichtung (43) mit zu Beginn der ersten Umschaltbewegung noch unwirksamen und erst während des Endabschnittes der ersten Umschaltbewe­ gung durch die kinetische Energie der Steuereinrichtung (8) unter Spannung gesetzte Federmittel (44), deren Spannkraft (F_S) zu Beginn der zweiten Umschaltbewegung zusätzlich zu durch Fluidbeaufschlagung erzeugten Betätigungskräften (F_B) zur Erzeugung der zweiten Stellkräfte (S₂) beiträgt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eine Antriebseinrichtung (43) am Ventilgehäuse (2) vorgesehen ist und eine mit den Federmitteln (44) in Wirkver­ bindung stehende Aufprallfläche enthält, auf die die Steuer­ einrichtung (8) zum Spannen der Federmittel (44) mit einer gegenüberliegenden Gegenfläche aufprallen kann.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Antriebseinrichtung (43) von der Steuer­ einrichtung (8) getragen ist und eine mit den Federmitteln (44) in Wirkverbindung stehende Aufprallfläche (52) enthält, die zum Spannen der Federmittel (44) auf eine gegenüberlie­ gende gehäusefeste Gegenaufprallfläche (61) aufprallen kann.

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallfläche (52) an einem relativ zu einem Grund­ körper (45) der Antriebseinrichtung (43) in den Umschaltrich­ tungen (23, 24) beweglichen Antriebsstößel (47) vorgesehen ist, auf den die sich an dem Grundkörper (45) abstützenden Federmittel (44) einwirken.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (45) entsprechend der Plazierung der Antriebsein­ richtung (43) vom Ventilgehäuse (2) oder von der Steuerein­ richtung (8) gebildet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinrichtung (43) an oder in einem mit dem Ventilschieber (12) in Wirkverbindung stehenden Stellkolben (14) der Steuereinrichtung (8) vorgesehen ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (14) und der Ventilschieber (12) als voneinander getrennte Teile ausgebildet sind.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich mindestens eine Antriebseinrichtung (43) an einem axialen Endbereich der Steuereinrichtung (8) befin­ det.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) zwischen zwei End- Schaltstellungen verlagerbar ist, wobei in beiden End- Schaltstellungen jeweils mindestens eine Antriebseinrichtung (43) wirksam ist.

10. Ventil nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß an beiden axialen Endbereichen der Steuereinrichtung (8) jeweils eine Antriebseinrichtung (43) vorgesehen ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federmittel (44) ständig unter Vorspan­ nung stehen.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (62) zur variablen Vorgabe der Vorspannung der Federmittel (44) vorhanden sind.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federmittel (44) mindestens eine mecha­ nische Feder enthalten.

14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federmittel (44) mindestens eine Gasfe­ der und dabei vorzugsweise eine Luftfeder enthalten.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eine Betätigungseinrichtung (37) zur Steue­ rung der Beaufschlagung der Steuereinrichtung (8) mit einem die in der zweiten Umschaltrichtung (24) wirkenden Betäti­ gungskräfte (F_B) hervorrufenden Steuerfluid.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Stellkräfte (S₁) von einer Gas­ feder, vorzugsweise in Gestalt einer Luftfeder hervorgerufen werden.

17. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannkraft (F_S) der Federmittel (44) zumindest in etwa den ersten Stellkräften entspricht oder et­ was geringer ist.