DE10026081B4 - Monostabiles Wegeventil - Google Patents

Abstract

Monostabiles Wegeventil zur Steuerung eines Druckmittelflusses mit einem Ventilgehäuse (1), an dem mindestens zwei äußere Druckmittelanschlüsse (P, A) vorgesehen sind, die in mindestens eine zugeordnete innenliegende Druckkammer (5) münden, in der teilweise ein Schaltglied (7) zum Öffnen und Schließen des Druckmittelflusses angeordnet ist, das über eine von außen ansteuerbare und gegen die Druckkammer (5) abgedichtete Antriebsanordnung entgegen einer rückstellenden Federkraft längs bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) im Bereich der innenliegenden Druckkammer (5) von einem zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Schaltglied (7) eingesetzten rohrförmigen Federmittel (10) zur Aufbringung der rückstellenden Federkraft umgeben ist, das über eine geschlossene Oberfläche eine druckdichte Trennung zwischen der Druckkammer (5) und dem Bereich der Antriebsanordnung gewährleistet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein monostabiles Wegeventil zur Steuerung eines Druckmittelflusses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Wegeventile unterscheiden sich in erster Linie in der Anzahl ihrer Druckmittelanschlüsse, die in mindestens zwei Schaltstellungen miteinander korrespondieren. Das Schalten des Druckmittelflusses erfolgt über ein Schaltglied, das bei einem Schieberventil als Ventilschieber und bei einem Sitzventil als Ventilstößel ausgebildet ist. Das Schaltglied wird meist über ein Druckmittel durch eine integrierte Kolben-Zylinder-Einheit als Antriebsanordnung oder elektrisch mittels eines Elektromagneten bewegt. Es kann eine monostabile oder eine bistabile Ventilfunktion umgesetzt werden. Bei einer monostabilen Ventilfunktion kehrt das Schaltglied automatisch – meist durch eine Rückstellfeder – in seine Ausgangslage zurück, wenn eine Betätigung des Wegeventils nicht erfolgt. Dagegen verharrt das Schaltglied bei einer bistabilen Ventilfunktion in der jeweiligen betätigungslosen Stellung. Die vorliegende Erfindung betrifft speziell ein monostabiles Wegeventil, an dem je nach gewünschter Ventilfunktion jedoch mehrere äußere Druckmittelanschlüsse vorgesehen sein können, wobei die Bauform eines Schieberventils oder eines Sitzventils realisierbar ist.
• Ein solches monostabiles Wegeventil ist aus der DE 295 17 768 U1 bekannt. Das Wegeventil verfügt über ein Ventilgehäuse, an dem zwei Druckmittelanschlüsse P, A vorgesehen sind, die zu einer innenliegenden Druckkammer führen: Der Druckmittelfluss zwischen den beiden Druckmittelanschlüssen P, A ist durch ein Schaltglied beeinflussbar, das gemeinsam mit einem am Ventilgehäuse angeformten Ventilsitz eine Sitzventilanordnung bildet. Das Schaltglied ist von außen her über einen Steuerdruck pneumatisch bewegbar. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Ventilgehäuses eine Vorsteuerkammer untergebracht, die teilweise durch eine bewegbare Membran begrenzt wird. Bei Druckbeaufschlagung der Vorsteuerkammer bewegt sich die Membran, die ihrerseits wiederum das Schaltglied bewegt, so dass das gegenüberliegende Ende des Schaltgliedes auf dem Ventilsitz zur Anlage kommt. In dieser Schaltstellung ist der Druckmittelfluss zwischen den Druckmittelanschlüssen P und A gesperrt. Zum Öffnen des Druckmittelflusses wird die Vorsteuerkammer drucklos geschalten, so dass durch die Entspannung einer zwischen dem Ventilgehäuse und der Membran angeordneten Rückstellfeder das Schaltglied in seine Offenstellung gelangt, so dass in dieser Schaltstellung eine Verbindung der Druckmittelanschlüsse P und A hergestellt ist. Um die einwandfreie Ventilfunktion zu ermöglichen, ist ein druckdichter Abschluss der Druckkammer gegenüber der Vorsteuerkammer zu gewährleisten. Dies wird beim bekannten Wegeventil durch einen aus einem Elastomermaterial bestehenden Faltenbalg erzielt, der zwischen dem Ventilgehäuse und dem relativ dazu bewegbaren Schaltglied abdichtend wirkt. Weiterhin ist im Ventilgehäuse eine Atmungsbohrung erforderlich, um den die Rückstellfeder enthaltenden innenliegenden Bereich stets drucklos zu halten.
• In der DE 35 04 008 A1 ist ein bistabiles Wegeventil offenbart, bei dem ein Faltenbalg zwar eine Trennung des Bereichs der Druckkammer vom Bereich der Antriebsanordnung durch eine Funktion entsprechend einer Rückstellfeder jedoch nicht ausführt.
• Das bekannte monostabile 2/2-Wegeventil weist eine recht hohe Anzahl an Einzelbauteilen auf. Daraus ergibt sich in nachteiliger Weise ein recht hoher Material- und Montageaufwand.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes monostabiles Wegeventil dahingehend weiter zu verbessern, dass durch eine Vereinfachung des Aufbaus weniger Einzelbauteile erforderlich sind, um insoweit den Material- und Montageaufwand zu senken.
• Die Aufgabe wird ausgehend von einem monostabilen Wegeventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein innenliegendes Schaltglied eines monostabilen Wegeventils im Bereich der Druckkammer von einem zwischen dem Ventilgehäuse und dem Schaltglied eingesetzten rohrförmigen Federmittel zur Aufbringung der rückstellenden Federkraft umgeben ist. Das rohrförmige Federmittel verfügt dabei über eine geschlossene Oberfläche, um gleichzeitig eine druckdichte Trennung zwischen der Druckkammer und dem Bereich der Antriebsanordnung zu gewährleisten.
• Die Erfindung bietet damit den Vorteil, dass die erforderliche Abtrennung zwischen der Druckkammer und dem Bereich der Antriebsanordnung im Durchdringungsbereich des . Schaltgliedes innerhalb des Ventilgehäuses durch ein Bauteil wahrgenommen wird, das gleichzeitig auch als Rückstellfeder für das Schaltglied dient. Somit stellt das erfindungsgemäße rohrförmige Federmittel ein funktionsintegriertes Bauteil dar, dass die Funktion einer Rückstellfeder sowie die einer Dichtungsanordnung in einem einzigen Bauteil vereint. Daraus resultiert ein einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Wegeventils, das sich in einfacher Weise montieren lässt. Da eine Atmungsbohrung für den innenliegenden Bereich einer ansonsten erforderlichen Rückstellfeder entfallen kann, ist das Innere des Ventilgehäuses keiner Verschmutzungsgefahr ausgesetzt. Durch diesen insgesamt abgeschlossenen Aufbau des Ventilgehäuses kann das erfindungsgemäße Wegeventil selbst in extrem verschmutzten Umgebungen eingesetzt werden.
• Vorzugsweise besteht das Federmittel aus Federstahl, um eine zuverlässige Rückstellkraft für das Schaltglied aufzubringen, die in einem günstigen Verhältnis zu der Betätigungskraft der Antriebsordnung steht. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das im wesentlichen rohrförmige Federmittel mit einem faltenbalgartigen Querschnitt versehen ist, um die Federwirkung möglichst günstig umzusetzen.
• Vorteilhafter Weise kann das Ventilgehäuse aus einem im wesentlichen topfförmigen Druckkammerteil und einem Antriebsteil für das Schaltglied bestehen, die beide über einen dazwischen angeordneten Dichtring miteinander verbunden sind. Dieses zweigeteilte Ventilgehäuse ermöglicht eine einfache Montage der innenliegenden Bauteile und kann lösbar, beispielsweise durch Verschrauben, oder unlösbar, beispielsweise durch Verkleben, im montierten Zustand gehalten werden. Bei diesem Aufbau ist es von besonderem Vorteil, wenn zur gehäuseseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels eine zwischen dem Druckkammerteil und dem Antriebsteil angeordnete Ringscheibe vorgesehen ist, durch die sich das Schaltglied erstreckt und die einen ringförmigen Ansatz zum Aufstecken des rohrförmigen Federmittels aufweist. Zur schaltgliedseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels kann das Schaltglied in seinem Endbereich mit einer kreisförmigen Anformung ausgebildet werden, auf die das rohrförmige Federmittel ebenfalls aufsteckbar ist.
• In besonders einfacher Weise kann das erfindungsgemäße Wegeventil als Sitzventil aufgebaut sein, bei dem das Schaltglied nach Art eines Sitzventilstößels ausgebildet ist, der auf einen direkt am Ventilgehäuse im Bereich des Druckmittelanschlusses angeformten Ventilsitz wirkt. Der Ventilsitz kann beispielsweise die trichterförmige Gestalt einer angefasten Bohrung besitzen und mit einem Ventilstößel korrespondieren, der kegelartig ausläuft oder der durch einen Dichtring gebildet ist, der innerhalb einer endseitig im Ventilstößel befindlichen Nut angeordnet ist. Versuche haben ergeben, daß die letztgenannte Lösung insbesondere für flüssige Medien geeignet ist. Weiterhin ist es auch denkbar, den Ventilsitz kegelstumpfartig mit einem erhabenen Randbereich auszubilden, der in einfacher Weise direkt mit der Stirnfläche des Ventilstößels korrespondiert. Durch diese Ausführungen von Ventilsitz und Ventilstößel wird in einfacher Weise eine 2/2-Wegeventilfunktion umgesetzt. Ebenfalls ist es denkbar, dass das Schaltglied des Wegeventils nach Art eines Schieberventils aufgebaut ist.
• Die Antriebsanordnung des Wegeventils ist vorzugsweise nach Art einer pneumatischen Vorsteuerung ausgebildet. Daneben ist es auch denkbar, als Antriebsanordnung einen Elektromagneten oder dergleichen einzusetzen. Im Falle einer pneumatischen Vorsteuerung ist ein zusätzlicher, am Ventilgehäuse angeordneter Druckmittelanschluss S für den Steuerdruck vorgesehen. Der Druckmittelanschluss S mündet in eine innenliegende Steuerdruckkammer ein. Vorzugsweise wird diese zumindest teilweise vom rohrförmigen Federmittel gebildet. Das Schaltglied dient damit gleichzeitig auch als direkt durch den Steuerdruck beaufschlagbarer Kolben.
• Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist das Schaltglied an seinem der Steuerdruckkammer zugeordneten Ende innerhalb einer koaxialen Ausnehmung direkt im Ventilgehäuse geführt. Um diese Führung besonders verschleißfest auszugestalten, kann hier eine eingepresste Führungsbuchse aus Metall oder einem anderen geeigneten festen Material eingesetzt werden. Ansonsten lässt sich zumindest das Ventilgehäuse und das Schaltelement in einfacher Weise aus Kunststoff im Spritzgussverfahren herstellen.
• Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein monostabiles Mehrwegeventil mit einer pneumatischen Vorsteuerung, das eine 2/2-Wegefunktion ausführt und in Sitzventilbauweise konstruiert ist.
• Das Ventilgehäuse 1 des Wegeventils besteht aus einem unteren, im wesentlichen topfförmigen Druckkammerteil 2 und einem hiermit verbundenen Antriebsteil 3, wobei ein dazwischenliegender Dichtring 4a sowie 4b angeordnet ist. Am topfförmigen Druckkammerteil 2 des Ventilgehäuses 1 befindet sich ein Druckmittelanschluss P sowie ein Druckmittelanschluss A. Der Druckmittelanschluss A mündet direkt in eine innenliegende Druckkammer 5. In der Druckkammer 5 ist in unmittelbarer Nähe zum Druckmittelanschluss P ein Ventilsitz 6 vorgesehen, der zum Schalten des Druckmittelflusses zwischen dem Druckmittelanschluss P und dem Druckmittelanschluss A mit einem Schaltglied 7 zusammenwirkt. Das Schaltglied 7 mit einem endseitigen kappenartigen Verschlusselement 8 aus einem gummiartigen Material versehen. Die geführte Bewegung des Schaltgliedes wird durch eine Führungshülse 9 aus Metall unterstützt, die in eine koaxiale Ausnehmung im Antriebsteil 3 eingepresst ist. Innerhalb der Druckkammer 5 ist zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Schaltglied 7 ein rohrförmiges Federmittel 10 eingesetzt, um eine rückstellende Federkraft für das Schaltglied 7 aufzubringen. Das rohrförmige Federmittel 10 verfügt über eine geschlossene Oberfläche und gewährleistet insoweit auch eine druckdichte Trennung zwischen der Druckkammer 5 und dem Bereich des Antriebsteils 3. Zur gehäuseseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels 10 ist eine zwischen dem Druckkammerteil 2 und dem Antriebsteil 3 angeordnete Ringscheibe 11 vorgesehen, durch die sich das Schaltglied 7 erstreckt und die einen ringförmigen Ansatz 12 zum Aufstecken des rohrförmigen Federmittels 10 besitzt. Zur schaltgliedseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels 10 weist das Schaltglied 7 eine kreisförmige Anformung 13 auf, auf die das rohrförmige Federmittel 10 ebenfalls aufsteckbar ist.
• Das Schaltglied 7 ist in dem Ausführungsbeispiel über eine pneumatische Vorsteuerung als Antriebsanordnung bewegbar. Hierfür mündet der am Ventilgehäuse 1 angeordnete Druckmittelanschluss S für den Steuerdruck in eine innenliegende Steuerdruckkammer 14 ein. Die Steuerdruckkammer 14 wird teilweise von dem Antriebsteil 3 und teilweise von dem rohrförmigen Federmittel 10 sowie der Anformung 13 am Schaltglied 7 gebildet. Bei Beaufschlagung der Steuerkammer 14 mit einem Steuerdruck bewegt sich das Schaltglied 7 von seiner hier gezeigten Offenstellung in seine Schließstellung, in der die Verschlusskappe 8 auf dem Ventilsitz 6 zur Anlage kommt, so dass kein Druckmittelfluss vom Druckmittelanschluss P zum Druckmittelanschluss A gelangen kann. Ist die Steuerdruckkammer 14 drucklos, so erfolgt durch das Federmittel 10 eine Rückstellung des Schaltgliedes 7 in seine Ausgangsstellung, in der ein Druckmittelfluss von Druckmittelanschluss P zum Druckmittelanschluss A möglich ist.

Claims (11)

1. Monostabiles Wegeventil zur Steuerung eines Druckmittelflusses mit einem Ventilgehäuse (1), an dem mindestens zwei äußere Druckmittelanschlüsse (P, A) vorgesehen sind, die in mindestens eine zugeordnete innenliegende Druckkammer (5) münden, in der teilweise ein Schaltglied (7) zum Öffnen und Schließen des Druckmittelflusses angeordnet ist, das über eine von außen ansteuerbare und gegen die Druckkammer (5) abgedichtete Antriebsanordnung entgegen einer rückstellenden Federkraft längs bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) im Bereich der innenliegenden Druckkammer (5) von einem zwischen dem Ventilgehäuse (1) und dem Schaltglied (7) eingesetzten rohrförmigen Federmittel (10) zur Aufbringung der rückstellenden Federkraft umgeben ist, das über eine geschlossene Oberfläche eine druckdichte Trennung zwischen der Druckkammer (5) und dem Bereich der Antriebsanordnung gewährleistet.
2. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (10) aus einem faltenbalgartig ausgebildeten Federstahlmaterial besteht.
3. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1) aus einem im wesentlichen topfförmigen Druckkammerteil (2) und einem Antriebsteil (3) besteht, die beide über mindestens einen dazwischen angeordneten Dichtring (4a, 4b) druckdicht miteinander verbunden sind.
4. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur gehäuseseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels (10) eine zwischengeschaltete Ringscheibe (11) vorgesehen ist, durch die sich das Schaltglied (7) erstreckt und die einen ringförmigen Ansatz (12) zum Aufstecken des rohrförmigen Federmittels (10) aufweist.
5. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur schaltgliedseitigen Aufnahme des rohrförmigen Federmittels (10) das Schaltglied (7) in seinem Endbereich eine kreisförmige Ausformung (13) besitzt, auf die das rohrförmige Federmittel (10) aufsteckbar ist.
6. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) nach An eines Sitzventilstößels ausgebildet ist, der auf einen direkt im Ventilgehäuse (1) im Bereich des Druckmittelanschlusses (A) ausgeformten Ventilsitz (6) wirkt.
7. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) endseitig mit einem kappenartigen Verschlusselement (8) aus einem gummiartigen Material versehen ist, das am Ventilsitz (6) zur Anlage kommt.
8. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung nach Art einer pneumatischen Vorsteuerung ausgebildet ist, wobei ein am Ventilgehäuse (1) angeordneter Druckmittelanschluss (S) für den Steuerdruck vorgesehen ist, der in eine innenliegende Steuerdruckkammer (14) einmündet, die zumindest teilweise direkt vom rohrförmigen Federmittel (10) gebildet wird.
9. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (7) an seinem der Steuerdruckkammer (14) zugeordneten Ende innerhalb einer koaxialen Ausnehmung im Ventilgehäuse (1) geführt ist.
10. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung über eine in die koaxiale Ausnehmung im Ventilgehäuse (1) eingepresste Führungshülse (9) aus Metall erfolgt.
11. Monostabiles Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Ventilgehäuse (1) und das Schaltglied (7) aus Kunststoff besteht und im Spritzgussverfahren hergestellt ist.