DE102005019698B3

DE102005019698B3 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE102005019698B3
Application number: DE200510019698
Authority: DE
Inventors: Herbert Frisch
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-04-29

Abstract

Es wird ein Mehrwegeventil vorgeschlagen, in dessen Ventilgehäuse (1) sich eine Schieberaufnahme (2) befindet, die einen Ventilschieber (3) aufnimmt, der von mehreren axial beabstandeten ringförmigen Dichtungseinheiten (16) umschlossen ist. Jede Dichtungseinheit (16) sitzt in einem Gehäuseschlitz (22) und verfügt über einen Dichtungskörper (27), der mit einem Dichtabschnitt (29) zur abdichtenden Zusammenarbeit mit dem Ventilschieber (3) in die Schieberaufnahme (2) hineinragt. Die Dichtungseinheit (16) besitzt den Dichtabschnitt (29) in der Schieberaufnahme (2) koaxial beidseits flankierende ringförmige Stützscheiben (42), die in den Gehäuseschlitz (22) hineinragen und sich zur Begrenzung der Verformung des Dichtabschnittes (29) an der jeweils zugeordneten Schlitzflanke (32) axial abstützen können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, mit einem Ventilgehäuse, das eine längliche Schieberaufnahme aufweist, in der sich ein in seiner Längsrichtung verstellbarer Ventilschieber befindet, der von mehreren axial beabstandeten ringförmigen Dichtungseinheiten umschlossen ist, die jeweils in einen die Schieberaufnahme umschließenden und radial innen zur Schieberaufnahme offenen Gehäuseschlitz eingesetzt sind, wobei mindestens eine Dichtungseinheit einen gummielastischen, ringförmigen Dichtungskörper mit einem in dem Gehäuseschlitz angeordneten, dichtend an den beiden Schlitzflanken anliegenden Basisabschnitt und einem zur abdichtenden Zusammenarbeit mit dem Ventilschieber in die Schieberaufnahme hineinragenden Dichtabschnitt aufweist.

Ein aus der EP 1 284 379 B1 bekanntes Mehrwegeventil dieser Art verfügt über mehrere ringförmige Dichtungseinheiten, die jeweils in einen Gehäuseschlitz des Ventilgehäuses eingesetzt sind und dabei mit einem gummielastischen Dichtabschnitt in die Schieberaufnahme hineinragen, wo sie einen axial verstellbaren Ventilschieber umschließen. Der Ventilschieber be sitzt axial aufeinanderfolgende Längenabschnitte größeren und kleineren Querschnittes, wobei ein Fluiddurchgang zwischen zwei benachbarten Abschnitten der Schieberaufnahme unterbunden wird, wenn ein Längenabschnitt größeren Durchmessers in die zugeordnete Dichtungseinheit eintaucht. Da sich die Installation der Dichtungseinheiten auf ein Einschieben in den jeweils zugeordneten Gehäuseschlitz beschränkt, kann das Mehrwegeventil kostengünstig hergestellt werden. Allerdings ist der in einer Offenstellung des Ventilschiebers zugelassene Durchsatz an Druckmedium verhältnismäßig gering, weil die Dichtabschnitte nur mit einem geringen Betrag in die Schieberaufnahme vorstehen.

Ein ähnliches Mehrwegeventil ist in der DE 36 41 383 A1 beschrieben. Es unterscheidet sich von demjenigen der EP 1 284 379 B1 vor allem in der speziellen Formgebung der gummielastischen Dichtungskörper der einzelnen Dichtungseinheiten.

Bei einem in der EP 0 584 480 A1 beschriebenen Mehrwegeventil sind ringförmige Dichtungseinheiten in ringförmigen Gehäuseschlitzen gehalten, wobei sie einen im Gehäuseschlitz liegenden Basisabschnitt und einen zur abdichtenden Zusammenarbeit mit dem Ventilschieber in die Schieberaufnahme hineinragenden Dichtabschnitt aufweisen. Die gesamte Dichtungseinheit ist einschließlich des Basisabschnittes axial beweglich in dem Gehäuseschlitz aufgenommen. Die seitlichen Wandungen des Gehäuseschlitzes sind scheibenförmig ausgebildet und begrenzen die axiale Beweglichkeit der Dichtungseinheit. Sie sind einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildet. In radialer Richtung ist die Dichtungseinheit durch das Ventilgehäuse ortsfest abgestützt.

Die DE 695 19 420 T2 offenbart eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen sich umschließenden Bauteilen. Die Dichtungsanordnung ist radial unbeweglich in eine Ringnut beispielsweise des äußeren Bauteils eingesetzt und enthält einen das innere Bauteil dichtend umschließenden Dichtungsring. Zwischen dem Dichtungsring und den Nutflanken befindet sich jeweils ein Anti-Extrusionsring, der verhindert, dass der Dichtungsring in den Zwischenraum zwischen den beiden Bauteilen hinein verformt wird.

Eine vergleichbare Anordnung wird in der US 2,765,204 beschrieben. Auch dort ist eine Dichtungseinheit radial unbeweglich in einer Ringnut eines Bauteils aufgenommen und enthält einen in radialer Richtung mit dem anderen Bauteil dichtend zusammenarbeitenden Dichtungsring, der seitlich von Blockierringen flankiert ist, die verhindern, dass der Dich tungsring in den Zwischenraum zwischen den beiden Bauteilen eindringt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrwegeventil zu schaffen, das bei weiterhin einfacher Montage höhere Durchflussraten zulässt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Mehrwegeventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die mindestens eine Dichtungseinheit den Dichtabschnitt in der Schieberaufnahme koaxial beidseits flankierende ringförmige Stützscheiben aufweist, die in den Gehäuseschlitz hineinragen und sich zur Begrenzung der Verformung des Dichtabschnittes an der jeweils zugeordneten Schlitzflanke axial abstützen können, wobei die Dichtungseinheit einschließlich den zu ihr gehörenden Stütz-scheiben in der Schlitzebene schwimmend bezüglich dem Ventilgehäuse angeordnet ist.

Auf diese Weise kann der Dichtabschnitt der Dichtungseinheiten relativ weit radial in die Schieberaufnahme hineinragen, ohne Gefahr zu laufen, durch die im Betrieb an ihm anstehende axiale Druckdifferenz so umgebogen zu werden, dass der Dichtkontakt mit dem momentan umschlossenen Längenabschnitt des Ventilschiebers abreißt. Da somit der Durchmesser der Schieberaufnahme axial beidseits der Dichtungseinheit größer aus geführt werden kann als beim Stand der Technik, ergibt sich in der Offenstellung ein größerer Spalt zwischen der Wandung der Schieberaufnahme und dem Außenumfang des Ventilschiebers mit dem Resultat eines größeren möglichen Fluiddurchsatzes. Indem die ringförmigen Stützscheiben nicht am Ventilgehäuse angeformt sind, sondern Bestandteil der betreffenden Dichtungseinheit sind, werden sie beim Einsetzen der Dichtungseinheiten in die Gehäuseschlitze automatisch mit installiert. Es ist dadurch ferner möglich, für die Schieberaufnahme eine sehr einfache und leicht zu fertigende Kontur zu wählen, beispielsweise ohne Abstufungen durchgehend zylindrisch. Durch die Stützscheiben wird auch ein relativ weit in die Schieberaufnahme hineinragender Dichtabschnitt axial abgestützt, so dass er durch die an ihm angreifenden Druckdifferenzen nicht unerwünscht umgebogen werden kann. Aufgrund der schwimmenden Lagerung kann sich die Dichtungseinheit auch im Betrieb des Mehrwegeventils selbständig in Bezug auf die Lage des Ventilschiebers ausrichten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Eine sehr zuverlässige Abdichtung der Schieberaufnahme gegenüber der Umgebung im Bereich der Gehäuseschlitze ist gegeben, wenn der Basisabschnitt des Dichtungskörpers für den Dicht kontakt mit den Schlitzflanken auf beiden Axialseiten jeweils eine mit ihrem freien Endbereich in Richtung der Schieberaufnahme weisende Dichtlippe aufweist. Der von radial innen her anstehende Fluiddruck presst die Dichtlippen gegen die Schlitzflanken und sorgt so für eine hohe Anpresskraft zwischen den abzudichtenden Komponenten.

Es ist von Vorteil, wenn die Dichtungseinheit zusätzlich einen den Basisabschnitt koaxial umschließenden Stützring aufweist, der den Dichtungskörper gegen Verformung nach radial außen hin abstützt und dadurch den zuverlässigen Dichtkontakt zwischen dem Basisabschnitt und den Schlitzflanken begünstigt.

Im Betrieb des Mehrwegeventils kann das Material des Dichtungskörpers, beispielsweise auf Grund gewisser Bestandteile in dem zu steuernden Druckmedium – bei einem Pneumatikventil kann dies in der Druckluft mitgeführtes Öl sein –, zum Quellen neigen. Die daraus resultierende Volumenvergrößerung könnte sich so auswirken, dass sich der vom Dichtabschnitt umgrenzte Querschnitt verringert und dadurch der Ventilschieber in seiner axialen Beweglichkeit beeinträchtigt wird. Diesem Umstand kann dadurch begegnet werden, dass man für eine axiale Verformungsmöglichkeit für den Dichtabschnitt sorgt und dadurch die Neigung zu einer Verengung des Ringquerschnittes stark verringert wird.

Eine solche für den Betrieb des Mehrwegeventils unschädliche Quellungsmöglichkeit kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass man den Abstand zwischen den zur Abstützung an den Schlitzflanken vorgesehenen, einander entgegengesetzt orientierten Abstützflächen der beiden Stützscheiben geringer wählt als die Breite des Gehäuseschlitzes im Bereich dieser Abstützflächen, wobei man gleichzeitig eine axiale Beweglichkeit der Stützscheiben vorsieht, so dass sie bei Beaufschlagung durch den sich in Folge Quellung axial verbreiternden Dichtabschnitt ihren Abstand voneinander bis zur abstützenden Anlage an den Schlitzflanken vergrößern können. Man lässt praktisch ein axiales "Atmen" der Stützscheiben in gewissem Rahmen zu, ohne die absolute Abstützfunktion der Stützscheiben zu unterbinden.

Es ist auch möglich, den axial außen gemessenen Abstand zwischen den beiden Stützscheiben der Breite des Gehäuseschlitzes anzupassen, so dass die beiden Stützscheiben unabhängig vom Quellungszustand des Dichtabschnittes ständig an den Stützflanken anliegen, wobei dann zweckmäßigerweise zwischen jeder Stützscheibe und dem Dichtabschnitt ein axialer Spalt vorgesehen wird, der eine durch Quellung verursachte axiale Verbreiterung des Dichtungsabschnittes relativ zu den axial ortsfesten Stützscheiben zulässt.

Die Stützscheiben können auf unterschiedliche Weise in die zugeordnete Dichtungseinheit integriert sein. Möglich ist beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Stützscheiben und dem Dichtungskörper oder auch, zusätzlich oder auch alternativ, eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen diesen vorgenannten Komponenten.

Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht vor, dass die Stützscheiben über in den Dichtungskörper eingebettete Stegelemente an einer ebenfalls in den Dichtungskörper eingebetteten Haltestruktur fixiert sind, wobei letztere zweckmäßigerweise mehrere in der Umfangsrichtung des Dichtungskörpers verteilte Haltesegmente aufweist, an denen die den beiden Stützscheiben zugeordneten Stegelemente an in Umfangsrichtung versetzten Stellen angreifen. Drückt hier der Dichtabschnitt in Folge eines Quellens axial gegen die Stützscheiben, können sich diese voneinander entfernen, weil die elastisch in den Dichtungskörper eingebetteten Haltesegmente in der Lage sind, sich um eine radiale Achse geringfügig zu verdrehen.

Man kann allerdings auch eine besondere Formgebung der Stegelemente vorsehen, so dass eine gewisse Flexibilität gegeben ist, die eine axiale Relativbewegung zwischen den Stützscheiben und den Haltesegmenten ermöglicht.

Die Stützscheiben können im Übrigen bei Bedarf auch in Umfangsrichtung in einzelne Stützscheibensegmente unterteilt sein. Eine durchgehende Ringstruktur wird allerdings in der Regel vorzuziehen sein, weil hierdurch eine symmetrische Ab stützung des Dichtabschnittes gewährleistet wird. Auch in fertigungstechnischer Hinsicht ergeben sich hier Vorteile.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine mögliche erste Bauform des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils in schematischer Darstellung im Längsschnitt, wobei die einzelnen Dichtungseinheiten lediglich schematisch angedeutet sind,
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Mehrwegeventils aus 1 im Bereich einer momentan in Dichtkontakt mit dem Ventilschieber stehenden Dichtungseinheit,
3 die in 2 gezeigte Anordnung bei in eine Offenstellung verlagertem und dadurch einen Fluiddurchgang durch die Dichtungseinheit freigebendem Ventilschieber,
4 einen Ausschnitt aus einem weiteren Ausführungsbeispiel des Mehrwegeventils mit einer gegenüber 2 und 3 modifizierten Dichtungseinheit,
5 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Mehrwegeventils im Bereich einer Dichtungseinheit,
6 die Anordnung aus 5 in einem um 90° verdrehten Längsschnitt zur besseren Verdeutlichung der Ausgestaltung des Gehäuseschlitzes,
7 einen Querschnitt durch das Mehrwegeventil aus 5 gemäß Schnittlinie VII-VII,
8 die bei dem Mehrwegeventil gemäß 5 bis 7 eingesetzte Dichtungseinheit in einer vergrößerten Einzeldarstellung,
9 die bei der Dichtungseinheit gemäß 8 vorhandene, sich aus zwei Stützscheiben, mehreren Stegelementen und einer Haltestruktur zusammensetzenden einstückigen Baueinheit in einer Einzeldarstellung im Schnitt gemäß Schnittlinie IX-IX aus 10, und
10 die Baueinheit aus 9 im Querschnitt gemäß Schnittlinie X-X aus 9.
Das Mehrwegeventil in seinen verschiedenen Ausführungsformen besitzt ein Ventilgehäuse 1, in dessen Innern sich eine längliche Schieberaufnahme 2 befindet. In der Schieberaufnahme 2 ist ein beim Ausführungsbeispiel als Kolbenschieber ausgebildeter Ventilschieber 3 angeordnet, der durch Aufbringen von Stellkräften linear in seiner Längsrichtung gemäß Doppelpfeil 4 verstellbar ist. Die Längsachse des Ventilschiebers 3, bei der es sich gleichzeitig um die Längsachse der Schieberaufnahme 2 handelt, ist bei 5 angedeutet.
Das Mehrwegeventil ist mit Antriebsmitteln 6 zum Umschalten des Ventilschiebers 3 ausgestattet. Diese können je nach Ausgestaltung eine direkte oder eine vorgesteuerte Betätigung des Ventilschiebers 3 möglich machen. Das Ausführungsbeispiel zeigt exemplarisch für einen vorgesteuerten Betrieb ausgelegte Antriebsmittel 6.
Diese Antriebsmittel beinhalten an den beiden Stirnseiten des Ventilschiebers 3 angeordnete Stellkolben 7, die jeweils einen auf der dem Ventilschieber 3 axial entgegengesetzten Seite angeordneten Beaufschlagungsraum 8 begrenzen, in den mindestens ein Vorsteuerkanal 12 einmündet, über den – durch ein nur strichpunktiert angedeutetes Vorsteuerventil 13 gesteuert – ein Antriebsfluid zu- und abführbar ist. Die Vorsteuerventile 13 sind elektrisch betätigbar.
Der Ventilschieber 3 ist in Längenabschnitte größeren Durchmessers 14 und zwischen diesen angeordnete Längenabschnitte kleineren Durchmessers 15 unterteilt. Die Längenabschnitte kleineren Durchmessers 15 könnten auch als Einschnürungen bezeichnet werden.
Durch im Ventilgehäuse 1 installierte, axial beabstandet zueinander angeordnete Dichtungseinheiten 16 ist die Schieberaufnahme 2 axial in mehrere Steuerkammern 17 unterteilt, in die jeweils ein die Wandung des Ventilgehäuses 2 durchsetzender Ventilkanal 18 einmündet. Das Mehrwegeventil des Ausführungsbeispiels ist als 5/2- oder 5/3-Wegeventil ausgebildet und verfügt über insgesamt fünf Steuerkammern 17, wobei von den in diese einmündenden Ventilkanälen 18 in 1 nur zwei Stück sichtbar sind, weil sich die anderen Ventilkanäle 18 in der oberhalb der Schnittebene liegenden Ventilgehäusewandung befinden.
Der Ventilschieber 3 ist von den ringförmig ausgebildeten Dichtungseinheiten 16 koaxial umschlossen. Jede Dichtungseinheit 16 sitzt in einem die Schieberaufnahme 2 umschließenden Gehäuseschlitz 22, dessen Schlitzebene 23 rechtwinkelig zur Längsachse 5 ausgerichtet ist. Der Gehäuseschlitz 22 ist radial innen, zur Schieberaufnahme 2 hin, offen.
Zweckmäßigerweise sind die Gehäuseschlitze 22 jeweils von einer das Ventilgehäuse 1 zwischen zwei einander entgegengesetzten Außenflächen 24 (siehe 6 und 7) durchsetzenden schlitzartigen Durchbrechung 25 gebildet, die die Schieberaufnahme 2 kreuzt. Über die in den Außenflächen 24 liegenden Mündungen 26 der Durchbrechung 25 können die Dichtungseinheiten 16 beim Zusammenbau des Mehrwegeventils quer zur Längsachse 5 in den jeweils zugeordneten Gehäuseschlitz 22 eingeschoben werden.
Diese Installation der Dichtungseinheiten 16 erfolgt vor dem Einbau des Ventilschiebers 3. Dieser wird anschließend von einer Stirnseite her in die Schieberaufnahme 2 und durch die eingeschobenen Dichtungseinheiten 16 hindurch in die Schieberaufnahme 2 eingesteckt. Hierzu verfügt das Ventilgehäuse 1 an wenigstens einer Stirnseite über einen Gehäusedeckel 27.
Die Dichtungseinheiten 16 sind in der Schlitzebene 23 und somit rechtwinkelig zur Längsachse 5 schwimmend bezüglich dem Ventilgehäuse 1 gelagert. Somit kann beim Einführen des Ventilschiebers 3, und vorzugsweise auch beim späteren Betrieb des Mehrwegeventils, eine Selbstzentrierung stattfinden, die einem Verklemmen und mithin einem erhöhten Verschleiß vorbeugt.
Die schwimmende Lagerung wird dadurch erzielt, dass die Dichtungseinheiten 16 mit minimalem Verschiebespiel im jeweils zugeordneten Gehäuseschlitz 22 aufgenommen sind.
Die bei einem Schnitt rechtwinkelig zur Längsachse 5 gesehene Außenkontur der Dichtungseinheiten 16 ist prinzipiell beliebig, vorzugsweise allerdings kreisförmig (siehe 7).
Die Innendurchmesser der Dichtungseinheiten 16 sind so auf die Abmessungen des Ventilschiebers 3 abgestimmt, dass sie den Ventilschieber 3 dichtend ringsum umschließen, wenn er mit einem Längenabschnitt größeren Durchmessers 14 in sie eintaucht. Es liegt dann eine fluiddichte Verbindung zwischen der betreffenden Dichtungseinheit 16 und dem Ventilschieber 3 vor, so dass auf Grund der zusätzlich vorhandenen dichten Verbindung zwischen der Dichtungseinheit 16 und dem Ventilgehäuse 1 eine fluiddichte Abtrennung der beidseits der betreffenden Dichtungseinheit 16 liegenden Steuerkammern 17 erfolgt. Dort hingegen, wo sich ein Längenabschnitt kleineren Durchmessers 15 in einer Dichtungseinheit 16 befindet, ergibt sich zwischen der Dichtungseinheit 16 und dem entsprechenden Längenabschnitt 15 ein die beiden benachbarten Steuerkammern 17 verbindender ringförmiger Überströmspalt 34, der einen Übertritt von Druckmedium gestattet.
Somit kann durch Wahl der Positionierung des Ventilschiebers 3 eine variable fluidische Verknüpfung zwischen jeweils benachbarten Steuerkammern 17 hervorgerufen werden, um diesen zugeordnete Ventilkanäle 18 fluidisch miteinander zu verbinden oder voneinander abzutrennen. Bei dem hierbei gesteuerten Druckmedium handelt es sich insbesondere um Druckluft. Die Verwendung eines anderen gasförmigen Mediums oder auch eines hydraulischen Mediums ist jedoch ebenfalls möglich.
Wenigstens die zwischen zwei Steuerkammern 17 angeordneten Dichtungseinheiten 16 haben zweckmäßigerweise untereinander den gleichen, erfindungsgemäßen Aufbau. Dieser soll im Folgenden unter Beleuchtung vorteilhafter Details anhand der 2 bis 10 näher beschrieben werden.
Die Dichtungseinheit 16 verfügt über einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden ringförmigen Dichtungskörper 27. Dieser weist einen dem äußeren radialen Bereich zugeordneten ringförmigen Basisabschnitt 28 und einen sich radial nach innen daran anschließenden, von dem Basisabschnitt 27 konzentrisch umschlossenen Dichtabschnitt 29 auf. Es handelt sich bei dem Dichtungskörper 27 zweckmäßigerweise um ein einstückiges Bauteil.
Die Querabmessungen des Dichtungskörper 27 sind so gewählt, dass sein Basisabschnitt 28 rings um die Schieberaufnahme 2 herum in dem Gehäuseschlitz 22 aufgenommen ist und dort dichtend an den beiden sich axial gegenüberliegenden Schlitzflanken 32 anliegt.
Um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen, besitzt der Basisabschnitt 28 an beiden axialen Seiten je eine einstückig angeformte Dichtlippe 33, deren freier Endbereich in Richtung zu der Schieberaufnahme 2 weist, so dass sie durch den von radial innen her anstehenden Druck gegen die Schlitzflanken 32 gedrückt und mithin die Flächenpressung erhöht wird.
Der Dichtabschnitt 29 ragt nach radial innen über den Gehäuseschlitz 22 hinaus und in die Schieberaufnahme 2 hinein. Er ist zur abdichtenden Zusammenarbeit mit jeweils mindestens einem der Längenabschnitte 14 größeren Durchmessers des Ventilschiebers 3 vorgesehen. Zu diesem Zweck weist er radial innen eine insbesondere wulstartig gestaltete Dichtkontur 35 auf, die einen Längenabschnitt 14 größeren Durchmessers mit einer gewissen Vorspannung umgreift, wenn dieser in den Dichtungskörper 27 eintaucht, wie dies beispielhaft in 2 und 4 bis 6 angedeutet ist.
Ist der Ventilschieber 3 so positioniert, dass ein Längenabschnitt kleineren Durchmessers 15 vom Dichtungskörper 27 umschlossen ist, ergibt sich ein radialer Abstand zwischen diesem Längenabschnitt 15 und der Dichtkontur 35, woraus der oben schon erwähnte Überströmspalt 34 resultiert. Ein solcher Zustand ist aus 3 ersichtlich, wo ergänzend durch einen Pfeil eine mögliche Fluidströmung 36 angedeutet ist, die durch den Überströmspalt 34 hindurch zwischen den beiden axial beidseits der Dichtungseinheit 16 liegenden Steuerkammern 17 übertreten kann. Diese Stellung sei im Folgenden als Offenstellung bezeichnet.
Um in der Offenstellung einen möglichst großen Fluiddurchsatz zu ermöglichen, ist der Durchmesser der Längenabschnitte größeren Durchmessers 14 im Vergleich zum Durchmesser der Schieberaufnahme 2 klein gewählt, so dass in der Offenstellung zwischen dem axial beabstandet zur Dichtungseinheit 16 platzierten Längenabschnitt größeren Durchmessers 14 und der Umfangsfläche 37 der Schieberaufnahme 2 ein Ringspalt 38 mit relativ großer Spaltbreite B für das hindurchströmende Druckmedium zur Verfügung steht. Dementsprechend weit ragt der Dichtabschnitt 29, der in der Schließstellung des Ventilschiebers 3 den Ringspalt 38 zu überbrücken hat, radial nach innen aus dem Gehäuseschlitz 22 hinaus und in die Schieberaufnahme 2 hinein.
Da die Schieberaufnahme 2 zu Gunsten einer einfachen Herstellung mit einer in Längsrichtung durchgehend zumindest im Wesentlichen unabgestuften Kontur versehen ist – zweckmäßigerweise ist die Schieberaufnahme 2 zylindrisch gestaltet – wäre der Dichtabschnitt 29 ohne ein Treffen von besonderen Vorkehrungen der in der Schließstellung an ihm angreifenden Druckdifferenz praktisch ungeschützt ausgesetzt und könnte sich in Richtung der Steuerkammer 17 niedrigeren Druckes verbiegen, mit der Folge eines Verlustes der Abdichtung gegenüber dem Ventilschieber 3. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, sind bei allen Ausführungsbeispielen zumindest die jeweils zwei Steuerkammern 17 voneinander abtrennenden und vorzugsweise sämtliche Dichtungseinheiten 16 mit jeweils zwei ringförmigen, als Ringscheiben ausgebildeten Stützscheiben 42 ausgestattet, die den Dichtabschnitt 29 in koaxialer Anordnung axial beidseits flankieren.
Durch die Stützscheiben 42 wird der Dichtabschnitt 29 zu beiden axialen Seiten hin abgestützt und an einem Umbiegen gehindert. Die Stützscheiben 42 ihrerseits ragen jeweils von der Schieberaufnahme 2 her in den Gehäuseschlitz 22 hinein, wo sie sich an der jeweils zugeordneten Schlitzflanke 32 ihrerseits axial abstützen können, um somit die über den Dichtabschnitt 29 auf sie einwirkenden Kräfte in das Ventilgehäuse 1 abzuleiten.
Es ist von Vorteil, wenn der größte Teil des Dichtabschnittes 29 in der Schieberaufnahme 2 in der geschilderten Weise abgestützt wird. Beim Ausführungsbeispiel ragen daher die Stützscheiben 42 bis annähernd an die Durchmesserlinie des Längenabschnittes größeren Durchmessers 14 in die Schieberaufnahme 2 hinein und werden radial innen von der Dichtkontur 35 des Dichtabschnittes 22 nur geringfügig überragt.
Somit ist der Dichtabschnitt 29 auch bei einer relativ großen Spaltbreite B an einem Verbiegen und daraus resultierenden Abheben vom Ventilschieber 2 gehindert. Das Mehrwegeventil ermöglicht daher einen Betrieb mit relativ großen Durchflussraten.
Die Stützscheiben 42 sind zweckmäßigerweise integrierende Bestandteile der jeweils zugehörigen Dichtungseinheit 16 und mit dem Dichtungskörper 27 und gegebenenfalls noch weiteren, später zu erwähnenden Komponenten, zu einer Baugruppe zusammengefasst, die sich vor der Montage im Ventilgehäuse 1 als Baueinheit handhaben lässt.
Zweckmäßigerweise ist der Dichtungskörper, der bevorzugt einstückig aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist, auch im Bereich seines radial nach außen orientierten Außenumfanges abgestützt. Dies geschieht mittels eines ebenfalls zur betreffenden Dichtungseinheit 16 gehörenden, bevorzugt hülsenartigen bzw. hohlzylindrisch ausgebildeten Stützringes 43, der den Basisabschnitt 28 außen koaxial umschließt und innerhalb des Gehäuseschlitzes 22 zu liegen kommt. Der Stützring 43 kann beispielsweise durch Vulkanisation oder Kleben am Basisabschnitt 28 fixiert sein. In der Regel wird es jedoch ausreichen, den Stützring 43 lediglich koaxial aufzustecken, da er ja innerhalb des Gehäuseschlitzes 22 zwischen den beiden Schlitzflanken 32 gefangen ist. Man kann im Übrigen vorsehen, dass der Stützring 43 unter leichter Vorspannung auf den dabei etwas verformten elastischen Dichtungskörper 27 aufsteckbar ist.
Die Breite des Stützringes 43 entspricht zweckmäßigerweise im Wesentlichen der Breite des Gehäuseschlitzes 22, so dass der Basisabschnitt 28 über seine gesamte Breite nach radial außen hin abgedeckt ist. Allerdings sind die Abmessungen so gewählt, dass die oben erwähnte schwimmende Aufhängung der Dichtungseinheit 16 gewährleistet bleibt.
Koaxial zwischen dem Stützring 43 und jeder Stützscheibe 42 befindet sich ein umlaufender Ringspalt 44, der den Durchgriff der Dichtlippen 33 für den Dichtkontakt mit den Schlitzflanken 32 ermöglicht.
Bei allen Ausführungsbeispielen verfügen die Stützscheiben 42 in dem innerhalb des Gehäuseschlitzes 22 liegenden Bereich über voneinander wegweisende, der jeweils benachbarten Schlitzflanke 32 zugewandte ringförmige Abstützflächen 45. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist die Anordnung so getroffen, dass die Stützscheiben 42 mit ihren Abstützflächen 45 an der jeweils zugewandten Schlitzflanke 32 anliegen. Der Abstand zueinander entspricht dann der Breite des Gehäuseschlitzes 42 in diesem Bereich.
Bei den anderen Ausführungsbeispielen ist der Abstand zwischen den beiden einander entgegengesetzt orientierten Abstützflächen 45 der beiden Stützscheiben 42 geringer als die Breite des Gehäuseschlitzes 22. Wenn hier durch die anstehende Druckdifferenz eine Stellkraft ausgeübt wird, kann sich folglich der Dichtabschnitt 29 gemeinsam mit den Stützscheiben 42 geringfügig axial bewegen, bis nach Überbrückung des vorhandenen geringfügigen Abstandes auch hier eine abstützende Anlage der auf der Seite des geringeren Druckniveaus liegenden Abstützfläche 45 an der zugeordneten Schlitzflanke 42 erfolgt.
Die im Vergleich zum Gehäuseschlitz 22 geringere Breite der Dichtungseinheit 16 im Bereich der Stützscheiben 42 hat den Vorteil, dass sich der Dichtabschnitt 29 axial im Wesentli chen ungestört verbreitern kann, wenn er durch äußere Einflüsse zum Quellen veranlasst wurde. Dies kann beispielsweise durch Öle hervorgerufen werden, die dem Druckmedium beigesetzt sind und die das gummielastische Dichtungsmaterial benetzen.
Wäre der Dichtabschnitt 29 fest eingespannt, könnte das Quellen zu radialen Verspannungen zwischen dem Dichtungskörper 27 und dem Ventilschieber 3 führen und dadurch die zum Umschalten erforderliche Beweglichkeit des Ventilschiebers 3 einschränken. Diese Problematik ist somit aufgehoben.
Auch beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 wurde der Quellungsproblematik begegnet. Dort ist zwischen den ständig an den Schlitzflanken 32 anliegenden Stützscheiben 42 und dem Dichtabschnitt 29 jeweils ein spaltartiger Zwischenraum 46 vorgesehen, der eine durch Quellung verursachte axiale Verbreiterung des Dichtabschnittes 29 relativ zu den sich dabei gehäusefest abstützenden Stützscheiben 42 zulässt.
Bei Bedarf kann die Maßnahme des spaltartigen Zwischenraumes 46 zusätzlich auch bei den mit axial beweglichen Stützscheiben 42 ausgestatteten Bauformen realisiert werden.
Für die Fixierung der Stützscheiben 42 innerhalb der Dichtungseinheit 16 sind verschiedene Möglichkeiten gegeben.
Beim Ausführungsbeispiel der 4 bis 7 sind die Stützscheiben 42 durch Verkleben oder Vulkanisieren oder durch eine andere Art einer Stoffschlussverbindung am Dichtungskörper und dabei insbesondere unmittelbar am Dichtabschnitt 29 festgelegt.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 liegt eine kombiniert kraft- und formschlüssige Befestigung vor. Hier besitzen die Stützscheiben 42 an ihrem innerhalb des Gehäuseschlitzes 22 liegenden Bereich einen axial in Richtung zum Dichtungskörper 27 ragenden ringförmigen Axialvorsprung 47, der in eine axial orientierte Ringnut 48 des Dichtungskörpers 27 formschlüssig eingreift und zugleich festgeklemmt ist. Bei dieser Bauform sind die Stützscheiben 42 zweckmäßigerweise als lösbare Bestandteile der Dichtungseinheit 16 ausgeführt.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Stützscheiben 42 durch Verrasten am Dichtungskörper 27 zu befestigen.
Während es sich bei den beiden Stützscheiben 42 im Falle der Ausführungsformen gemäß 1 bis 4 jeweils um individuelle Bauteile handelt, sind sie bei der Bauform gemäß 5 bis 10 zu einer in 9 und 10 separat abgebildeten einstückigen Baueinheit zusammengefasst. Diese Baueinheit beinhaltet zusätzlich eine in den Dichtungskörper eingebettete steife Haltestruktur 52, an der die Stützscheiben 42 jeweils über integrale Stegelemente 53 befestigt sind. Es handelt sich dabei um eine selbsttragende Baueinheit, wobei sich die Haltestruktur 52 zweckmäßigerweise aus mehreren – beim Ausführungsbeispiel 4 Stück – in Umfangsrichtung des Dichtungskörpers 27 verteilten Haltesegmenten 54 zusammensetzt. Jedes Haltesegment 54 ist über je ein Stegelement 53 mit jeder Stützscheibe 42 verbunden, wobei die Angriffspunkte der Stegelemente 53 an jedem Haltesegment 54 in der Umfangsrichtung des Dichtungskörpers zueinander versetzt sind.
An diese Baueinheit ist, bevorzugt durch Spritzgießen, der Dichtungskörper 27 angeformt, wobei sowohl die Haltesegmente 54 als auch die Stegelemente 53 in das Material des Dichtungskörpers 27 eingebettet sind.
Bedingt durch die in Umfangsrichtung versetzten Angriffsstellen der Stegelemente 53 an den Haltesegmenten 54, bildet jedes Haltesegment 54 zusammen mit den beiden ihm zugeordneten Stegelementen 53 ein biegeelastisches Verbindungsglied zwischen den beiden Stützscheiben 42, das in Richtung der Längsachse 5 Relativbewegungen zwischen den Stützscheiben 42 zulässt, um die bei einem Quellen des Dichtabschnittes 29 gewünschte Kompensationsbewegung ausführen zu können.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Stützring 43 eine bezüglich der Haltestruktur 52 gesonderte Komponente. Er könnte jedoch ohne Weiteres zusammen mit der Haltestruktur 52, den Stegelementen 53 und den Stützscheiben 42 zu einer integralen Baueinheit zusammengefasst werden.
Es wäre im Übrigen auch denkbar, die Stützscheiben 42 anders als bei den Ausführungsbeispielen nicht als jeweils ununterbrochen durchgehende Ringkörper auszuführen, sondern in Form von einer Mehrzahl in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Stützscheibensegmenten. Hier wird dann zweckmäßigerweise eine auf Lücke gesetzte Anordnung der Stützscheibensegmente beider Stützscheiben 42 vorgesehen. Die Stützscheibensegmente einer jeweiligen Stützscheibe 42 können jeweils individuell am Dichtungskörper 27 befestigt sein oder aber bevorzugt zu einer Baueinheit zusammengefasst werden, insbesondere vergleichbar der Anordnung gemäß 9 und 10.

Claims

Mehrwegeventil, mit einem Ventilgehäuse (1), das eine längliche Schieberaufnahme (2) aufweist, in der sich ein in seiner Längsrichtung verstellbarer Ventilschieber (3) befindet, der von mehreren axial beabstandeten ringförmigen Dichtungseinheiten (16) umschlossen ist, die jeweils in einen die Schieberaufnahme (2) umschließenden und radial innen zur Schieberaufnahme (2) offenen Gehäuseschlitz (22) eingesetzt sind, wobei mindestens eine Dichtungseinheit (16) einen gummielastischen, ringförmigen Dichtungskörper (27) mit einem in dem Gehäuseschlitz (22) angeordneten, dichtend an den beiden Schlitzflanken (32) anliegenden Basisabschnitt (28) und einem zur abdichtenden Zusammenarbeit mit dem Ventilschieber (3) in die Schieberaufnahme (2) hineinragenden Dichtabschnitt (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dichtungseinheit (16) den Dichtabschnitt (29) in der Schieberaufnahme (2) koaxial beidseits flankierende ringförmige Stützscheiben (42) aufweist, die in den Gehäuseschlitz (22) hineinragen und sich zur Begrenzung der Verformung des Dichtabschnittes (29) an der jeweils zugeordneten Schlitzflanke (32) axial abstützen können, wobei die Dichtungseinheit (16) einschließlich den zu ihr gehörenden Stützscheiben (42) in der Schlitzebene (23) schwimmend bezüglich dem Ventilgehäuse (1) angeordnet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (28) für den Dichtkontakt mit den Schlitzflanken (32) auf beiden Axialseiten jeweils eine mit ihrem freien Endbereich in Richtung der Schieberaufnahme (2) weisende Dichtlippe (33) aufweist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinheit (16) einen den Basisabschnitt (28) unter radialer Abstützung außen koaxial umschließenden, innerhalb des Gehäuseschlitzes (22) liegenden Stützring (43) aufweist, wobei zwischen dem Stützring (43) und jeder Stützscheibe (42) ein Ringspalt (44) vorliegt, durch den der Basisabschnitt (28) für den Dichtkontakt mit den Schlitzflanken (32) hindurchgreift.
Mehrwegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (43) hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (43) auf den Dichtungskörper (27) koaxial aufgesteckt ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zur Abstützung an den Schlitzflanken (32) vorgesehenen, einander entgegengesetzt orientierten Abstützflächen (45) der beiden Stützscheiben (42) geringer ist als die Breite des Gehäuseschlitzes (22) im Bereich dieser Abstützflächen (45), wobei die Stützscheiben (42) ein derart beweglicher Bestandteil der Dichtungseinheit (16) sind, dass sie bei Beaufschlagung durch den sich in Folge Quellung axial verbreiternden Dichtabschnitt (29) ihren Abstand zueinander bis zur abstützenden Anlage an den Schlitzflanken (32) vergrößern können.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen jeder Stützscheibe (42) und dem von diesen flankierten Dichtabschnitt (29) ein spaltartiger Zwischenraum (46) vorliegt, der eine durch Quellung verursachte axiale Verbreiterung des Dichtabschnittes (29) relativ zu den Stützscheiben (42) zulässt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zur Abstützung an den Schlitzflanken (32) vorgesehenen, einander entgegengesetzt orientierten Abstützflächen (45) der beiden Stützscheiben (42) der Breite des Gehäuseschlitzes (22) im Bereich dieser Abstützflächen (45) entspricht, so dass die beiden Stützscheiben (42) unabhängig vom Quellungszustand des Dichtabschnittes (29) ständig an den Schlitzflanken (32) anliegen.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42) durch eine Stoffschlussverbindung, beispielsweise durch Verklebung oder Vulkanisation, am Dichtungskörper (27) fixiert sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42) lösbare Bestandteile der Dichtungseinheit (16) sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42) kraft- und/oder formschlüssig am Dichtungskörper (27) fixiert sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42) in dem innerhalb des Gehäuseschlitzes (22) liegenden Bereich einen ringförmigen Axialvorsprung (47) aufweisen, der in eine axial orientierte Ringnut (48) des Dichtungskörpers (27) eingreift.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42) über Stegelemente (53) an einer in den Dichtungskörper (27) eingebetteten Haltestruktur (52) fixiert sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur (52) mehrere in Umfangsrichtung des Dichtungskörpers (27) verteilte Haltesegmente (54) aufweist, von denen jeweils an in Umfangsrichtung versetzten Stellen zu den beiden Stützscheiben (42) führende Stegelemente (53) abgehen.
Mehrwegeventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheiben (42), die Stegelemente (53) und die Haltestruktur (52) als einstückige Baueinheit ausgeführt sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stützscheiben (42) der Dichtungseinheit (16) über biegeelastische Verbindungselemente (53, 54) in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar miteinander verbunden sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (29) die Stützscheiben (42) radial innen mit einer dem Ventilschieber (3) zugewandten, insbesondere wulstartig gestalteten Dichtkontur (35) nur geringfügig überragt.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungskörper (27) einstückig aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseschlitz (22) von einer das Ventilgehäuse (1) zwischen zwei einander entgegengesetzten Außenflächen (24) durchsetzenden schlitzartigen Durchbrechung (25) gebildet ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinheit (16) eine kreisförmige Außenkontur besitzt.