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Die
Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, insbesondere ein 3/2-Wegeventil
zur Steuerung von Druckluft, mit einem Gehäuse, mit einer gestuften Zylinderbohrung,
die zwei Kolbenführungsbereiche
und einen Schulterring mit zwei Dichtschultern ausbildet, drei längs der
Zylinderbohrung verteilten Querbohrungen, die in die Zylinderbohrung
münden,
einem Steuerkolben, der eine Kolbenstange sowie darauf befestigte
Abdichtkörper
aufweist, wobei stellungsabhängig
jeweils ein Abdichtkörper
an einer der Dichtschultern anliegt, um eine erste äußere Querbohrung
gegenüber
einer mittleren Querbohrung anzudichten und der anderen Abdichtkörper die
zugeordnete Dichtschulter freigibt, um eine Verbindung zwischen
der mittleren Querbohrung und der zweiten äußeren Querbohrung freizugeben.
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Ein
Wegeventil der hiermit bezeichneten Art ist aus der
DE 200 23 376 U1 bekannt.
Die hierbei verwendete Kolbenstange ist an ihren beiden axialen Enden
in Führungsbohrungen
in den Deckelteilen des Gehäuses
geführt.
Dies erfordert nicht nur die zusätzliche
Bearbeitung der entsprechenden Führungsbohrungen
in den Deckelteilen, sondern auch einen paßgenauen Sitz der Deckelteile
gegenüber dem
Gehäuse,
um eine fluchtende koaxiale Lage der Führungsbohrungen zueinander
und der Führungsbohrungen
zur durchgehenden axialen Gehäusebohrung
sicherzustellen.
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Aus
der
JP 1 229 176 A ist
ein gattungsgemäßes Wegeventil
vorbekannt, wobei an einer Kolbenstange an beiden Enden zylindrische
Führungskörper in
nicht näher
offenbarter Weise anschließen, wobei
Abdichtkörper
aus Kunststoffmaterial auf die Kolbenstange aufgeschoben sind.
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Aus
der
DE 35 02 589 A1 ist
ein gattungsgemäßes Umschaltventil
bekannt, bei dem Abdichtkörper
in Form üblicher
Dichtringe auf Teilen einer Kolbenstange aufgezogen sind. Zylindrische
Führungskörper sind
in Steckverbindung mit der Kolbenstange verbunden, wobei aufgrund
beidseitiger Druckfederbelastung der Führungskörper eine lose Steckverbindung
ausreichend wäre.
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Aus
der
FR 1 604 915 ist
ein gattungsgemäßes Wegeventil
bekannt, bei dem zylindrische Führungskörper in
eine mittige Kolbenstange eingesetzt sind. Auch hierbei ist aufgrund
Druckfederbelastung der Führungskörper von
beiden Enden eine lose Steckverbindung ausreichend. Die Dichtkörper sind als übliche O-Ringe
ausgeführt,
die in Ringnuten auf den Führungskörpern eingesetzt
sind.
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Aus
der
DE 37 44 026 A1 ist
ein gattungsgemäßes Wegeventil
bekannt, bei dem zylindrische Führungskörper einstückig mit
einer Kolbenstange ausgeführt
sind. Dichtkörper
haben die Form von aufgezogenen gummielastischen Ringelementen,
deren Montierbarkeit auf der ungeteilten Kolbenstange undeutlich
bleibt. Im übrigen
ist auch die Montierbarkeit des Steuerkolbens im ungeteilten Gehäuse nicht nachzuvollziehen.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
ein Wegeventil der genannten Art bereitzustellen, das einfacher
im Aufbau ist und sich günstiger
fertigen läßt. Die
Lösung hierfür besteht
in einem Mehrwegeventil mit einem Gehäuse, mit einer gestuften Zylinderbohrung,
die zwei Kolbenführungsbereiche
und einen Schulterring mit zwei Dichtschultern ausbildet, drei längs der
Zylinderbohrung verteilten Querbohrungen, die in die Zylinderbohrung
münden,
einem Steuerkolben, der eine Kolbenstange sowie darauf befestigte
Abdichtkörper
aufweist, wobei stellungsabhängig
jeweils ein Abdichtkörper
an einer der Dichtschultern anliegt, um eine erste äußere Querbohrung
gegenüber
einer mittleren Querbohrung anzudichten und der anderen Abdichtkörper die
zugeordnete Dichtschulter freigibt, um eine Verbindung zwischen
der mittleren Querbohrung und der zweiten äußeren Querbohrung freizugeben,
bei welchem auf der Kolbenstange an beiden Enden zylindrische Führungskörper zur
Führung
des Steuerkolbens in der Zylinderbohrung im Preßsitz aufgepreßt sind
und die Abdichtkörper
ebenfalls im Preßsitz
auf der Kolbenstange aufsitzen.
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Indem
auf die Kolbenstange des Steuerkolbens, die ohnehin als Drehteil
hergestellt wird, an beiden Enden ein zylindrischer oder scheibenförmiger Führungskörper im
Preßsitz
aufgepreßt
werden, ist ein Wegfall der Gehäusebohrung
in den Deckelteilen möglich,
ohne daß ein
entsprechender Mehraufwand der mechanischen Fertigung an anderer
Stelle erforderlich wird. Die genannten Führungskörper können als Kunststofformteile
ausgeführt
werden, so daß eine
mechanische Fertigung an diesen Komponenten nicht auftritt. Die
Führungskörper können unmittelbar
als Abdichtkörper
ausgebildet werden, die sich an die Ringschultern des Schulterringes
zur Abdichtung anlegen. Dies ist jedoch im hier gezeigten folgenden
Ausführungsbeispiel
nicht vorgesehen. Vielmehr sind zusätzliche Abdichtkörper im
Preßsitz
auf der Kolbenstange montiert und stützen sich unmittelbar an den
Ringschultern der Kolbenstange axial ab.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist vorgesehen, daß sich
die Führungskörper jeweils
an Ringschultern an der Kolbenstange mittelbar axial abstützen, insbesondere über die
ringscheibenförmigen Abdichtkörper, die
sich ihrerseits unmittelbar an den Ringschultern der Kolbenstange
abstützen.
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In
der gezeigten, nachstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Steuerkolben
als einseitig wirkender Steuerkolben ausgeführt, der gegen eine Schraubendruckfeder
arbeitet, die als Rückstellfeder
wirkt. In diesem Zusammenhang ist der eine der Führungskörper über die Schraubendruckfeder gegen
einen Gehäusedeckel
axial abgestützt,
während
der andere der Führungskörper mit
Dichtungsmitteln gegenüber
seinem Kolbenführungsbereich abgedichtet
ist und einen der Schraubendruckfeder gegenüberliegenden Druckraum bildet,
der von einem Vorsteuerventil wahlweise mit Steuerdruck beaufschlagt
oder entlüftet
werden kann. Der Steuerdruck entspricht vorzugsweise dem Arbeits-
oder Wirkdruck, der mit dem 3/2-Wegeventil gesteuert wird.
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Während die
Führungskörper, wie
bereits erwähnt,
vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, können die Abdichtkörper, mit
denen die axialen Anlagekräfte
abgefangen werden, vorzugsweise aus Metall bestehen, so daß ausreichend
große
Axialkräfte über die
entsprechenden Preßsitze übertragen
werden können.
Die Abdichtkörper
tragen an ihren Abdichtflächen
vorzugsweise ringförmige
Dichtelemente, die sich gegen die Ringschultern in der Zylinderbohrung anlegen.
Die Führungskörper und
Abdichtkörper
können
auf der Kolbenstange gegeneinander mittels O-Ringen abgedichtet
werden. Das Gehäuse
mit Zylinderbohrung und Querbohrungen ist vorzugsweise aus Leichtmetalldruckguß, insbesondere
Aluminiumdruckguß,
hergestellt, während
für die
weitgehend kraftfrei gehaltenen Deckelteile bzw. Adapterteile Kunststoff
verwendet werden kann.
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Eine
andere Aufgabe besteht darin, ein Mehrwegeventil der genannten Art
bereitzustellen, das eine erhöhte
Betriebssicherheit im Ablauf der Steuervorgänge garantiert. Lösungen für diese
Aufgabe liegen in einem Mehrwegeventil mit einem Gehäuse mit
einer gestuften Zylinderbohrung, die zwei Kolbenführungsbereiche
und einen Schulterring mit zwei Dichtschultern ausbildet, drei längs der
Zylinderbohrung verteilten Querbohrungen, die in die Zylinderbohrung
münden,
einem Steuerkolben, der eine Kolbenstange sowie darauf befestigte
Abdichtkörper
aufweist, wobei stellungsabhängig
jeweils ein Abdichtkörper
an einer der Dichtschultern anliegt, um eine erste äußere Querbohrung
gegenüber
einer mittleren Querbohrung abzudichten und der andere Abdichtkörper die
zugeordnete Dichtschulter freigibt, um eine Verbindung zwischen
der mittleren Querbohrung und der zweiten äußeren Querbohrung freizugeben,
bei welchem im Bereich des Schulterrings auf der Kolbenstange ein äußerer Ringbund
ausgebildet ist, der insbesondere axial mittig zwischen den Abdichtkörpern angeordnet
ist, welcher mit dem Schulterring in abdichtender Anordnung ist,
oder bei welchem im Bereich des Schulterrings ein innerer Ringbund
ausgebildet ist, der insbesondere axial mittig zwischen den Dichtschultern
angeordnet ist, welcher mit der Kolbenstange in abdichtender Anordnung
ist, oder bei welchem nach einer Kombination dieser Merkmale im
Bereich des Schulterrings ein innerer Ringbund ausgebildet ist und
im Bereich dieses inneren Ringbundes auf der Kolbenstange ein äußerer Ringbund
ausgebildet ist, der im Arbeitsbereich des Steuerkolbens mit dem
inneren Ringbund in abdichtender Anordnung ist.
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Mit
diesen Merkmalen wird verhindert, daß bei einem zu langsam verlaufenden
Schaltvorgang aufgrund eines pneumatischen Kurzschlusses zwischen
den Quer bohrungen der Steuerschieber in einer Mittelstellung verharrt
und damit die Steuerung des Verbrauchers versagt. Durch die Druckdifferenz auf
beiden Seiten des äußeren Ringbundes
und einer daraus resultierenden zusätzlichen Axialkraft auf den Steuerschieber
wird dieser pneumatische Kurzschluß auch bei unzureichender Federkraft
der Schraubendruckfeder und/oder bei unzureichendem Druck in der
Druckkammer verhindert, so daß eine erhöhte Betriebssicherheit
beim Umsteuern gegeben ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
Hierin zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Mehrwegeventil
in Ansicht von fünf
Seiten und zwei isometrischen Darstellungen, nämlich
- a)
in einer ersten Seitenansicht,
- b) in Draufsicht,
- c) in einer zweiten Seitenansicht,
- d) in einer ersten Stirnansicht,
- e) in einer zweiten Stirnansicht,
- f) in Ansicht schräg
auf die Oberseite und
- g) in Ansicht schräg
auf die Unterseite;
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2 ein
erfindungsgemäßes Mehrwegeventil
in Schnitt A-A nach 1b
- a) in
einer ersten Ausführung
in Gesamtdarstellung
- b) in einer zweiten Ausführung
in einer abgewandelten Einzelheit;
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3 den
Steuerkolben eines Mehrwegeventils nach 2 in vergrößerter Darstellung
- a) in Ansicht auf die Längsachse,
- b) im Schnitt A-A nach Darstellung a),
- c) in der vergrößerten Einzelheit
B nach Darstellung b).
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Die
einzelnen Darstellungen der 1 werden
nachstehend gemeinsam beschrieben.
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Es
ist 3/2-Wegeventil 11 nach erkennbar, das ein aus Druckguß gefertigtes
Gehäuse 12 sowie
zwei aus Kunststoff gefertigte Teile 13, 14 umfaßt. Ein
Deckel 13 schließt
das Gehäuse
nach außen
ab, während
ein Adapterblock 14 den Anschluß zu einem elektrisch ansteuerbaren
Vorsteuerventil 15 bildet. Auf der Oberseite ist eine Querbohrung 16 zum
Anschluß eines
Verbrauchers gezeigt. Auf der Unterseite sind zwei Querbohrungen 17, 18 erkennbar,
von denen die Bohrung 17 für einen Versorgungsdruckanschluß und die
Bohrung 18 für
einen Entlüftungsanschluß vorgesehen
ist. Auf der Unterseite ist weiterhin eine Anschlußbohrung 19 für einen
externen Anschluß zur
Versorgung des Vorsteuerventils 15 über den Adapterblock 14 vorgesehen.
Auf der Oberseite ist eine Querbohrung 20 für die Abluft
des Vorsteuerventils 15 über den Adapterblock 14 erkennbar.
Am Vorsteuerventil 15 sind Steckerkontakte 21 zur
Ansteuerung vorgesehen. Das Vorsteuerventil 15 ist seinerseits
3/2 Wegeventil.
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In 2 sind
das Gehäuse 12,
der Deckel 13, der Adapterblock 14 sowie das Vorsteuerventil 15 mit
seinen Anschlußkontakten 21 im
Längsschnitt
erkennbar. Der Deckel 13 ist über Dichtungsmittel 23 umlaufend
gegenüber
dem Gehäuse 12 abgedichtet, der
Adapterblock 14 über
Dichtungsmittel 24. Im Gehäuse 12 ist eine längsverlaufende
Zylinderbohrung 25 erkennbar, die durchgehend ist, jedoch
einen Schulterring 26 mit verringertem Durchmesser ausbildet.
In die Zylinderbohrung 25 münden die vorher bereits bezeichneten
Querbohrungen 16, 17 und 18, die mit
axialen Abständen
bezüglich
der Längsachse angeordnet
sind. Die Zylinderbohrung 25 ist gegenüber dem Schulterring 26 auf
beiden Seiten erweitert, um Führungsbereiche 27, 28 zu
bilden. In der Zylinderbohrung 25 liegt ein Steuerkolben 41,
der auf einer Kolbenstange 42 zwei Abdichtkörper 47, 48 trägt, die
in Abhängigkeit
von der Axialstellung des Kolbens wechselweise an zwei Dichtschultern 29, 30 des Schulterrings 26 am
Ende der Führungsbereiche 27, 28 zur
Anlage kommen können.
In der dargestellten Position liegt ein Abdichtkörper 47 an der Dichtschulter 29 an,
während
der zweite Abdichtkörper 48 die Dichtschulter 30 freigibt.
Die mit dem Versorgungsdruckanschluß zu verbindende Querbohrung 17 wird hierbei
von der Querbohrung 16, die den Verbraucher versorgt, getrennt,
während
die mit einer Entlüftungsleitung
zu verbindende Querbohrung 18 mit der Querbohrung 16 zum
Verbraucher verbunden wird. Die dargestellte Position des Steuerkolbens 41 wird durch
eine Druckfeder 32 herbeigeführt, die wirksam wird, wenn
ein vom Steuerkolben 41 links liegender Zylinderraum 33,
der über
das Adapterelement 14 mit Druckluft versorgt werden kann,
druckfrei gestellt wird. Wird der Zylinderraum 33 mit Druck
beaufschlagt, so wird der Steuerkolben 41 nach rechts verschoben
und die Schraubendruckfeder 32 zusammengedrückt, bis
der Steuerkolben rechts am Deckelteil 13 anschlägt. In dieser
Stellung wird vom Abdichtkörper 48 die
Dichtfläche 30 abgedichtet
und vom Abdichtkörper 47 die
Dichtfläche 29 freigegeben.
In dieser nicht dargestellten Position wird die Querbohrung 16 zum
Anschluß des
Verbrauchers mit der Querbohrung 17 für den Versorgungsdruckanschluß verbunden,
während
die Querbohrung 18 zur Entlüftungsleitung von der Querbohrung 16 zum
Verbraucher getrennt wird.
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Während in
Darstellung a die Kolbenstange 42 des Steuerkolbens 41 zwischen
zwei Abstützschultern 43, 44 für die Abdichtkörper 47, 48 zylindrisch
mit konstantem Außendurchmesser
ist und ebenso der Innendurchmesser des Schulterrings 26 zwischen
den Dichtflächen 29, 30 konstant
ist, ist in der Darstellung b die Kolbenstange 42' mittig zwischen
den Abstützschultern 43', 44' für die Abdichtkörper 47', 48' mit einem äußeren Ringbund 59 versehen,
der innerhalb eines inneren Ringbundes 60 abdichtend verschiebbar
ist, der den Durchmesser des Schulterrings 26' reduziert.
Da die Querbohrung 16 auf den Ringbund 60 trifft,
ist dieser nur in dem Querschnittsbereich außerhalb der Querbohrung 16 ausgebildet
und dementsprechend nur in der unteren Bildhälfte erkennbar. Durch den Ringbund 60 wird verhindert,
daß bei
einem zu langsam verlaufenden Schaltvorgang aufgrund eines pneumatischen
Kurzschlusses zwischen den Querbohrungen 17, 18 der Steuerschieber 41' in einer Mittelstellung
verharrt und damit die Steuerung des Verbrauchers versagt. Durch
die Druckdifferenz auf beiden Seiten des äußeren Ringbundes 59 und
damit eine zusätzliche
Axialkraft auf den Steuerschieber 41' wird dieser pneumatische Kurzschluß auch bei
unzureichender Federkraft der Schraubendruckfeder 31 und/oder
unzureichendem Druck in der Druckkammer 33 verhindert,
so daß eine
erhöhte
Betriebssicherheit gegeben ist.
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Die
Abdichtung zwischen dem äußeren Ringbund 59 und
dem inneren Ringbund 60 muß nicht notwendig gleitend
sein, ein enges Spaltmaß ist hierbei
ausreichend.
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In 3 ist
der Steuerkolben 41 nach 2a als
Einzelheit dargestellt, wobei die einzelnen Darstellungen nachstehend
gemeinsam beschrieben werden. Der Steuerkolben 41 umfaßt eine
Kolbenstange 42, die zwei Anlageschultern 43, 44 und
zwei zylindrische Sitzabschnitte 45, 46 aufweist.
Der Durchmesser der Anlageschultern ist so bemessen, daß die Kolbenstange 42 durch
den Schulterring 26 der Zylinderbohrung 25 des
Gehäuses 12 hindurchgesteckt
werden kann. Auf die zylindrischen Sitzbereiche 45, 46 sind
von außen
ringscheibenförmige Abdichtkörper 47, 48 aufgeschoben,
die zu den Innenseiten hin aufvulkanisierte Dichtungselemente 49, 50 haben.
Diese Dichtungselemente 49, 50 legen sich an den
zuvor genannten Dichtschultern 29, 30 an. Die
Abdichtkörper 47, 48 sind
ausschließlich
in Preßsitz
auf den Sitzbereichen 45, 46 gehalten und ebenso
wie Kolbenstange 42 aus Metall ausgeführt. Ebenfalls im Preßsitz auf
die Sitzbereiche 45, 46 aufgeschoben sind zwei
Führungskörper 51, 52 von
unterschiedlicher Ausführung,
die sich ihrerseits an den Abdichtkörpern 47, 48 axial
abstützen.
Der Führungskörper 51 hat
einen scheibenförmigen
dichtungslosen Führungsabschnitt 52 und
einen hohlzylindrischen Halteabschnitt 31 zur Führung der
zuvor genannten Schraubendruckfeder 32, die hier nicht dargestellt
ist. Der Führungskörper 52 weist
im Führungsabschnitt 54 eine
Ringnut 55 auf, in der ein Dichtring 56 einsitzt,
der den zuvor genannten Zylinderraum 33 gegen den Entlüftungsdruck
des Gehäuses
abschließt.
Wie in der vergrößerten Einzelheit
zu erkennen ist, sind O-Ringdichtungen 57, 58 jeweils zwischen
den Abdichtkörpern 47, 48 und
den Führungskörpern 51, 52 auf
den Sitzabschnitten 45, 46 der Kolbenstange 42 aufgeschoben.
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Am
Gehäuse
sind weiterhin noch die Querbohrung 19 für eine externe
Druckversorgung des Vorsteuerventils 15 über den
Adapterblock 14 und die Querbohrung 20 zur Entlüftung des
Vorsteuerventils 15 über
den Adapterblock 14 erkennbar. Es besteht auch die Möglichkeit,
das Vorsteuerventil 15 über
den Adapterblock 14 intern mit dem Betriebsdruck des Hauptventils
zu versorgen. Entsprechende Bohrungen und Kanäle sind erkennbar, ohne daß dies hier
von Bedeutung wäre.
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Erfindungswesentlich
ist der Aufbau und die sich daraus ergebende Montage des Steuerkolbens 41,
der von den Dichtungen 57, 58 abgesehen aus fünf Funktionsteilen
besteht, die axial innerhalb des Gehäuses 12 in reinem
Preßsitz
montiert werden, so lange das Deckelteil 13 und das Adapterteil 14 noch nicht
auf das Gehäuse 12 aufgeschraubt
sind. Die Herstellung und Montage des erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventils wird
dadurch wesentlich verbilligt.
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Während die
dargestellte Ausführungsform bei
Unterbrechung des Ansteuerdruckes zur Druckkammer 33 durch
die Wirkung der Schraubendruckfeder 32 die dargestellte
Position annimmt und damit dem Ventiltyp NC (normally closed) entspricht,
bei dem der Verbraucher von der Druckluftversorgung bei Unterbrechung
des Ansteuerdruckes getrennt wird, ist auch eine abgewandelte Ausführung darstellbar,
die bei gleicher Positionierung der Anschlüsse an den Querbohrungen 16, 17, 18 durch
Seitenvertauschung des Steuerschiebers 41 und der Deckel-
und Adapterteile 13, 14, 15 den Ventiltyp
NO (normally open) darstellt, bei welchem bei Unterbrechung des
Ansteuerdrucks zu einer dann rechts liegenden Druckkammer durch
die Wirkung der dann links liegenden Schraubendruckfeder der Verbraucher
dauernd an der Druckluftversorgung liegen würde. Interne Druckluftkanäle zur Versorgung
des Vorsteuerventils im Gehäuse 12 wären hiervon
unberührt,
während äußere Druckluftkanäle zur Versorgung
des Vorsteuerventils angepaßt
werden müßten.
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- 11
- Mehrwegeventil
- 12
- Gehäuse
- 13
- Deckel
- 14
- Adapterteil
- 15
- Vorsteuerventil
- 16
- Querbohrung
- 17
- Querbohrung
- 18
- Querbohrung
- 19
- Versorgungsbohrung
- 20
- Entlüftungsbohrung
- 21
- Steuerkontakte
- 22
-
- 23
- Dichtung
- 24
- Dichtung
- 25
- Zylinderbohrung
- 26
- Schulterring
- 27
- Führungsabschnitt
- 28
- Führungsabschnitt
- 29
- Dichtfläche
- 30
- Dichtfläche
- 31
- Halteabschnitt
- 32
- Schraubendruckfeder
- 33
- Druckkammer
- 34
-
- 41
- Steuerkolben
- 42
- Kolbenstange
- 43
- Abstützschulter
- 44
- Abstützschulter
- 45
- Sitzabschnitt
- 46
- Sitzabschnitt
- 47
- Abdichtkörper
- 48
- Abdichtkörper
- 49
- Ringdichtung
- 50
- Ringdichtung
- 51
- Führungsteil
- 52
- Führungsteil
- 53
- Führungsabschnitt
- 54
- Führungsabschnitt
- 55
- Ringnut
- 56
- Ringdichtung
- 57
- O-Ringdichtung
- 58
- O-Ringdichtung
- 59
- äußerer Ringbund
- 60
- innerer
Ringbund