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Die
Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit Softstartfunktion,
also einer Funktion, die sekundärseitig
einen allmählichen,
nicht schlagartigen Druckaufbau ermöglicht.
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Aus
der
DE 91 05 458 U1 ist
eine derartige Ventileinrichtung bekannt, die über ein sich aus mehreren Einzelventilen
zusammensetzendes Softstartventil verfügt. Ein als Zweistellungsventil
ausgebildetes Absperrventil ist in die Verbindung zwischen einem
mit einer Druckquelle verbundenen Primärkanal und einem mit den zu
versorgenden Verbrauchern verbundenen Sekundärkanal eingeschaltet und kann die
Verbindung wahlweise absperren (Grundstellung) oder freigeben (Arbeitsstellung).
Das Umschalten in die Arbeitsstellung wird innerhalb einer gewissen Zeitspanne
nach Betätigung
eines Vorsteuerventils hervorgerufen, das in den Verlauf eines das
Hauptventil umgehenden Softstartkanals eingeschaltet ist, der außerdem über Drosselmittel
verfügt. Über einen Abzweig
des Softstartkanals wird außerdem
der im Sekundärkanal
herrschende Sekundärdruck
dem Hauptventil als in Richtung der Arbeitsstellung wirksamer Steuerdruck
aufgeschaltet.
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Ab
Aktivierung des Vorsteuerventils wird der Sekundärkanal über den Softstartkanal gedrosselt mit
Druckmedium aus dem Primärkanal
gespeist. Somit findet im Sekundärkanal
ein allmählicher Druckanstieg
statt. Hat der Sekundärdruck
eine vorbestimmte Höhe
erreicht, schaltet das Hauptventil in die Arbeitsstellung, sodass
anschließend
der Sekundärkanal über den
größeren Strömungsquerschnitt des
Hauptventils gespeist wird, bis der Sekundärdruck letztlich die Höhe des Primärdruckes
erreicht hat.
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Bei
der bekannten Ventileinrichtung kann ein beispielsweise auf Druckschwankungen
zurückzuführender
kurzzeitiger Druckabfall im Sekundärkanal dazu führen, dass
das Hauptventil in die Grundstellung umschaltet und sich das System
somit wieder eine Zeitlang im Softstartmodus befindet. Dies kann zu
erheblichen Funktionsbeeinträchtigungen
führen, weil
die angeschlossenen Verbraucher vorübergehend nicht mit der notwendigen
Fluidmenge versorgt werden können.
Des Weiteren ist ein relativ groß dimensioniertes Vorsteuerventil
notwendig, um den unter Umständen
auch schon in der Softstartphase erforderlichen erhöhten Durchfluss
zu gewährleisten, was
insgesamt zu großen
Abmessungen des Softstartventils führt.
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Eine
aus der
DE 20
2004 015 468 U1 bekannte Softstartvorrichtung ist ähnlich aufgebaut.
Ein Absperrventil ist durch den sich allmählich aufbauenden Sekundärdruck aus
einer abgesperrten Grundstellung in eine offene Arbeitsstellung
umschaltbar. Der sekundärseitige
Druckaufbau ist durch eine Drosseleinrichtung vorgegeben, die in
einen das Absperrventil umgebenden Softstartkanal eingeschaltet ist.
Gestartet wird die Vorrichtung durch gleichzeitige Betätigung zweier
weiterer in den Kanalverlauf eingeschalteter Ventileinrichtungen, über die
auch eine Entlüftung
der Softstartvorrichtung möglich
ist.
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Die
US 5 669 422 A offenbart
ein Softstartventil mit einem zwischen drei Stellungen umschaltbaren
Hauptventil. Das Umschalten aus einer Grundstellung in eine Softstartstellung
wird durch ein Vorsteuerventil hervorgerufen, das den Primärdruck einem
Kolben auferlegt, der den Ventilschieber des Hauptventils verlagert.
Das Umschalten aus der Softstartstellung in eine Arbeitsstellung
bewirkt der sich allmählich
aufbauende Sekundärdruck,
der ab der Softstartstellung durch einen den Kolben durchsetzenden
Kanal hindurch ständig
auf den Ventilschieber des Hauptventils einwirkt. Den Kanal hat
der Kolben beim vorhergehenden Verlagern des Ventilschiebers des
Hauptventils stellungsabhängig
geöffnet.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventileinrichtung
zu schaffen, die eine zuverlässig
arbeitende und dennoch kompaktbauende Softstartfunktion beinhaltet.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Ventileinrichtung gelöst, die ein Softstartventil
beinhaltet, das Folgendes aufweist:
- – ein zwischen
einer Grundstellung, einer Softstartstellung und einer Arbeitsstellung
umschaltbares Hauptventil, das in der Grundstellung einen Sekundärkanal von
einem ein unter einem Primärdruck
stehendes Druckmedium führenden Primärkanal abtrennt,
das in der Softstartstellung den Sekundärkanal über einen Drosselmittel enthaltenden
Softstartkanal hinweg mit dem Primärkanal verbindet, und das in
der Arbeitsstellung unter Umgehung der Drosselmittel eine Verbindung zwischen
Sekundärkanal
und Primärkanal
freischaltet,
- – ein
zur Beeinflussung der Schaltstellung des Hauptventils vorgesehenes
Vorsteuerventil, bei dessen Betätigung
ein fluidisches Vorsteuersignal erzeugt wird, das eine erste Betätigungsfläche des
Hauptventils beaufschlagt, um das Hauptventil aus der Grundstellung
in die Softstartstellung umzuschalten, und
- – ein
durch den im Sekundärkanal
herrschenden Sekundärdruck
betätigbares
Umschaltventil, das bei einer vorbestimmten Höhe des Sekundärdruckes
das vom Vorsteuerventil erzeugte fluidi sche Vorsteuersignal einer
zweiten Betätigungsfläche des
Hauptventils aufschaltet, um das Hauptventil aus der Softstartstellung
in die Arbeitsstellung umzuschalten.
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Das
Hauptventil des Softstartventils ist somit wenigstens als Dreistellungsventil
ausgebildet, das neben der Grundstellung und der Arbeitsstellung auch
eine für
die Softstartphase verantwortliche Softstartstellung einnehmen kann.
Während
beim Stand der Technik die Softstart-Fluidströmung durch das Vorsteuerventil
hindurch und um das Hauptventil herumgeführt ist, fließt sie erfindungsgemäß durch
das Hauptventil hindurch und erfordert keine unmittelbare Steuerung
durch das Vorsteuerventil. Für
die diversen Schaltstellungen des Hauptventils verantwortlich ist
das bevorzugt elektrisch betätigbare
Vorsteuerventil in Zusammenarbeit mit dem zusätzlichen Umschaltventil. Das
vom Vorsteuerventil erzeugte fluidische Vorsteuersignal schaltet
das Hauptventil in die Softstartstellung. Hat nach einem gewissen
Zeitraum der Sekundärdruck
die gewünschte
Umschaltschwelle erreicht, bewirkt er eine dahingehende Betätigung des
Umschaltventils, dass das fluidische Vorsteuersignal einer weiteren
Betätigungsfläche aufgeschaltet wird,
sodass das Hauptventil aus der Softstartstellung in die einen größeren Durchfluss
gewährleistende
Arbeitsstellung umgeschaltet wird.
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Bevorzugt
ist das Umschaltventil fluidisch betätigbar, wobei ihm der Sekundärdruck unmittelbar als
Steuerdruck aufschaltbar ist. Das Umschaltventil kann hierbei zum
Beispiel nach Art einer Druckwaage arbeiten. Alternativ wäre auch
eine nur mittelbare Aktivierung des Umschaltventils durch den Sekundärdruck möglich, indem
ein elektrisch aktivierbares Umschaltventil eingesetzt wird, dessen
Umschaltsignal unter Mitwirkung eines Drucksensors oder Druckschalters
generiert wird, der den Sekundärdruck
erfasst. Letzteres ermöglicht
eine besonders einfache Variation der Umschaltschwelle.
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Da
der Sekundärdruck
nicht unmittelbar selbst als Betätigungsdruck
auf das Hauptventil einwirkt, ergibt sich eine Entkopplung von dem
die Umschaltkraft für
das Hauptventil liefernden Vorsteuersignal. Dadurch ist eine Verschaltung
möglich,
bei der sich während
der Arbeitsstellung im Primärkanal und/oder
im Sekundärkanal
auftretende Druckschwankungen nicht auf die Schaltstellung des Hauptventils
auswirken. Dies ermöglicht
einen ungestörten,
kontinuierlichen Betrieb bis zum Abschalten des Vorsteuerventils.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Es
ist zweckmäßig, das
Hauptventil so auszulegen, dass es in seiner Grundstellung eine
druckmäßige Entlastung
des Sekundärkanals
bewirkt, bei pneumatischer Anwendung also eine Entlüftung des Sekundärkanals
hervorruft. Die Entlastung durch das Hauptventil hindurch erübrigt die
Verwendung eines separaten Entlüftungsventils
oder eine Entlüftung durch
das Vorsteuerventil hindurch.
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Die
für die
Schnelligkeit des Druckaufbaus im Sekundärkanal verantwortlichen Drosselmittel sind
in ihrer Drosselungsintensität
zweckmäßigerweise
einstellbar ausgebildet. Beispielsweise enthalten die Drosselmittel
eine in das Ventilgehäuse
verstellbar eingeschraubte Drosselschraube.
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Hauptventil,
Vorsteuerventil und Umschaltventil sind vorzugsweise zu einer das
Softstartventil bildenden Baugruppe zusammengefasst. Dies vereinfacht
die Handhabung bei Installation und Deinstallation.
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Bei
dem Vorsteuerventil handelt es sich insbesondere um ein Magnetventil.
Andere elektrisch aktivierbare Ventile sind jedoch ebenfalls einsetzbar, beispielsweise
Piezo-Ventile oder elektrostatische Ventile.
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Es
ist zweckmäßig, wenn
die beiden Betätigungsflächen des
Hauptventils in die gleiche Richtung weisen. Das Umschalten aus
der Grundstellung in die Softstartstellung und von der Softstartstellung in
die Arbeitsstellung findet hierbei mit gleichgerichteten Umschaltbewegungen
statt, die insbesondere linearer Art sind.
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Zweckmäßigerweise
enthält
das Hauptventil ein zur Vorgabe seiner Schaltstellungen in einer
entsprechenden Anzahl von Schaltstellungen positionierbares Hauptventilglied,
insbesondere in Gestalt eines Ventilschiebers. Zum Umschalten wirken
die erste und die zweite Betätigungsfläche jeweils
antriebsmäßig mit
dem Hauptventilglied zusammen.
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Während die
für das
Umschalten in die Arbeitsstellung verantwortliche zweite Betätigungsfläche vorzugsweise
ortsfest am Hauptventilglied angeordnet ist, ist die für das Umschalten
in die Softstartstellung verantwortliche erste Betätigungsfläche zweckmäßigerweise
an einem bezüglich
des Hauptventilglieds separaten Betätigungselement vorgesehen.
Dieses Betätigungselement
ist vom Hauptventilglied derart entkoppelt, dass Letzteres ohne
Mitnahme des Betätigungselementes
in die Arbeitsstellung umschaltbar ist. Während also beim Umschalten
von der Grundstellung in die Softstartstellung zweckmäßigerweise
beide Betätigungsflächen gemeinsam
bewegt werden, bleibt beim Umschalten in die Arbeitsstellung die
erste Betä tigungsfläche zurück, und
die zweite Betätigungsfläche entfernt
sich von ihr.
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Grund
für den
vorgenannten Bewegungsablauf ist zweckmäßigerweise das Vorhandensein
einer im Verstellweg des Betätigungselementes
angeordneten Anschlagfläche,
die die Softstartstellung definiert.
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Das
Betätigungselement
ist vorzugsweise als Betätigungskolben
ausgebildet. Alternativ wäre allerdings
auch beispielsweise eine Realisierung als Betätigungsmembran denkbar.
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Zweckmäßigerweise
ist das Hauptventilglied durch eine bevorzugt mechanische Rückstellfedereinrichtung
in die Grundstellung vorgespannt. Nach dem Umschalten in die Softstartstellung
ist die Rückstellfedereinrichtung
um einen gewissen Betrag komprimiert, wobei sich der Komprimierungsgrad
bis zum Erhalt der Arbeitsstellung noch weiter verstärkt. Nach einer
Deaktivierung des Vorsteuerventils sorgt die Rückstellfedereinrichtung für eine Rückstellung
des Hauptventilgliedes in die Grundstellung.
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Die
Beaufschlagung der ersten Betätigungsfläche mit
dem Vorsteuerdruck erfolgt zweckmäßigerweise direkt über einen
von dem Vorsteuerventil beherrschten Vorsteuerkanal. Die Beaufschlagung der
zweiten Betätigungsfläche erfolgt
zweckmäßiger weise über einen
von dem Vorsteuerkanal abgezweigten Umschaltkanal, in dessen Verlauf
das Umschaltventil eingeschaltet ist, welches in der Lage ist, den
Umschaltkanal entweder abzusperren oder freizuschalten.
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Das
Umschaltventil enthält
zweckmäßigerweise
ein bewegliches Umschaltventilglied. Dieses wird auf der Basis des
Sekundärdruckes
angesteuert und betätigt.
Eine bei Bedarf direkte Beaufschlagung durch den Sekundärdruck kann
beispielsweise mittels eines Abgriffskanals geschehen, der an den
Sekundärkanal
oder an den zwischen dem Sekundärkanal
und den Drosselmitteln verlaufenden Kanalast des Softstartkanals
angeschlossen ist.
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Die
Ventileinrichtung kann ausschließlich aus dem Softstartventil
bestehen. Das Softstartventil kann als Einzelventil betrieben werden
und beispielsweise auch als Einschaltventil innerhalb eines zur Druckluftaufbereitung
eingesetzten sogenannten Wartungsgerätes.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Ventileinrichtung zusätzlich zu
dem Softstartventil einen das Softstartventil tragenden Fluidverteiler,
der außerdem
noch mit mehreren Steuerventilen bestückt ist, die aus einem Verteiler-Speisekanal
des Fluidverteilers heraus gemeinsam mit Druckmedium versorgt werden.
Das Softstartventil ist in die sem Fall so installiert, dass sein
Sekundärkanal
mit dem Verteiler-Speisekanal kommuniziert und somit ein kontrollierter
Druckaufbau in dem Verteiler-Speisekanal durchgeführt werden kann.
Der Primärkanal
kann hierbei mit einem zur Außenfläche des
Fluidverteilers ausmündenden
Verteiler-Versorgungskanal verbunden sein, über den der Anschluss der den
Primärdruck
liefernden Druckquelle stattfinden kann. Es besteht jedoch auch
die Möglichkeit,
die Druckquelle unmittelbar an eine entsprechende Ausmündung des
Primärkanals
am Softstartventil anzuschließen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 in
perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform
der mit einem Softstartventil ausgestatteten erfindungsgemäßen Ventileinrichtung,
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2 die
Ventileinrichtung aus 1 im Bereich des Softstartventils
im Querschnitt gemäß Schnittlinie
II-II, wobei das Hauptventil bei Einnahme der Grundstellung gezeigt
ist,
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3 eine
Darstellung vergleichbar 2, wobei das Hauptventil bei
Einnahme der Softstartstellung gezeigt ist, und
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4 eine
Darstellung vergleichbar der 2, wobei
das Hauptventil bei Einnahme der Arbeitsstellung gezeigt ist.
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In 2 bis 4 sind
die innerhalb des Softstartventils verlaufenden Kanäle der besseren Übersichtlichkeit
wegen teilweise nur als gepunktete oder durchgezogene Linien abgebildet.
Die durchgezogenen Linien repräsentieren
dabei Kanäle,
die momentan unter Druck stehen.
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Die
aus der Zeichnung ersichtliche, in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 6 bezeichnete
Ventileinrichtung ist als Ventilbatterie ausgebildet, die einen einstückigen oder,
vorzugsweise, modularen Fluidverteiler 7 enthält, der
mit einer Mehrzahl von elektrisch betätigbaren Steuerventilen 8 bestückt ist.
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Die
Steuerventile 8 sitzen auf in der Zeichnung von ihnen abgedeckten
Bestückungsflächen, an
denen im Fluidverteiler 7 verlaufende Kanäle ausmünden, die
mit den nicht weiter ersichtlichen Ventilkanälen der Steuerventile 8 in
an sich bekannter Weise verbunden sind.
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Die
im Fluidverteiler 7 verlaufenden Kanäle enthalten einen sich längs des
Fluidverteilers 7 erstreckenden Verteiler-Speisekanal 12 sowie
zwei dazu parallele erste beziehungswei se zweite Verteiler-Entlastungskanäle 13, 14.
Diese Kanäle 12, 13, 14 stehen
im Bereich der erwähnten
Bestückungsflächen mit
jedem der Steuerventile 8 in Fluidverbindung. Bei den Verteiler-Entlastungskanälen 13, 14 handelt
es sich im Falle eines Betriebes mit Druckluft um Entlüftungskanäle.
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Von
jedem Bestückungsplatz
gehen ein den Fluidverteiler 7 durchsetzender erster und
zweiter Verteiler-Arbeitskanal 15, 16 ab, an die
nicht weiter dargestellte Verbraucher anschließbar sind, beispielsweise mittels
Fluidkraft zu betätigende
Antriebe. Die Fluidbeaufschlagung der Verteiler-Arbeitskanäle 15, 16 wird
von den Steuerventilen 8 vorgegeben, die über eine
nur schematisch angedeutete, im Fluidverteiler 7 verlaufende
elektrische Signalübertragungseinrichtung 17 elektrisch
ansteuerbar sind.
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Der
Fluidverteiler 7 ist zusätzlich zu den Steuerventilen 8 mit
mindestens einem Softstartventil 21 ausgestattet. Dessen
bevorzugter Aufbau ist insbesondere aus 2 bis 4 ersichtlich.
Es ist zweckmäßigerweise
an einer außen
am Fluidverteiler 7 befindlichen Bestückungsfläche 18 in bevorzugt lösbarer Weise
angebracht. Eine direkte Integration in den Fluidverteiler 7 wäre jedoch
ebenfalls möglich.
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Die
Bestückungsfläche 18 für das Softstartventil 21 schließt sich
zweckmäßigerweise
an die Reihe nebeneinanderliegender Bestückungsflächen für die Steuerventile 8 an,
insbesondere in einer gemeinsamen Ebene liegend.
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An
der Bestückungsfläche 18 für das Softstartventil 21 befindet
sich eine vergleichbare Konstellation von Mündungen der im Fluidverteiler 7 verlaufenden
Kanäle,
wie an den Bestükkungsflächen für die Steuerventile 8.
Somit kann die Bestükkungsfläche 18 wahlweise
für die
Bestückung
mit einem Softstartventil 21 oder mit mindestens einem
Steuerventil 8 genutzt werden. Bei Bedarf kann auch ein
Adapter zwischengeschaltet werden.
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Bei
einer Bestückung
mit einem Softstartventil 21 fungiert der eine Verteiler-Arbeitskanal 15 als
Verteiler-Versorgungskanal 22, über den
das für den
Betrieb der Ventileinrichtung benötigte Druckmedium von außen her
zuführbar
ist. Der Verteiler-Versorgungskanal 22 endet an der der
Bestückungsfläche 18 entgegengesetzten
Seite mit einer Einspeiseöffnung 23 zu
einer gut zugänglichen
Außenfläche des
Fluidverteilers 7. An diese Einspeiseöffnung 23 kann mittels
geeigneter Befestigungsmittel eine Fluidleitung angeschlossen werden,
die eine Verbindung zu einer Druckquelle herstellt, welche das erwähnte Druckmedium
liefert. Das eingespeiste Druckmedium steht unter einem von der
Druckquelle oder einem dieser nachgeschalteten Druckregler vorgegebenen
Druck, der im Folgenden als Primärdruck bezeichnet
sei.
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Bei
entsprechender Ausgestaltung des Softstartventils 21 könnte auch
der andere Verteiler-Arbeitskanal 16 alternativ oder zusätzlich als
Verteiler-Versorgungskanal 22 eingesetzt werden.
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Mit
Hilfe des Softstartventils 21 ist es möglich, bei Inbetriebnahme der
Ventileinrichtung 6 einen langsamen, sanften Druckaufbau
in dem die Steuerventile 8 versorgenden Verteiler-Speisekanal 12 hervorzurufen.
Der Verteiler-Speisekanal 12 wird nicht in konventioneller
Weise direkt über
eine Anschlussöffnung
von einer Außenfläche des
Fluidverteilers 7 her mit Druckmedium versorgt, sondern
aus dem Verteiler-Versorgungskanal 22 über das
Softstartventil 21 hinweg.
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Das
Softstartventil 21 ist funktionell in mehrere Einzelventile
unterteilt, die jedoch unter Bildung des Softstartventils 21 zu
einer einheitlich handhabbaren Baugruppe zusammengefasst sind. Das
Softstartventil 21 enthält
in diesem Sinne ein Hauptventil 24, ein Vorsteuerventil 25 und
ein Umschaltventil 26.
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Aktiviert
wird das Softstartventil 21 durch das Vorsteuerventil 25,
das zum einen direkt und zum anderen, unter Zwischenschaltung des
Umschaltventils 26, indirekt fluidisch auf das Hauptventil 24 einwirken kann,
um jeweils eine von insgesamt drei möglichen Schaltstellungen des
Hauptventils 24 vorzugeben. Das Vorsteuerventil 25 ist
vom elektrisch betätigbaren
Typ und verfügt über eine
elektrische Schnittstelle 27, über die es mit den erforderlichen
elektrischen Betätigungssignalen
versorgt werden kann. Abweichend von der beim Ausführungsbeispiel
vorgesehenen, von der elektrischen Signalübertragungseinrichtung 17 unabhängigen elektrischen
Versorgung des Vorsteuerventils 25, kann dieses bei einer
abgewandelten Ausführungsform
auch an die elektrische Signalübertragungseinrichtung 17 angeschlossen
sein.
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Das
Hauptventil 24 verfügt über ein
längliches
Ventilgehäuse 28,
in dem ein länglicher,
eine Ventilgliedaufnahme 32 definierender Hohlraum ausgebildet
ist. Die Ventilgliedaufnahme 32 enthält ein längliches, in Richtung seiner
Längsachse 31 linear verschiebbares
Hauptventilglied 33. Mit der hieraus resultierenden, durch
einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 34 kann
das Hauptventilglied 33 und mithin das Hauptventil 24 zwischen
insgesamt drei noch näher
zu erläuternden
Schaltstellungen umgeschaltet werden. Das Hauptven tilglied 33 ist
insbesondere nach Art eines Ventilschiebers konzipiert.
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Durch
in der Ventilgliedaufnahme 32 gehäusefest angeordnete Abdichtmittel 35,
die beispielhaft aus mehreren mit axialem Abstand zueinander angeordneten
ringförmigen
Dichtelementen bestehen, welche das Hauptventilglied 33 koaxial
umschließen, wird
die Ventilgliedaufnahme 32 in eine Mehrzahl axial aufeinanderfolgender
Abschnitte 36a, 36b, 36c unterteilt,
von denen jeweils ein das Ventilgehäuse 28 durchsetzender
Ventilkanal abgeht. Diese Ventilkanäle beinhalten einen mit dem
Verteiler-Versorgungskanal 22 kommunizierenden Primärkanal 1,
einen mit dem Verteiler-Speisekanal 12 kommunizierenden Sekundärkanal 2 und
einen innerhalb des Ventilgehäuses 28 mit
dem Sekundärkanal 2 verbundenen Softstartkanal 3.
Die Verbindung mit dem Verteiler-Versorgungskanal 22 und
dem Verteiler-Speisekanal 12 geschieht
dadurch, dass Primärkanal 1 und Sekundärkanal 2 zu
einer außen
am Ventilgehäuse 28 angeordneten
Installationsfläche 37 ausmünden, mit
der das Softstartventil 21 an die Bestückungsfläche 18 angesetzt ist.
Die Kanalmündungen
an der Installationsfläche 37 sind
so verteilt, dass sie zuordnungsrichtig mit den Kanalmündungen
der Verteilerkanäle
fluchten.
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Der
mit dem Primärkanal 1 kommunizierende
erste Abschnitt 36a der Ventilgliedaufnahme 32 liegt
axial zwischen dem mit dem Sekundärkanal 2 kommunizierenden
zweiten Abschnitt 36b und dem mit dem Softstartkanal 3 kommunizierenden
dritten Abschnitt 36c.
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In
den Verlauf des Softstartkanals 3 sind Drosselmittel 38 eingeschaltet.
Sie begrenzen den Fluidurchfluss durch den Softstartkanal 3 entsprechend
der vorgegebenen Drosselungsintensität. Vorzugsweise sind sie in
ihrer Drosselungsintensität
verstellbar ausgebildet, sodass die Durchflussrate des Softstartkanals 3 variabel
vorgegeben werden kann.
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Exemplarisch
enthalten die Drosselmittel 38 eine von einer Außenfläche des
Ventilgehäuses 28 her
zugängliche
Drosselschraube 38a.
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Der
innerhalb der Abschnitte 36a, 36b, 36c liegende
Längenabschnitt
des Hauptventilgliedes 33 bildet einen mit den Abdichtmitteln 35 kooperierenden
Steuerabschnitt 42. Er ist in seiner Längsrichtung abgestuft und enthält abwechselnd
angeordnete Bereiche größeren und
kleineren Durchmessers. Je nachdem, ob ein Bereich größeren Durchmessers oder
ein Bereich kleineren Durchmessers auf gleicher axialer Höhe mit einem
der Dichtelemente angeordnet ist, werden die jeweils axial beidseits
des entsprechenden Dichtelementes angeordneten Abschnitte der Ventilgliedaufnahme 32 voneinander
abgetrennt oder fluidisch miteinander verbunden.
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An
den Steuerabschnitt 32 schließt sich auf der Seite des dritten
Abschnittes 36c ein Antriebsabschnitt 43 des Hauptventilgliedes 33 an.
An diesem greift eine Rückstellfedereinrichtung 44 an,
die das Hauptventilglied 33 in Richtung einer aus 2 ersichtlichen
Grundstellung vorspannt.
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Die
Rückstellfedereinrichtung 44 ist
bevorzugt als Druckfedereinrichtung ausgebildet, die den Antriebsabschnitt 43 zweckmäßigerweise
koaxial umschließt.
Sie stützt
sich einenends – in
der Zeichnung mit ihrem rechten Ende – am Ventilgehäuse 28 ab
und andernends – mit
ihrem in der Zeichnung links liegenden Ende – am Hauptventilglied 33.
Somit ist das Hauptventilglied 33 durch die Federkraft
ständig, in
der Zeichnung nach links gerichtet, beaufschlagt.
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Unter
Ausführung
seiner Umschaltbewegung 34 kann das Hauptventilglied 33 wahlweise
in der aus 2 ersichtlichen Grundstellung,
in der aus 3 ersichtlichen Softstartstellung
oder in der aus 4 ersichtlichen Arbeitsstellung
positioniert werden. Diese Stellungen unterscheiden sich in einer
unterschiedlichen Verschaltung der Ventilkanäle 1, 2, 3 durch
den Steuerabschnitt 42.
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In
der aus 2 ersichtlichen Grundstellung ist
der Sekundärkanal 2 vom
benachbarten Primärkanal 1 abgetrennt.
Der Primärkanal 1 führt, wie
der ständig
mit ihm kommunizierende Verteiler-Versorgungskanal 22,
ein unter dem Primärdruck
stehendes Druckmedium.
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Von
Vorteil ist es, wenn der Sekundärkanal 2 in
der Grundstellung mit einem Entlastungskanal 4 des Hauptventils 33 verbunden
ist. Wird als Druckmedium Druckluft eingesetzt, wie dies beim Ausführungsbeispiel
der Fall ist, bildet der Entlastungskanal 4 einen zu einer
Außenfläche des
Ventilgehäuses 28 ausmündenden
Entlüftungskanal,
an den ein Schalldämpfer 45 angeschlossen
sein kann.
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Es
ist zweckmäßig, wenn
der Entlastungskanal 4 in koaxialer Verlängerung
der Ventilgliedaufnahme 32 an einer Stirnseite des Ventilgehäuses 28 ausmündet. Alternativ
oder zusätzlich
besteht auch die Möglichkeit,
den Entlastungskanal 4 so zu der Installationsfläche 37 zu
führen,
dass er mit einem der Verteiler-Entlastungskanäle 13 oder 14 kommuniziert und
eine zusätzliche
oder ausschließliche
Druckentlastung über
den Fluidverteiler 7 stattfinden kann.
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Der
Primärkanal 1 ist
in der Grundstellung auch von dem Softstartkanal 3 abgetrennt.
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In
der Softstartstellung steht der Sekundärkanal 2 ausschließlich über den
Softstartkanal 3, und somit über die Drosselmittel 38 hinweg,
mit dem Primärkanal 1 in
Verbindung. Die Verbindung wird zwischen dem ersten und dritten
Abschnitt 36a, 36c freigeschaltet. Eine direkte
Verbindung zwischen Primärkanal 1 und
Sekundärkanal 2,
unter Umgehung des Softstartkanals 3, liegt nicht vor.
Der Sekundärkanal 2 ist
außerdem
auch vom Entlastungskanal 4 abgetrennt.
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In
der aus 4 ersichtlichen Arbeitsstellung
schließlich
liegt über
die beiden direkt miteinander verbundenen ersten und zweiten Abschnitte 36a, 36b der
Ventilgliedaufnahme 32 eine direkte Verbindung zwischen
Primärkanal 1 und
Sekundärkanal 2 vor,
unter Umgehung der Drosselmittel 38 und mithin des Softstartkanals 3.
Es ist jedoch möglich,
die Verbindung über
den Softstartkanal 3 als parallele Verbindung zusätzlich beizubehalten,
wie dies beim Ausführungsbeispiel
der Fall ist. Über
die direkte Verbindung ist ein höherer
Fluiddurchfluss zwischen Primärkanal 1 und
Sekundärkanal 2 möglich als über den
Softstartkanal 3.
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Der
Entlastungskanal 4 ist in der Arbeitsstellung weiterhin
von allen anderen Ventilkanälen
abgetrennt.
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Zu
dem Hauptventil 24 gehören
eine erste (46) und eine zweite (47) Betätigungsfläche, die
jeweils antriebsmäßig mit
dem Hauptventilglied 33 zusammenwirken.
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Die
erste Betätigungsfläche 46 befindet
sich an einem bezüglich
des Hauptventilgliedes 33 eigenständigen Betätigungselement 48,
das exemplarisch nach Art eines Betätigungskolbens ausgebildet
ist und das axial im Anschluss an den Antriebsabschnitt 43 des
Hauptventilgliedes 33 in der Ventilgliedaufnahme 32 aufgenommen
ist. Die erste Betätigungsfläche 46 weist
axial vom Hauptventilglied 33 weg, in der Zeichnung nach
links.
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Das
Betätigungselement 48 ist
in Richtung der Längsachse 31 des
Hauptventilgliedes 33 gleitverschieblich in einer vom Endabschnitt
der Ventilgliedaufnahme 32 gebildeten Aufnahmekammer 52 untergebracht.
Mit deren Umfangswandung steht es in Dichtkontakt. Die Stirnflächen der
Aufnahmekammer 52 bilden eine dem Hauptventilglied 33 zugewandte
erste Anschlagfläche 53 und
eine entgegengesetzt orientierte zweite Anschlagfläche 54 für das Betätigungselement 48,
die dessen Verstellweg begrenzen.
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Anstelle
als Betätigungskolben
könnte
das Betätigungselement 48 beispielsweise
auch als Betätigungsmembran
ausgeführt
sein.
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Die
zweite Betätigungsfläche 47 ist
axial fest am Hauptventilglied 33 angeordnet. Sie macht
daher jede Linearbewegung des Hauptventilgliedes 33 mit. Sie
weist in die gleiche Richtung wie die erste Betätigungsfläche 46, vorliegend
also weg vom Steuerabschnitt 42.
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Bevorzugt
befindet sich die zweite Betätigungsfläche 47 an
der dem Betätigungselement 48 zugewandten
Stirnfläche
des Hauptventilgliedes 33. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der
Fall.
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Wenn
das Hauptventilglied 33 linear verlagert wird, kann es
mit seinem die zweite Betätigungsfläche 47 aufweisenden
Endabschnitt in die Aufnahmekammer 42 eintauchen (2).
Darüber
hinaus kann das Hauptventilglied 33 die aus 3 und 4 hervorgehenden
Stellungen einnehmen, bei denen es komplett aus der Aufnahmekammer 52 herausgefahren
ist und sich sein die zweite Betätigungsfläche 47 aufweisender
Endabschnitt in einem sich an die Aufnahmekammer 52 anschließenden Längenabschnitt 55 der
Ventilgliedaufnahme 32 befindet, deren Querschnitt geringer
ist als derjenige der Aufnahmekammer 52.
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Dementsprechend
ist die zweite Betätigungsfläche 47 zweckmäßigerweise
kleiner als die erste Betätigungsfläche 46.
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Solange
das Hauptventilglied 33 in die Aufnahmekammer 52 hineinragt,
ist eine in Richtung der Umschaltbewegung 34 orientierte
Kraftübertragung zwischen
Hauptventilglied 33 und Betätigungselement 48 möglich. Diese
beiden Teile liegen jedoch nur lose aneinander an, sodass lediglich
drückende Stellkräfte übertragbar
sind. Dies schafft andererseits für das Hauptventilglied 33 die
Möglichkeit,
von dem Betätigungselement 48 abzuheben
und sich von diesem zu entfernen, wobei sich dann gleichzeitig der Abstand
zwischen den beiden Betätigungsflächen 46, 47 verändert.
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Jedenfalls
verfügt
das Hauptventilglied 33 über eine dem Betätigungselement 48 zugewandte und
insbesondere von der Stirnfläche
des Hauptventilgliedes 33 gebildete Beaufschlagungsfläche 56,
die durch das Betätigungselement 48 mechanisch
beaufschlagbar ist.
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Die
oben erwähnte
Rückstellfedereinrichtung 44 ist örtlich zwischen
einerseits den beiden Betätigungsflächen 46, 47 und
andererseits dem Steuerabschnitt 42 auf dem Antriebsabschnitt 43 des Hauptventilgliedes 33 untergebracht.
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Zur
Vereinfachung der Montage der Rückstellfedereinrichtung 44 kann
das Hauptventilglied 33 mehrteilig ausgeführt sein.
Bevorzugt verfügt
es an seinem dem Betätigungselement 48 zugewandten Endabschnitt über ein
aufgestecktes und insbesondere aufgepresstes, bevorzugt hülsenförmiges Kopfstück 57,
an dem sich die Rückstellfedereinrichtung 44 abstützen kann
und das unter Vermittlung einer von ihm getragenen ringförmigen Dichtung 58 in
dem Längenabschnitt 55 der
Ventilgliedaufnahme 32 gleitverschieblich gelagert ist.
Das Kopfstück 57 kann
zumindest einen Abschnitt der zweiten Betätigungsfläche 47 aufweisen.
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Das
Betätigungselement 48 unterteilt
die Aufnahmekammer 52 in eine auf der dem Hauptventilglied 33 entgegengesetzten
Seite liegende erste Betätigungskammer 62 und
eine auf der dem Hauptventilglied 33 zugewandten Seite
liegende zweite Betätigungskammer 63.
Die erste Betätigungskammer 62 ist
gegenüberliegend
dem Betätigungselement 48 durch
die erste Anschlagfläche 53 begrenzt.
Die zweite Betätigungskammer 63 verfügt axial
gegenüberliegend
des Betätigungselementes 48 über eine von
der zweiten Anschlagfläche 54 gebildete
starre Begrenzungswand und außerdem über eine
axial bewegliche Begrenzungswand, die von dem Hauptventilglied 33 beziehungsweise
dessen zweiter Betätigungsfläche 47 gebildet
ist. Bei entsprechender Stellung des Hauptventilgliedes 33 kann
sich so mit die zweite Betätigungskammer 63 ein
Stückweit
in den Längenabschnitt 55 hinein
erstrecken, wie dies aus 4 ersichtlich ist.
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Ein
von dem mit dem Primärkanal 1 verbundenen
zweiten Abschnitt 36b der Ventilgliedaufnahme 32 abzweigender
fluidischer Vorsteuerkanal 64 mündet andernends in die erste
Betätigungskammer 62.
In den Verlauf dieses Vorsteuerkanals 64 ist das Vorsteuerventil 65 eingeschaltet,
sodass der Vorsteuerkanal 64 in einen mit dem Primärkanal 1 kommunizierenden
Vorsteuer-Speisekanal 64a und einen mit der ersten Betätigungskammer 62 kommunizierenden
Vorsteuer-Arbeitskanal 64b unterteilt ist.
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Bei
dem Vorsteuerventil 25 handelt es sich insbesondere um
ein 3/2-Wegeventil, das in der Lage ist, den Vorsteuer-Arbeitskanal 64b entweder
mit dem Vorsteuer-Speisekanal 64a oder mit einem zur druckmäßigen Entlastung
dienenden Vorsteuer-Entlüftungskanal 65 zu
verbinden. Letzterer kann über das
Gehäuse
des Vorsteuerventils 25 unmittelbar zur Atmosphäre ausmünden, wie
dies beim Ausführungsbeispiel
der Fall ist. Möglich
ist allerdings auch eine Entlüftung über einen
im Fluidverteiler 7 verlaufenden Verteiler-Entlüftungskanal.
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Das
Umschaltventil 26 enthält
ein bevorzugt linear, gemäß Doppelpfeil 66 bewegliches
Umschaltventilglied 67. Eine bevorzugt mechanische Federeinrichtung 68 erzeugt
eine Federkraft, durch die das Umschaltventilglied 67 in
Richtung einer in 2 und 3 vorliegenden
Ausgangsstellung vorgespannt ist. Die Ausgangsstellung ist durch
die Anlage des Umschaltventilgliedes 67 an einer gehäusefesten Anschlagfläche 72 vorgegeben.
Anstelle der mechanischen Federeinrichtung 68 könnte auch
eine Gasfedereinrichtung, insbesondere eine Luftfedereinrichtung,
eingesetzt werden.
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Gemeinsam
mit dem es umschließenden Gehäuseabschnitt
begrenzt das Umschaltventilglied 67 axial eine Steuerkammer 73,
die über
einen das Softstartventil 21 durchsetzenden Abgriffskanal 74 ständig mit
dem Sekundärkanal 2 verbunden
ist. Diese Verbindung kann direkt erfolgen oder durch einen Anschluss
des Abgriffskanals 74 an den zwischen den Drosselmitteln 38 und
dem Sekundärkanal 2 verlaufenden
Kanalast des Softstartkanals 3.
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Somit
herrscht in der Steuerkammer 73 ständig der aktuelle Sekundärdruck.
Dieser übt
auf das Umschaltventilglied 67 eine der Federkraft der
Federeinrichtung 68 entgegengesetzte Umschaltkraft Fu aus.
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Das
Umschaltventil 26 ist in der Lage, den Fluiddurchgang durch
einen Umschaltkanal 75 zu steuern, über den der Vorsteuer-Arbeitskanal 64b mit der
zweiten Betätigungskammer 63 verbunden
ist. In der Ausgangsstellung des Umschaltventilgliedes 67 ist
die Verbindung unterbrochen. Ist das Umschaltventilglied 67 durch
eine ausreichend hohe Umschaltkraft FU in
die aus 4 ersichtliche Umschaltstellung
verlagert, ist der Fluiddurchgang durch den Umschaltkanal 75 freigegeben.
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Eine
typische Betriebsweise der Ventileinrichtung 6 stellt sich
wie folgt dar.
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Es
sei angenommen, dass das Vorsteuerventil 25 deaktiviert
ist und sich das Hauptventilglied 33 in der Grundstellung
befindet. Dadurch ist der Sekundärkanal 2 und
mithin der mit diesem verbundene Verteiler-Speisekanal 12 drucklos. Über die
Einspeiseöffnung 23 wird
unter einem Primärdruck
stehendes Druckmedium eingespeist, das auch in dem Vorsteuer-Speisekanal 64a anliegt.
Die beiden Betätigungskammern 62, 63 sind über das
Vorsteuerventil 25 entlüftet.
Dieser Grundzustand geht aus 2 hervor.
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Zum
Einschalten der Ventileinrichtung 6 wird das Vorsteuerventil 25 über ein
zugeführtes
elektrisches Steuersignal be tätigt.
Das Vorsteuerventil 25 öffnet
den Durchgang durch den Vorsteuerkanal 64, sodass ein dem
Primärdruck
entsprechendes fluidisches Vorsteuersignal in die erste Betätigungskammer 62 eingespeist
wird und die erste Betätigungsfläche 46 beaufschlagt.
Durch die hieraus resultierende Stellkraft wird das Betätigungselement 48 bis
zur Anlage an der zweiten Anschlagfläche 54 verlagert,
wobei es das Hauptventilglied 33 unter Überwindung der Federkraft der
Rückstellfedereinrichtung 44 mitnimmt.
Hat das Betätigungselement 48 die
zweite Anschlagfläche 54 erreicht,
befindet sich das Hauptventilglied 33 in der aus 3 ersichtlichen
Softstartstellung.
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Das
bisher noch die Ausgangsstellung einnehmende Umschaltventilglied 67 hält hierbei
die zweite Betätigungskammer 63 von
dem Vorsteuerkanal 64 abgetrennt.
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Beginnend
mit dem Umschalten in die Softstartstellung beginnt eine eine gewisse
Zeit andauernde Softstartphase. Diese ist dadurch gekennzeichnet,
dass über
den freigeschalteten Softstartkanal 3 mit gedrosseltem
Durchfluss Druckmedium in den Sekundärkanal 2 einströmt, sodass
der darin herrschende Sekundärdruck
allmählich
ansteigt. Der Gradient des Druckanstieges lässt sich über die Einstellung der Drosselmittel 38 variieren.
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Über den
Abgriffskanal 74 steht der aktuelle Sekundärdruck auch
in der Steuerkammer 73 des Umschaltventils 26 an.
Mit zunehmendem Anstieg des Sekundärdruckes steigt dementsprechend
die Umschaltkraft FU, was so lange keine
Auswirkung zeitigt, solange ein durch die Federeinrichtung 68 definierter
Schwellwert nicht erreicht ist.
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Ist
dieser Schwellwert erreicht, endet die Softstartphase. Die Umschaltkraft
FU ist nun ausreichend groß, um das
Umschaltventilglied 67 in die aus 4 ersichtliche
Umschaltstellung zu verlagern, was zur Folge hat, dass das fluidische
Vorsteuersignal über
den nun geöffneten
Umschaltkanal 75 hindurch auch in der zweiten Betätigungskammer 63 und
mithin in der zweiten Betätigungsfläche 47 ansteht.
Als Folge hiervon verlagert sich das Hauptventilglied 33 weiter
bis in die aus 4 ersichtliche Arbeitsstellung,
wobei das Betätigungselement 48 an Ort
und Stelle verharrt. Da der Querschnitt des Längenabschnittes 55 kleiner
ist als derjenige der ersten Betätigungskammer 62,
wirkt an dem Betätigungselement 48 eine
Differenzkraft, die es in Anlage an der zweiten Anschlagfläche 54 hält.
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Durch
das Umschalten in die Arbeitsstellung wird der Sekundärkanal 2 über den
durch das Hauptventilglied 63 freigeschalteten großen Strömungsquerschnitt
mit Druckmedium ver sorgt, sodass der Sekundärdruck in kürzester Zeit die Höhe des Primärdruckes
erreicht.
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Beim
Ausführungsbeispiel
wird der im Sekundärkanal 2 herrschende
Druck dem Umschaltventil 26 unmittelbar als die Umschaltkraft
liefernder Steuerdruck aufgeschaltet. Alternativ besteht jedoch auch
die Möglichkeit,
das Umschaltventil 26 elektrisch betätigbar auszubilden, wobei das
elektrische Umschaltsignal unter Mitwirkung eines Drucksensors oder
Druckschalters erzeugt wird, der den Sekundärdruck erfasst.
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Um
in die Grundstellung zurückzukehren,
ist lediglich das Vorsteuerventil 25 abzuschalten, sodass
der Vorsteuer-Arbeitskanal 64b entlüftet wird. Die
Rückstellfedereinrichtung 44 verlagert
dann das Hauptventilglied 33 in die Grundstellung zurück.
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Die
Federeinrichtung 68 ist zweckmäßigerweise hinsichtlich ihrer
Federkraft einstellbar ausgebildet. Hierzu kann ein Drehknopf 76 oder
eine andere geeignete Handhabe vorhanden sein.
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Ein
Vorteil des geschilderten Ventilaufbaus liegt in der Unempfindlichkeit
des Softstartventils gegenüber
Druckschwankungen im Primärkanal 1 oder Sekundärkanal 2.
Sollte wegen eines Druckabfalls die Umschaltkraft FU so
weit absinken, dass das Umschaltventil 26 in die Ausgangsstellung
umschaltet, wirkt sich dies auf die Arbeitsstellung des Hauptventilgliedes 33 nicht
aus, weil das in der zweiten Betätigungskammer 63 befindliche
Vorsteuerfluid eingesperrt bleibt und nicht entweichen kann.
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Die
Ventileinrichtung 6 lässt
sich sowohl mit gasförmigen
als auch mit flüssigen
Medien betreiben. Bevorzugt kommt Druckluft zur Anwendung.