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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, mit einem Ventilgehäuse und
einem diesbezüglich
durch Auferlegung einer Umschaltkraft unter Ausführung einer linearen Umschaltbewegung
zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbaren Ventilglied und
mit Haltemitteln zum lösbaren
gehäusefesten
Fixieren des Ventilgliedes in wenigstens einer seiner Schaltstellungen.
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Vor
allem bei sogenannten Impulsventilen, gelegentlich aber auch bei
konventionellen Ventilen, besteht das Erfordernis, eine vom Ventilschieber
eingenommene Schaltstellung durch gesonderte Haltemittel bis zum
neuerlichen Umschalten zu fixieren. Impulsventile sind Mehrwegeventile,
deren Ventilschieber zum Umschalten zwischen zwei Endstellungen
impulsartig mittels eines die erforderliche Umschaltkraft hervorrufenden
fluidischen Steuerdruckes beaufschlagt werden, wobei der Ventilschieber
auch nach der Wegnahme des Steuerdruckes seine Endstellung beibehält. Solche
Ventile haben den Vorteil, dass die Schaltstellungen des Ventilschiebers
ohne ständige
Energiezufuhr praktisch beliebig lange beibehalten werden können.
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Die
zusätzlichen
Haltemittel verhindern, dass der Ventilschieber, beispielsweise
aufgrund von Erschütterungen,
seine Schaltstellung ändert.
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Die
US 5174731 A beschreibt
ein Ventil der eingangs genannten Art, bei dem auf Magnetismus beruhende
Haltemittel für
die Fixierung der Schaltstellungen eines Ventilschiebers sorgen.
Da die erzeugten Magnetfelder in der Regel auch auf die Umgebung
abstrahlen, kann ein solches Ventil jedoch nicht überall eingesetzt
werden. Es besteht überdies die
Gefahr eines Ansammelns von metallischen, magnetisierbaren Fremdkörpern im
Ventil, was zu höherem
Verschleiß oder
gar zu einem Funktionsausfall des Ventils führen kann.
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Bei
einem aus der
DE 19617849
A1 bekannten Ventil trägt
der Ventilschieber stirnseitig einen konischen Fortsatz, um den
herum mehrere Kugeln angeordnet sind, die von einem ebenfalls auf
dem Fortsatz angeordneten Käfig
gehalten werden. Wirken auf den Ventilschieber unerwünschte Strömungskräfte ein,
verlagert er sich relativ zu dem Käfig, wodurch die Kugeln zwischen
dem konischen Fortsatz und einem gehäusefesten Element verspannt
werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen können die auf die Kugeln einwirkenden
Spannkräfte
variieren, was einen ungleichförmigen
Verschleiß zur
Folge haben kann. Außerdem
basiert die Spannfunktion auf einem Kraftschluss, so dass vor allem
bei starken Erschütterungen
keine ausreichende Sicherheit gegen ein unerwünschtes Verlagern des Ventilschiebers
gegeben ist.
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Man
könnte
auch an auf einem Formschluss basierende Lösungen denken. Wie bei allen
mechanischen Lösungen
ist man hier jedoch mit der Problematik des Auftretens mechanischen
Abriebes konfrontiert, sodass aufgrund eines erhöhten Verschleißes mit
der Zeit Funktionsbeeinträchtigungen
auftreten können.
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Die
DD 47 839 A1 beschreibt
ein Staubeckenabflussventil, bei dem ein stabförmiges Führungsstück einen stirnseitig konischen
Anschlag trägt,
der axial an zwei radial beweglichen Klemmefedern anliegt. Beim Öffnen des
Ventils gleitet der Anschlag zwischen den Klemmfedern hindurch und drückt sie
vorrübergehend
auseinander, bis die andere Schaltstellung erreicht ist.
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Aus
der
US 5,673,658 A ist
ein hydraulisch-mechanischer Ventilbetätigungsmechanismus für einen
Verbrennungsmotor bekannt. Der Mechanismus enthält zwei hydraulisch betätigbare
Zylinder mit je einem mittels einer Rückstellfeder beaufschlagten
Stößel, der
ein Wälzlager
trägt.
Am Schaft des Ventils sind zwei axial beabstandete Vertiefungen
ausgebildet, in die die Wälzlager
eingreifen können,
um das Ventil in entweder der geschlossenen oder der offenen Stellung
festzuhalten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit
Haltemitteln für
den Ventilschieber auszustatten, die einen verschleißarmen und
sicheren Betrieb des Ventils gewährleisten.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Ventilglied mindestens eine
die Umschaltbewegung mitmachende, um eine zur Richtung der Umschaltbewegung
rechtwinkelige Drehachse drehbare Rolle trägt, der mindestens ein ventilgehäusefestes
Rastglied zugeordnet ist, das eine quer zu der Drehachse in die
Bewegungsbahn der Rolle ragende und hierbei eine die Rolle am Vorbeibewegen
hindernde Verriegelungsstellung einnehmende Rastnocke aufweist,
die von der Mantelfläche
der Rolle entgegen einer rückstellend
wirkenden Federkraft vorübergehend
in eine das Vorbeibewegen der Rolle und somit das Umschalten des
Ventilgliedes ermöglichende
Freigabestellung auslenkbar ist, wenn das Ventilglied in der entsprechenden
Richtung mit der Umschaltkraft beaufschlagt wird.
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Die
Rastnocke bewirkt eine zuverlässige
Fixierung des Ventilgliedes in der betreffenden Schaltstellung,
selbst wenn das Ventil aufgrund externer Einwirkungen starken Erschütterungen
unterliegt. Um das Umschalten des Ventilgliedes hervorzurufen, bedarf
es des Aufbringens einer vorbestimmten Umschaltkraft auf das Ventilglied,
was beispielsweise elektromechanisch, bevorzugt jedoch fluidisch
erfolgen kann. Aufgrund dieser Beaufschlagung ist die Rolle in der
Lage, die Rastnocke vorübergehend
zur Seite zu drängen
beziehungsweise auszulenken, bis sie sie passiert hat, worauf die
Rastnocke durch die auf sie einwirkende Federkraft neuerlich in
eine Verriegelungsstellung verlagert wird. Während des Umschaltvorganges
kann die Rolle aufgrund ihrer drehbaren Lagerung an dem Rastglied
und insbesondere auch an der Rastnocke abrollen, sodass nur eine
relativ geringe Rollreibung auftritt, mit äußerst geringem Abrieb und Verschleiß. Somit
kann eine hohe Lebensdauer garantiert werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Um
die Reibung der Drehlagerungsmittel so gering wie möglich zu
halten, empfiehlt sich eine Wälzlagerung
der Rolle, insbesondere durch Realisierung mittels eines Wälzlagers.
Allerdings kann, insbesondere bei geringen Beanspruchungen, auch eine
Gleitlagerung zur Gewährleistung
der Drehbarkeit der Rolle vorgesehen sein.
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Vorzugsweise
befindet sich die mindestens eine Rolle in einer Ausnehmung des
Ventilgliedes, wobei sie mit einem Umfangsabschnitt herausragen kann,
der mit dem zugeordneten Rastglied zusammenwirkt.
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Die
Ausnehmung kann in Form einer das Ventilglied quer durchsetzenden
Durchbrechung realisiert sein, was unter anderem die Montage erleichtert.
Es besteht überdies
die Möglichkeit,
im Bereich beider Öffnungen
der Durchbrechung je ein mit mindestens einer drehbar gelagerten
Rolle zusammenarbeitendes Rastglied anzuordnen.
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Um
die gewünschte
federnde Beaufschlagung des Rastgliedes zu erreichen, kann als Rastglied
prinzipiell ein beliebiger starrer Körper verwendet werden, der
unter dem Einfluss einer Federeinrichtung steht. Eine besonders
kompakte und einfache Bauform sieht hingegen vor, dass das Rastglied von
einer Feder, vorzugsweise von einer Biegefeder, insbesondere in
Ges talt einer Blattfeder, gebildet ist, sodass es über eine
inhärente
Federelastizität
verfügt
und auf eine zusätzliche,
gesonderte Federeinrichtung verzichtet werden kann. Beispielsweise kann
das Rastglied einenends gehäusefest
fixiert sein und andernends, mit einem federelastisch auslenkbaren
Endabschnitt, mit der mindestens einen Rolle kooperieren.
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Zweckmäßigerweise
schließt
sich an die Rastnocke des mindestens einen Rastgliedes axial beidseits
je eine Beaufschlagungsfläche
an, die die Mantelfläche
der zugeordneten Rolle beaufschlagen kann. Beim Wechsel der Schaltstellung
befindet sich die Rastnocke – in
Richtung der Umschaltbewegung – einmal
auf der einen und das andere Mal auf der anderen Seite der Rolle,
wobei dementsprechend auch die momentan an der Rolle anliegende
Beaufschlagungsfläche
wechselt. Durch die Beaufschlagungsflächen, die bei der Umschaltbewegung
des Ventilgliedes als Führungsflächen für die Rolle
fungieren können,
kann ein besonders zuverlässiges, leichtgängiges und
sanftes Umschalten erzielt werden. Außerdem erreicht man automatisch
eine Verdrehsicherung des Ventilgliedes, sodass stets die erforderliche
Zuordnung zwischen Rolle und Rastglied gewährleistet bleibt.
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Die
Beaufschlagungsflächen
können
insbesondere entsprechend der Krümmung
der Mantelfläche
der Rolle gewölbt
sein. Durch die Formgebung der Beaufschlagungsflächen kann bei Bedarf eine Formschlussfixierung
des Ventilgliedes in beiden Umschaltrichtungen unterstützt werden.
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Es
ist nicht zwingend erforderlich, dass das Ventilglied ausschließlich durch
das mindestens eine Rastglied in seinen Schaltstellungen festgehalten wird.
Bei einer besonders einfach und wenig toleranzanfälligen Bauweise
wird die Rolle und mithin das Ventilglied durch das Rastglied in
formschlüssiger Hinsicht
nur in einer Bewegungsrichtung fixiert. Für die Fixierung in entgegengesetzter
Richtung ist hier das Ventilgehäuse
zuständig,
indem die Auslegung insgesamt so getroffen ist, dass sich das Ventilglied in
mindestens einer Schaltstellung axial an einer ventilgehäusefesten
Anschlagfläche
abstützt.
Dadurch ist das Ventilglied axial zwischen der Rastnocke und der
Anschlagfläche
gefangen.
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Prinzipiell
lässt sich
die geschilderte Rastfunktion bereits mit nur einer einzigen Rolle
realisieren, wobei dieser Rolle dann auch zweckmäßigerweise nur ein einziges
Rastglied zugeordnet ist, um das Abwälzvermögen bei beiden Umschaltrichtungen
zu gewährleisten.
Um möglichst
keine resultierende Querkraft auf das Ventilglied auszuüben, empfiehlt
es sich allerdings, wenigstens zwei Rastglieder vorzusehen, die
sich bezüglich
der Längsachse
des Ventilgliedes diametral gegenüber liegen und die sich in ihrer
quer bezüglich
des Ventilgliedes orientierten Kraftrichtung gegenseitig neutralisieren.
Damit trotz dieser Mehrfachanordnung von Rastgliedern die Drehbeweglichkeit
der mindestens einen Rolle nicht beeinträchtigt wird, greift man vorteilhafterweise
auf zwei unabhängig
voneinander drehbare Rollen zurück,
die unter koaxialer Anordnung nebeneinander platziert sind und die
von je einem der beiden diametral entgegengesetzt platzierten Rastglieder
beaufschlagt werden. Somit ergeben sich zwei durch das Zusammenwirken
mit je einem Rastglied während der
Umschaltbewegung jeweils gegenläufig
rotierende Rollen.
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Speziell
bei der Doppelanordnung von Rollen empfiehlt sich die Platzierung
der Rollen in einer das Ventilglied durchsetzenden Durchbrechung,
wobei dann beiden Durchbrechungsöffnungen
je ein Rastglied zugeordnet ist, deren Rastnocken in Längsrichtung
der Drehachse der beiden Rollen entsprechend dem Rollenabstand zueinander
versetzt sind.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils
gemäß Schnittlinie
I-I aus der Teildarstellung der 2, wobei
das Ventilglied eine erste Schaltstellung einnimmt,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Längenabschnitt
des in 1 gezeigten Ventils, gemäß Schnittlinie II-II aus 1,
wobei lediglich das mit mehreren Rollen bestückte Ventilglied sowie eine zum
Ventilgehäuse
gehörende
Führungshülse für das Ventilglied
abgebildet sind,
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3 eine
Seitenansicht der in 2 gezeigten Anordnung mit Blickrichtung
gemäß Pfeil
III, wobei die Außenfläche der
Führungshülse sichtbar ist,
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4 den
in 1 umrahmten Bereich IV in einer vergrößerten Darstellung,
wobei ein Rastglied in durchgezogenen Linien bei Einnahme seiner
Verriegelungsstellung und strichpunktiert bei Einnahme seiner Freigabestellung
gezeigt ist,
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5 und 6 je
eine Einzeldarstellung von Ventilglied und zugeordneten Haltemitteln
im Längsschnitt
in unterschiedlichen Perspektiven und
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7 den
sich auf das Ventilglied und die Haltemittel beziehenden Bereich
des Ventils in einer Einzeldarstellung, wobei das Ventilglied bei
Einnahme einer zweiten Schaltstellung abgebildet ist.
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Das
in 1 in seiner Gesamtheit abgebildete Ventil 1 ist
als sogenanntes Impulsventil konzipiert und enthält eine Hauptventileinheit 2 sowie
zwei dieser zugeordnete Vorsteuerventileinheiten 3. Die Hauptventileinheit 2 umfasst
ein bevorzugt als Ventilschieber konzipiertes längliches Ventilglied 7,
das mittels Fluidkräften
zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist, deren eine, erste
Schaltstellung aus 1 bis 6 und deren
andere, zweite Schaltstellung aus 7 ersichtlich
ist. Die Vorsteuerventileinheiten 3 und die Hauptventileinheit 2 sind
zweckmäßigerweise
zu einer einheitlich handhabbaren Baugruppe zusammengefasst.
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Das
Ventil 1 verfügt über ein
längliches
Ventilgehäuse 4,
das das Ventilglied 7 aufnimmt. Genauer gesagt enthält das Ventilgehäuse 4 beim
Ausführungsbeispiel
ein äußeres Gehäusehauptteil 4a,
in dem ein sich längs
erstreckender Hohlraum 5 ausgebildet ist, der eine ebenfalls
zum Ventilgehäuse 4 zählbare Führungshülse 6 in
axial unbeweglich fixierter Weise aufnimmt. Diese Führungshülse 6 ist
von dem Ventilglied 7 koaxial durchsetzt.
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Das
Ventilglied 7 ist vorzugsweise kolbenartig gestaltet, mit
kreisförmigem
Querschnitt. Es kann unter Ausführung
einer im Folgenden als Umschaltbewegung 8 bezeichneten
linearen Verschiebebewegung zwischen den beiden erwähnten Schaltstellungen
umgeschaltet werden. Die in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil
verdeutlichte Umschaltbewegung 8 verläuft in der Richtung der Längsachse 12 des
Ventilgliedes 7.
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Das
Ventilglied 7 ragt stirnseitig beidseits über die
Führungshülse 6 hinaus
und endet jeweils mit einem in einem Endabschnitt des Hohlraumes 5 unter
Abdichtung verschiebbar aufgenommenen Betätigungskolben 13.
Die Betätigungskolben 13 können mit
dem Ventilglied 7 fest, auch einstückig verbundene Bauteile oder
bezüglich
des Ventilgliedes 7 separate Bauteile sein. In 2 bis 7 sind
sie nicht weiter abgebildet.
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Das
Umschalten des Ventilgliedes 7 wird jeweils durch eine
kurzzeitige Fluidbeaufschlagung der axial vom Ventilglied 7 abgewandten
Beaufschlagungsfläche 14 des
einen oder anderen Betätigungskolbens 13 hervorgerufen.
Aus der Fluidbeaufschlagung resultiert eine entsprechend orientierte,
in der Zeichnung jeweils durch einen Pfeil angedeutete Umschaltkraft 11.
Die gewünschte
Endstellung ist dadurch vorgegeben, dass der bei der Bewegung voreilende
Betätigungskolben 13 auf
eine ihm axial zugewandte ventilgehäusefeste Anschlagfläche 15 auf trifft,
die zweckmäßigerweise
von der jeweils zugeordneten stirnseitigen Abschlusswand des Hohlraumes 5 gebildet
ist.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel
könnten
anstelle der Betätigungskolben 13 auch
andere Betätigungselemente
vorhanden sein, beispielsweise elastisch verformbare Membranelemente.
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Die
beiden Vorsteuerventileinheiten 3 sind bevorzugt im Bereich
der beiden einander entgegengesetzten Stirnseiten der Hauptventileinheit 2 installiert.
Sie könnten
allerdings auch gemeinsam auf nur einer Seite der Hauptventileinheit 2 platziert
sein, wobei die Möglichkeit
besteht, sie zu einer Baueinheit zusammenzufassen.
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Jede
Vorsteuerventileinheit 3 enthält ein Vorsteuerventil 10a, 10b,
das in den Verlauf eines Vorsteuerkanals 16a, 16b eingeschaltet
ist, der von einer Vorsteuerdruckquelle Ps gespeist werden kann
und in eine Beaufschlagungskammer 17a, 17b mündet, die
jeder Betätigungskolben 13 mit
seiner Betätigungsfläche 14 begrenzt.
Durch gesteuerte elektrische Aktivierung der Vorsteuerventile 10a, 10b können die
beiden Beaufschlagungskammern 17a, 17b wechselseitig
gegensinnig mit einem Steuerdruckmedium beaufschlagt oder druckmäßig entlastet
werden, um die das Ventilglied 7 umschaltende Umschaltkraft 11 zu
generieren.
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Bei
den Vorsteuerventilen 10a, 10b handelt es sich
insbesondere um Magnetventile, wobei aber auch andere Ventilarten
eingesetzt werden können, beispielsweise
Piezo-Ventile.
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Für den Anschluss
an eine Vorsteuerdruckquelle Ps ist an dem Ventilgehäuse 4 eine
mit den Vorsteuerkanälen 16a, 16b verbundene
erste Anschlusseinrichtung 18 angeordnet. An ihr kann eine das
Steuerdruckmedium zuführende
Fluidleitung (nicht dargestellt) lösbar angeschlossen werden.
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In
dem Ventilgehäuse 4 verlaufen
mehrere Ventilkanäle 23,
die jeweils einenends, an axial beabstandeten Stellen, in den von
der Führungshülse 6 umgrenzten
Innenraum einmünden,
der im Folgenden als Schieberaufnahme 24 bezeichnet sei.
Andernends führen
die Ventilkanäle 23 zur
Außenfläche des
Ventilgehäuses 4,
wo ihnen jeweils eine weitere Anschlusseinrichtung 25 zum
Anschließen
einer wegführenden
Fluidleitung zugeordnet ist.
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Die
Ventilkanäle 23 durchsetzen
sowohl das Ventilgehäuse 4a als
auch die Wandung der Führungshülse 6.
Damit es in dem zylindrischen Fügebereich
zwischen Gehäusehauptteil 4a und
Führungshülse 6 nicht
zu einer ungewollten Verbindung der diversen Ventilkanäle 8 kommt,
ist die Führungshülse 6 am
Außenumfang
mit axial beabstandeten Dichtungsringen 20 bestückt, die
an der Umfangsfläche des
Hohlraumes 5 dichtend anliegen.
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Die
den Ventilkanalmündungen
in der Schieberaufnahme 24 axial benachbarten Innenflächenabschnitte
der Führungshülse 6 bilden
gehäusefeste Steuerflächen 26,
die mit der Umfangsfläche
eines in axialer Richtung abgestuften Steuerabschnittes 22 des
Ventilgliedes 7 zusammenwirken können, um die Ventilkanäle 23 in
Abhängigkeit
von der Ventilgliedstellung in unterschiedlichem Muster miteinander
zu verbinden und voneinander abzutrennen. Das Ventilglied 7 liegt
mit der Außenfläche des
Steuerabschnittes 22 gleitverschieblich an der Innenfläche der Schieberaufnahme 24 und
mithin an den dortigen Steuerflächen 26 an.
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Der
Steuerabschnitt 22 kann mit den Steuerflächen 26 dichtend
zusammenwirken. Hierzu sind beim Ausführungsbeispiel die aneinander
anliegenden Flächen
als weichdichtungslose, harte Flächen ausgebildet,
verfügen
also nicht über
weiche, nachgiebige Dichtungsmittel wie elastomere Dichtungsringe.
Dies garantiert eine besonders leichtgängige Umschaltbewegung 8 des
Ventilgliedes 7, sodass für den Umschaltvorgang nur relativ
geringe Stellkräfte benötigt werden.
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Bei
den Ventilkanälen 23 handelt
es sich im Einzelnen um einen mit einer Druckquelle P verbindbaren
Speisekanal 23a, um zwei diesen Speisekanal 23a auf
axial entgegengesetzten Seiten flankierend in die Schieberaufnahme 24 einmündende,
je weils mit einem Verbraucher verbindbare Arbeitskanäle 23b, 23c sowie
um zwei die Reihe von Kanalmündungen
innerhalb der Schieberaufnahme 24 diesseits und jenseits
abschließende
Entlastungskanäle 23d, 23e,
die mit der Atmosphäre
oder einer anderen Drucksenke verbindbar sind.
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Das
Ventil 1 ist als Zweistellungsventil betreibbar, wobei
in den beiden Schaltstellungen der jeweils eine Arbeitskanal mit
dem Speisekanal und gleichzeitig der jeweils andere Arbeitskanal
mit einem Entlastungskanal verbunden ist.
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Bei
einer nicht weiter gezeigten Ausführungsform entfällt die
gesonderte Führungshülse 6 und
der Hohlraum 5 bildet unmittelbar selbst die Schieberaufnahme 24.
Die Steuerflächen 26 sind
in diesem Fall direkt am Gehäusehauptteil 4a ausgebildet
oder können
auch von separaten Dichtungselementen gebildet sein, bei denen es
sich in diesem Fall auch um Elastomerkomponenten handeln kann.
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Anstatt
an den äußeren Kanalmündungen der
Ventilkanäle 23 die
weiteren Anschlusseinrichtungen 25 vorzusehen, wäre auch,
zumindest teilweise, eine Verbindung mit in einer Anschlussplatte
verlaufenden Kanälen
denkbar, an die das Ventil 1 ansetzbar ist.
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Der
besondere Charakter des Ventils 1 äußert sich darin, dass das Ventilglied 7 nur
zum Zwecke des Umschaltens zwischen seinen beiden Schaltstellungen
mit einer Umschaltkraft 11 beaufschlagt werden muss. Ist
eine Schaltstellung erreicht, verharrt das Ventilglied 7 in
der entsprechenden Position auch dann, wenn die ihn in diese Position
gebrachte Umschaltkraft 11 entfernt wurde. Das Ventilglied 7 bleibt
also auch ohne ständige
Energiezufuhr in der jeweils gewählten
Schaltstellung, bis es einen neuerlichen Umschaltimpuls erhält.
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Die
beim Ausführungsbeispiel
fluidisch aufgebrachte Umschaltkraft 11 kann bei einem
direkt gesteuerten Ventil auch mechanisch oder elektromechanisch
aufgebracht werden.
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Damit
die geschilderte Arretierung des Ventilgliedes 7 in seinen
beiden Schaltstellungen auch bei starker mechanischer Beanspruchung
des Ventils 1 beibehalten wird, beispielsweise bei Erschütterungen,
ist das Ventil 1 mit in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 27 bezeichneten
Haltemitteln ausgestattet, die das Ventilglied 7 in jeder
Schaltstellung so lange ventilgehäusefest fixieren, bis eine
das Umschalten in die andere Schaltstellung hervorrufende Umschaltkraft 11 auferlegt
wird.
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Die
Haltemittel 27 enthalten vorzugsweise zwei Rollen 28a, 28b,
die beide derart vom Ventilglied 7 getragen sind, dass
sie dessen Umschaltbewegung 8 mitmachen, wobei sie aber
beide, unabhängig
voneinander, bezüglich
einer zur Richtung der Umschaltbewegung 8 rechtwinkeligen
Drehachse 32 relativ zum Ventilglied 7 frei drehbeweglich
sind. Die Drehachse 32 fällt zweckmäßigerweise mit den Längsachsen
beider Rollen 28a, 28b zusammen, die bevorzugt
in koaxialer Aufeinanderfolge nahe beieinander platziert sind. Beide
Rollen 28a, 28b haben zweckmäßigerweise den gleichen Durchmesser
und verfügen über nach
radial außen
orientierte umlaufende Mantelflächen 33.
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Die
beiden Rollen 28a, 28b sitzen insbesondere auf
einem gemeinsamen, starren Achskörper 34,
der die mit seiner Längsachse
zusammenfallende Drehachse 32 definiert. Alternativ könnte jedoch jede
Rolle 28a, 28b auch auf einem eigenen Achskörper montiert
sein. Auch eine zueinander versetzte Anordnung der beiden Rollen 28a, 28b in
der Richtung der Umschaltbewegung 8 wäre prinzipiell möglich.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Rollen 28a, 28b von einfachen, handelsüblichen Wälzlagern,
beispielsweise Kugellager, gebildet, wobei sich die Mantelfläche 33 am
Außenumfang
des jeweiligen Außenringes
befindet. Der Innenring kann drehbar oder drehfest auf dem Achskörper 34 sitzen. Al ternativ
könnte
die Drehlagerung auch durch Gleitlagermittel realisiert werden.
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Bevorzugt
sind die Rollen 28a, 28b axial im Anschluss an
den Steuerabschnitt 22 angeordnet und insbesondere einem
der beiden Endabschnitte des Ventilgliedes 7 zugeordnet.
Besonders kompakt erweist sich dabei die aus der Zeichnung ersichtliche Anordnung
der Rollen 28a, 28b in einer sich quer zur Längsachse 12 in
dem Ventilglied 7 erstreckenden Ausnehmung 35.
Hierdurch lässt
sich besonders einfach eine dahingehende Platzierung verwirklichen, dass
die Drehachse 32 die Längsachse 12 kreuzt. Dies
begünstigt
eine symmetrische, die Umschaltbewegung 8 nicht beeinträchtigende
Krafteinleitung.
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Die
Ausnehmung 35 erstreckt sich in einer zu der Drehachse 32 rechtwinkeligen
Ebene. Bevorzugt ist sie von einer Durchbrechung 35a gebildet,
die das Ventilglied 7 quer durchsetzt und mit je einer
Austrittsöffnung 36a, 36b an
sich diametral gegenüberliegenden
Umfangsbereichen des Ventilgliedes 7 zu dessen Außenumfang
austritt. Der Durchmesser der beiden Rollen 28a, 28b ist
insbesondere so gewählt, dass
die Rollen 28a, 28b nicht über die zylindrische Außenkontur
des Ventilgliedes vorstehen. Die Rollen 28a, 28b können mit
ihrem gesamten Querschnitt in der Ausnehmung 35 beziehungsweise
Durchbrechung 35a aufgenommen sein.
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Der
Achskörper 34 ist
beispielsweise ein kreiszylindrischer Bolzen, der die Ausnehmung 35 beziehungsweise
Durchbrechung 35a durchquert und mit seinen beiden Endabschnitten 37 in
komplementären
Wanddurchbrechungen 38 des Ventilgliedes 7 gehalten
ist. Der Achskörper 34 kann
insbesondere eingepresst sein. Die Breite der Ausnehmung 35 beziehungsweise
Durchbrechung 35a ist zweckmäßigerweise nur minimal größer als
die von den beiden Rollen 28a, 28b eingenommene
Breite.
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Beide
Rollen 28a, 28b sind unabhängig voneinander sowohl im
Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn leichtgängig drehbar.
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Die
Haltemittel 27 enthalten für jede Rolle 28a, 28b ein
mit dieser zusammenwirkendes Rastglied 42a, 42b.
Diese Rastglieder 42a, 42b sind ventilgehäusefest
angeordnet und verharren somit an Ort und Stelle, wenn das Ventilglied 7 umgeschaltet wird.
Ventilglied 7 und Rollen 28a, 28b ändern beim Ausführen der
Umschaltbewegung 8 ihre Relativposition bezüglich der
Rastglieder 42a, 42b in Richtung der Längsachse 12.
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Die
beiden Rastglieder 42a, 42b liegen sich bezüglich der
Längsachse 12 des
Ventilgliedes 7 diametral gegenüber, wobei jedes von ihnen
im Bereich einer der beiden Austrittsöffnungen 36a, 36b angeordnet
ist. Das eine, erste Rastglied 42a ist vorgesehen, um mit
der einen, ersten Rolle 28a zu kooperieren, während das
andere, zweite Rastglied 42b zum Zusammenwirken mit der
anderen, zweiten Rolle 28b vorhanden ist.
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Die
Rollen 28a, 28b werden von den Rastgliedern 42a, 42b zur
Sicherung der jeweiligen Schaltstellung federnd beaufschlagt. Aufgrund
der geschilderten Zweifachanordnung und der einander entgegengesetzten
Umfangsbereichen des Ventilgliedes 7 zugeordneten Rastglieder 42a, 42b ergibt sich
eine Kompensation der ausgeübten
Kräfte,
mit der Folge, dass das Ventilglied 7 praktisch keinen
resultierenden Querkräften
ausgesetzt ist, die zu einer Verschleißanfälligkeit führen könnten.
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Die
beiden Rastglieder 42a, 42b sind exemplarisch
jeweils insgesamt als Biegefeder ausgebildet, vorzugsweise als Blattfeder.
Ihr rückwärtiger Endabschnitt
bildet jeweils einen Befestigungsabschnitt 43, mit dem
sie unter radialer Beabstandung zum Ventilglied 7 ventilgehäusefest
verankert ist. Ausgehend von diesem Befestigungsabschnitt 43 erstreckt sich
jedes Rastglied 42a, 42b nach radial innen, um in
einen mit der zugeordneten Rolle 28a, 28b kooperierenden
Beaufschlagungsabschnitt 44 auszulaufen. Aufgrund der Federelastizität ist der
Beaufschlagungsabschnitt 44 gemäß Doppelpfeil 41 radial
bezüglich
der Längsachse 12 des
Ventilglieds 7 verschwenkbar oder auslenkbar, unter Veränderung
seines Radialabstandes zum Ventilglied 7.
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Der
federelastisch verschwenkbare Befestigungsabschnitt 43 weist
eine nach radial innen, in Richtung zum Ventilglied 7 ragende
Rastnocke 45 auf. Sie ist bevorzugt gebildet durch einen
in Seitenansicht gesehen etwa V-förmig verlaufenden Bereich des
Befestigungsabschnittes 43. An die Rastnocke 45 schließt sich
axial, also in Richtung der Umschaltbewegung 8, beidseits
je eine Beaufschlagungsfläche
an, die im Folgenden als erste Beaufschlagungsfläche 46 und zweite
Beaufschlagungsfläche 47 bezeichnet
seien. Die beiden Beaufschlagungsflächen 46, 47 sind
zweckmäßigerweise
entsprechend der Krümmung
der Mantelfläche 33 der
Rollen 28a, 28b gewölbt, sodass eine satte Anlage
möglich
ist. Während
die Mantelfläche 33 einen
konvexen Verlauf hat, sind die Beaufschlagungsflächen 46, 47 konkav
geformt.
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Bedingt
dadurch, dass die beiden Rastglieder 42a, 42b mit
unterschiedlichen Rollen 28a, 28b kooperieren,
ergibt sich ein Querversatz zwischen den beiden Befestigungsabschnitten 43 in
der Achsrichtung der Drehachse 32. Der eine Befestigungsabschnitt 43 verläuft in der
Radialebene der ersten Rolle 28a, der andere Befestigungsabschnitt 43 in
der Radialebene der zweiten Rolle 28b.
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Die
Anordnung ist jeweils so getroffen, dass die Beaufschlagungsflächen 46, 47 an
der Mantelfläche 33 der
zugeordneten Rolle anliegen können,
und zwar im Bereich des der benachbarten Austrittsöffnung 36a, 36b zugeordneten
Umfangsabschnittes der betreffenden Rolle 28a, 28b.
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In
den beiden Schaltstellungen des Ventilgliedes 7 kommt die
Drehachse 32 der beiden Rollen 28a, 28b in
Richtung der Umschaltbewegung 8 entweder diesseits oder
jenseits der Rastnocken 45 zu liegen. Dabei ragen die Rastnocken 45 unter
Einnahme einer Verriegelungsstellung in die Bewegungsbahn der in
der gleichen Ebene liegenden Rolle 28a, 28b und
bilden eine Art Riegel, der durch formschlüssigen Kontakt mit der Mantelfläche 33 einen Übergang
der Rollen 28a, 28b zur jeweils anderen Beaufschlagungsfläche verhindert.
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Man
erkennt in 4, wie die Rollen 28a, 28b an
ihrer Mantelfläche 33 von
der ersten Beaufschlagungsfläche 46 beaufschlagt
sind. Gleichzeitig werden die Rollen 28a, 28b von
den Rastnocken 45 hintergriffen. Unter normalen Umständen, wenn
keine Umschaltkraft auf das Ventilglied 7 ausgeübt wird, reicht
die Haltekraft der Rastglieder 42a, 42b aus, um ein
Auslenken 41 der Befestigungsabschnitte 43 und somit
der Rastnocken 45 zu verhindern. Das Ventilglied 7 ist
dadurch in seiner ersten Schaltstellung gesichert.
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Allerdings
reicht die Haltekraft der Befestigungsabschnitte 43 nicht
aus, um der durch Betätigung
einer Vorsteuerventileinheit 3 auf das Ventilglied 7 ausgeübten Umschaltkraft 11 zu
widerstehen. In einem solchen Fall werden die beiden Beaufschlagungsabschnitte 44 durch
die sich axial bewegenden Rollen 28a, 28b auseinandergespreizt,
wobei sie gemäß Doppelpfeil 41 so
lange nach außen
verschwenkt werden, bis die nach außen verdrängte Rastnocke 45 auf
gleicher axialer Höhe
mit der Drehachse 32 liegt und sich folglich im Zenitbereich
der Mantelfläche 33 befindet,
wo diese in Richtung einer zur Längsachse 12 und
zur Drehachse 32 rechtwinkeligen Querachse 48 ihren
größten Abstand
zu der Drehachse 32 aufweist. Diese Stellung sei als Freigabestellung
der Rastnocken 45 bezeichnet.
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Bei
der Weiterbewegung tauchen die Rollen 28a, 28b axial
unter den beiden Rastnocken 45 hindurch, bis sie mit ihrer
Mantelfläche 33 von
der sich anschließenden
zweiten Beaufschlagungsfläche 47 beaufschlagt
sind. Bei diesem Bewegungsabschnitt schwenken die Beaufschlagungsabschnitte 44 und somit
auch die Rastnocken 45 aufgrund ihrer Federvorspannung
wieder zurück
in Richtung des Ventilgliedes 7, bis letztlich wieder eine
Verriegelungsstellung vorliegt, in der die Rollen 28a, 28b von
den Rastnocken 45 in Richtung der Querachse 48 hintergriffen sind.
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Das
Umschalten zurück
aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung findet
mit umgekehrtem Bewegungsablauf statt, wobei auch hier wieder die
beiden Rastnocken 45 einschließlich der zugeordneten Beaufschlagungsabschnitte 44 zunächst aus
ihrer bis dahin eingenommenen Verriegelungsstellung nach außen in die
Freigabestellung verschwenkt werden und anschließend wieder in ihre Verriegelungsstellung
zurückkehren,
nun aber auf der entgegengesetzten Seite der Rollen 28a, 28b.
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Die
federnden Rastglieder 42a, 42b bestehen insbesondere
aus einem Federstahl, könnten aber
auch aus einem federelastischen Kunststoffmaterial hergestellt sein.
Aufgrund der inhärenten
federnden Eigenschaften kann auf gesonderte Federeinrichtungen zur
Beaufschlagung der Rastnocken 45 verzichtet werden. Allerdings
wäre es
theoretisch möglich,
quer beweglich und insbesondere verschwenkbar gelagerte Rastglieder 42a, 42b vorzusehen,
die durch je eine gesonderte Federeinrichtung, beispielsweise eine
Druckfedereinrichtung, in Richtung zur Anlage an einer Rolle 28a, 28b ständig beaufschlagt
sind.
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Bedingt
durch ihre leicht drehbare Lagerung sind die Rollen 28a, 28b in
der Lage, sich beim Übergang
zwischen den beiden Schaltstellungen an den Beaufschlagungsabschnitten 44 der Rastglieder 42a, 42b abzuwälzen. Sie
können
dadurch relativ leicht den von der Rastnocke 45 definierten
Vorsprung überwinden,
wobei es vorteilhaft ist, wenn die Rastnocke 45 nicht scharfkantig,
sondern abgerundet ist. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Beaufschlagungsflächen 46, 47 sanft
in die Oberfläche
der zwischen ihnen befindlichen Rastnocke 45 übergehen.
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Da
sich die beiden Rastglieder 42a, 42b auf diametral
entgegengesetzten Umfangsseiten des Ventilgliedes 7 befinden,
rotieren die von ihnen beaufschlagten Rollen 28a, 28b während der
Umschaltbewegung 8 gegensinnig. Würden beide Rastglieder 42a, 42b auf
ein und dieselbe Rolle einwirken, ergäbe sich ein Bremseffekt, der
vorliegend vermieden wird. Da die Rollen 28a, 28b unabhängig voneinander
rotieren können,
ist auch insofern eine gegenseitige Beeinträchtigung ausgeschlossen, und
es tritt beim Umschalten des Ventils im Bereich der Haltemittel 27 überwiegend
nur Rollreibung auf.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Befestigungsabschnitt 43 dem Steuerabschnitt 22 zugewandt,
während
der Beaufschlagungsabschnitt 44 davon wegweist. Folglich
befindet sich hier die erste Beaufschlagungsfläche 46 am äußeren Endbereich
des Beaufschlagungsabschnittes 44.
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Der
Beaufschlagungsabschnitt 44 ist bei Einnahme der Verriegelungsstellung
zweckmäßigerweise
zumindest in etwa in der Richtung der Umschaltbewegung 8 ausgerichtet.
Er befindet sich jedoch radial näher
beim Ventilglied 7 als der Befestigungsabschnitt 43.
Zwischen Letzterem und dem Beaufschlagungsabschnitt 44 erstreckt
sich daher ein quer zu der Längsachse 12 verlaufender Übergangsabschnitt 52.
Befestigungsabschnitt 43 und Beaufschlagungsabschnitt 44 ragen
von dem Übergangsabschnitt 52 axial
in entgegengesetzte Richtungen weg.
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Die
ventilgehäusefeste
Fixierung der Rastglieder 42a, 42b erfolgt bevorzugt
unter Vermittlung einer in koaxialer Verlängerung an die Führungshülse 6 anschließende Traghülse 53,
die wie die Führungshülse 6 in
dem Hohlraum 5 axial unbeweglich fixiert ist. Letzteres
kann beispielsweise durch ventilgehäusefest verankerte Sicherungsringe
geschehen. Während
die Traghülse 53 exemplarisch
eine eigenständige
Komponente ist, kann sie bei einer anderen Ausführungsform auch fest und insbesondere
einstückig
mit der Führungshülse 6 verbunden
sein.
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Zu
Gunsten einer einfachen Montage sind die in Längsrichtung mehrfach abgewinkelten und/oder
abgebogenen Rastglieder 42a, 42b mit ihrem Befestigungsabschnitt 43 in
eine Aussparung 54 eingehängt, die sich am Außenumfang
der Traghülse 53 befin det.
Hierbei durchgreift jedes Rastglied 42a, 42b mit
seinem Übergangsabschnitt 52 eine
radiale Wanddurchbrechung 55 der Traghülse 53, an die sich
die Aussparung 54 außen
anschließt.
Im Innern der Traghülse 53 umgreift
jedes Rastglied 42a, 42b im Übergangsbereich zwischen dem Übergangsabschnitt 52 und
dem Beaufschlagungsabschnitt 44 einen zu der Drehachse 32 parallelen
Querstift 56, der mit seinen Endabschnitten in der Wandung
der Traghülse 53 verankert
ist. Der Querstift 56 liegt radial etwas außerhalb
der Rollen 28a, 28b und wird vom Beaufschlagungsabschnitt 44 des
zugeordneten Rastgliedes 42a, 42b untergriffen.
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Der
Querstift 56 sorgt somit dafür, dass das Rastglied 42a, 42b stets
sicher eingehängt
bleibt. Gleichzeitig definiert er denjenigen Bereich des Rastgliedes 42a, 42b,
um den der Beaufschlagungsabschnitt 44 bei der Auslenkbewegung 41 verschwenkt wird.
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Es
wäre prinzipiell
möglich,
die Beaufschlagungsflächen 46, 47 so
auszuformen, dass sie beim Zusammenwirken mit einer Rolle 28a, 28b diese über eine
ausreichend große
Winkelerstreckung umschließen,
um allein dadurch eine formschlüssige
Fixierung der betreffenden Schaltstellung hervorzurufen. Da die
beiden Schaltstellungen jedoch, zumindest beim Ausführungsbeispiel,
durch das Zusammenwirken des Ventilgliedes 7 mit gehäusefesten Anschlagflächen 15 hervorgerufen
werden, kann diese Anschlagfunktion in vorteilhafter Weise in die
Verriegelungsfunktion einbezogen werden.
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Konkret
kann dies derart geschehen, dass man die Zuordnung zwischen Rastnocke 45 und
Rolle 28a, 28b so wählt, dass die Rastnocke 45 ungefähr dann
eine Verriegelungsstellung einnimmt, wenn das Ventilglied im Rahmen
seiner Umschaltbewegung 8 an einer Anschlagfläche 15 angelangt
ist. Dadurch ergibt sich der Effekt, dass das Ventilglied durch
das Zusammenwirken von Rastnocke 45 und Rolle 28a, 28b axial
gegen die betreffende Anschlagfläche 15 gedrückt wird
und zuverlässig
seine Schaltstellung beibehält,
bis die der Druckkraft der Rastnocke 45 entgegenwirkende
Umschaltkraft erzeugt wird.
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Auf
diese Weise kann in den beiden Schaltstellungen eine zumindest weitgehend
spielfreie Einspannung des Ventilgliedes zwischen einerseits den Rastnocken 45 und
andererseits der jeweils wirksamen Anschlagfläche 15 erreicht werden.
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Während das
Ausführungsbeispiel
mit zwei Rollen 28a, 28b ausgestattet ist, verfügen die
Haltemittel 27 einer nicht dargestellten Ausführungsform über nur
eine drehbare Rolle. Wegen der hieraus resultierenden Querbelastung
des Ventilgliedes empfiehlt sich eine solche Variante jedoch nur
für Bauformen, bei
denen wegen geringer Beanspruchungen auf relativ geringe Federkräfte zurückgegriffen
werden kann.
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Es
besteht ferner die Möglichkeit,
mehrere Rollen 28a, 28b nicht koaxial anzuordnen,
sondern mit zueinander versetzten Drehachsen, insbesondere mit Abstand
in Richtung der Umschaltbewegung 8. Beispielsweise könnte den
beiden Endbereichen des Ventilgliedes 7 je eine mit einem
Rastglied 42a, 42b kooperierende Rolle zugeordnet
werden.
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Während beim
Ausführungsbeispiel
durch die Haltemittel 27 zwei Schaltstellungen fixiert
werden, ist selbstverständlich
auch eine Bauform möglich,
bei der die Haltemittel zur Fixierung von nur einer Schaltstellung
eingesetzt werden.