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Die
Erfindung betrifft ein UND-Ventil, bei dem zwischen einem Ausgang
und zwei Eingängen eines Ventilgehäuses je einer
von zwei Durchlässen angeordnet ist und diese beiden Durchlässe
von entgegengesetzt orientierten, zueinander koaxialen Ventilsitzen
umrahmt sind, denen jeweils eines von zwei Verschlussgliedern vorgelagert
ist, die in Abhängigkeit von den am Ausgang und an den
beiden Eingängen anstehenden Fluiddrücken mit übereinstimmender
Bewegungsachse zwischen jeweils einer unter Abdichtung des zugeordneten
Durchlasses am zugeordneten Ventilsitz anliegenden Schließstellung
und einer unter Freigabe des zugeordneten Durchlasses vom zugeordneten
Ventilsitz abgehobenen Offenstellung linear bewegbar sind, wobei
zwischen den beiden Verschlussgliedern wirkende Abstützmittel
einen Mindestabstand zwischen den Verschlussgliedern definieren,
sodass niemals beide Verschlussglieder gleichzeitig die Schließstellung
einnehmen können.
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Ein
mit derartigen Merkmalen ausgestattetes Ventil ist aus dem Produktkatalog "Der
Pneumatic-Katalog 97/98", Ausgabe 97/98, 33. Auflage, Festo AG & Co., Seite 11.5/10–2,
bekannt.
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Das
Ventil hat einen Ausgang und zwei Eingänge, wobei an dem
Ausgang immer dann ein Druck ansteht, wenn beide Eingänge
gleichzeitig mit einem Fluiddruck versorgt werden. Bei gleichen
Eingangsdrücken ist die Schaltstellung indifferent, wobei der
Ausgang entweder mit nur einem oder gleichzeitig mit beiden Eingängen
verbunden ist. Die Indifferenz rührt daher, dass die beiden
Verschlussglieder durch ein stößelartiges Verbindungsglied
derart fest miteinander verbunden sind, dass sie stets nur gleichzeitig
und gleichsinnig bewegbar sind und einen Mindestabstand zueinander
aufweisen, der ein gleichzeitiges Verschließen beider Durchlässe
verhindert.
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Das
bekannte UND-Ventil ermöglicht auch eine Entlüftung
des Ausganges. Ist der am Ausgang anstehende Ausgangsdruck höher
als der an den Eingängen anstehende Eingangsdruck, beispielsweise
hervorgerufen durch ein vorgeschaltetes Steuerventil, das die beiden
Eingänge mit der Atmosphäre verbindet, kann das
Fluid vom Ausgang zu den beiden Eingängen zurückströmen.
Hierbei gilt wiederum das oben zu der indifferenten Schaltstellung
Gesagte.
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Aus
der
DE 22 51 963 A ist
ein Logikventil bekannt, das über zwei Ausgänge
und nur einen Eingang verfügt. Hier wird das durch den
ständig offenen Eingang zufließende Druckmedium
wechselweise durch die beiden Ausgänge abgeführt,
wobei der Wechsel immer dann erfolgt, wenn der Eingangsdruck auf
Null zurückgeht oder sich um einen vorgegebenen Wert verringert.
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Durch
die Verwendung eines UND-Ventils kann bei der Ansteuerung eines
Verbrauchers sicherheitsrelevanten Aspekten Rechnung getragen werden.
Auch Schaltungen mit gewisser Logik können unter Verwendung
des UND-Ventils aufgebaut werden. In all diesen Fällen
kann es wünschenswert sein, eine rasche Entlüftung
beziehungsweise Druckentlastung eines an den Ausgang angeschlossenen Verbrauchers
zu ermöglichen. Mit den oben erläuterten Ventilen
lässt sich dies nicht gewährleisten.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen
vorzuschlagen, die bei Verwendung eines UND-Ventils eine rasche
Entlüftung des Ausganges ermöglichen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist bei dem UND-Ventil der eingangs
genannten Art vorgesehen, dass die beiden Verschlussglieder in Richtung
der Bewegungsachse relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind,
derart, dass sie bei bezüglich den Eingangsdrücken
höherem Ausgangsdruck unter Freigabe beider Durchlässe
in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg bewegbar sind, wobei
sich ihr Abstand zueinander über den durch die Abstützmittel
definierten Mindestabstand hinaus vergrößert.
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Auf
diese Weise ist die weiterhin vorhandene UND-Funktion mit der Möglichkeit
einer sehr schnellen Druckentlastung des Ausganges kombiniert. Solange
der Ausgangsdruck niedriger ist als die Eingangsdrücke,
arbeitet das UND-Ventil in konventioneller Weise, wobei die Abstützmittel
verhindern, dass auch bei gleich hohen Eingangsdrücken
nie beide Durchlässe gleichzeitig abgesperrt sind. Der
Ausgang wird dadurch ständig mit Fluid aus einem oder beiden
Eingängen versorgt. Ist der Ausgangsdruck aufgrund einer
erwünschten Druckentlastung höher als die Eingangsdrücke,
kann das ausgangsseitig anstehende Fluid die beiden Verschlussglieder
auseinanderschieben, sodass sich unter gleichzeitigem Öffnen
beider Durchlässe der Abstand zwischen den beiden Verschlussgliedern über
den Mindestabstand hinaus vergrößert. Als Folge
hiervon ergeben sich größere Abstände
zwischen den Verschlussgliedern und den Ventilsitzen, was einen
größeren freigegebenen Strömungsquerschnitt
zur Folge hat, sodass das Fluid über einen insgesamt größeren
Strömungsquerschnitt und mithin schneller zu den Eingängen
abströmen kann. Die Druckentlastung findet kontrolliert
stets über beide Durchlässe hindurch statt, sodass
indifferente Positionen der Verschlussglieder und daraus resultierende
Strömungsunregelmäßigkeiten vermieden
werden.
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Trotz
der erzielbaren Vorteile ermöglicht das erfindungsgemäße
UND-Ventil einen einfachen Aufbau und Zusammenbau und eine Realisierung
mit nur wenigen Bauteilen. Da beim Druckentlastungsvorgang keines
der Verschlussglieder gegen den zugeordneten Ventilsitz prallt,
werden die Komponenten des Ventils zudem weniger stark beansprucht, was
eine lange Lebensdauer verspricht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Zweckmäßigerweise
ist das Ventil so ausgelegt, dass die beiden Verschlussglieder zur
Druckentlastung des Ausganges durch das über den Ausgang zurückströmende
Fluid in eine Entlastungsstellung bewegbar sind, in der der Abstand
jedes Verschlussgliedes zum zugeordneten Ventilsitz größer
ist verglichen mit einem Zustand, bei dem der Mindestabstand zwischen
den beiden Verschlussgliedern vorliegt und das andere Verschlussglied
an dem ihm zugeordneten Ventilsitz anliegt. Dies ermöglicht
eine besonders starke Vergrößerung des Druckentlastungsquerschnittes
und mithin besonders kurze Druckentlastungszeiten. Wird das UND-Ventil
mit Druckluft betrieben, können die Entlastungsstellungen
als Entlüftungsstellungen bezeichnet werden.
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Die
Entlastungsstellung der Verschlussglieder wird zweckmäßigerweise
durch eine fest mit dem Ventilgehäuse verbundene Anschlagfläche
vorgegeben, die beispielsweise an einem Abschlussdeckel ausgebildet
ist, der eine das Verschlussglied aufnehmende Steuerkammer an der
dem Ventilsitz entgegengesetzten Seite begrenzt.
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Die
beiden Verschlussglieder sind insbesondere kolbenförmig
ausgebildet. Zur Führung in der sie aufnehmenden Steuerkammer
können sie am Außenumfang in der Umfangsrichtung
verteilte Führungsrippen aufweisen, zwischen denen Strömungsspalte
für das zwischen dem Auslass und dem zugeordneten Einlass überströmende
Fluid definiert sind.
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Bei
einer besonders kostengünstigen Ausführungsform
bestehen die Verschlussglieder aus einem Material mit gummielastischen
Eigenschaften, beispielsweise Gummi oder ein Elastomermaterial.
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Die
den Mindestabstand vorgebenden Abstützmittel bestehen zweckmäßigerweise
aus einem sich koaxial zwischen den beiden Verschlussgliedern erstreckenden
Abstützstößel, der die beiden Durchlässe
axial verschiebbar durchsetzt. Er kann in unterschiedlichen Varianten
mit den Verschlussgliedern zusammenwirken.
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Besteht
der Abstützstößel aus nur einem Teil,
kann die gewünschte relative axiale Beweglichkeit dadurch
realisiert werden, dass mindestens eines und vorzugsweise beide
Verschlussglieder in Richtung der Bewegungsachse relativ zu dem
Abstützstößel bewegbar sind. Bei im Vergleich
zum Ausgangsdruck höheren Eingangsdrücken können somit
beide Verschlussglieder axial gegen den Abstützstößel
gedrückt werden, der hierbei wie eine Strebe arbeitet und
die beiden Verschlussglieder auf dem geforderten Mindestabstand
hält. Bei umgekehrten Druckverhältnissen kann
sich das bezüglich des Abstützstößels
bewegliche Verschlussglied axial vom Abstützstößel
entfernen. Wenn Letzteres auf beide Verschlussglieder zutrifft,
verbleibt der Abstützstößel zweckmäßigerweise
in einer gleichzeitig beide Durchlässe durchsetzenden Position,
sodass er nicht aus- und eingefädelt werden muss.
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Es
wäre gleichwohl eine Bauform möglich, bei der
der Abstützstößel mit einem der Verschlussglieder
axial fest verbunden ist und nur das andere Verschlussglied eine
axiale Relativbewegung bezüglich des Abstützstößels
ausführen kann. Hier macht dann der Abstützstößel
die Bewegung des fest an ihm angeordneten Verschlussgliedes stets
mit.
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Insbesondere
wenn beide Verschlussglieder unabhängig vom Abstützstößel
ausgebildet und angeordnet sind, ist eine Linear führung
des Abstützstößels bezüglich
des Ventilgehäuses zweckmäßig. Hierbei
empfiehlt es sich, am Außenumfang des Abstützstößels über
den Umfang verteilte, längsverlaufende Führungsrippen
vorzusehen, wobei die Zwischenräume zwischen den Führungsrippen
das Hindurchströmen des Fluides bei freigegebenem Durchlass
gestatten.
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Ist
ein Verschlussglied bezüglich des Abstützstößels
separat ausgebildet, kann die Ausgestaltung so getroffen sein, dass
die beiden Komponenten stirnseitig aneinander zur Anlage gelangen können,
ohne axial ineinander einzutauchen. Dies ermöglicht eine
besonders einfache Herstellung der Bauteile.
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Eine
ebenfalls mögliche Ausführungsform sieht vor,
dass der Abstützstößel und das diesbezüglich
bewegbare Verschlussglied unabhängig von ihrer axialen
Relativposition stets mehr oder weniger weit ineinander eintauchen.
Hierzu kann der Abstützstößel stirnseitig
einen Führungsfortsatz aufweisen, der gleitverschieblich
in das ihm gegenüberliegende Verschlussglied eintaucht.
Die Anordnung kann auch umgekehrt sein. Da der Abstützstößel
in diesen Fällen ständig von den Verschlussgliedern
getragen ist, erübrigt sich für ihn eine gesonderte
Linearführung bezüglich des Ventilgehäuses,
und er kann beispielsweise als einfacher zylindrischer Stößel
ausge bildet sein, dessen Querschnitt geringer ist als derjenige der
beiden Durchlässe.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform ist der Abstützstößel
zweiteilig ausgebildet und enthält zwei separate Stößelabschnitte,
die jeweils an einem der beiden Verschlussglieder angeordnet sind
und zueinander hinragen. Hier bilden dann zweckmäßigerweise
die einander zugewandten Stirnflächen der Stößelabschnitte
die zur Wahrung des Mindestabstandes aneinander anliegenden Abstützflächen.
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Die
beiden Stößelabschnitte können prinzipiell
unterschiedlich lang ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise
wird jedoch ein Längenverhältnis dahingehend gewählt,
dass die miteinander kooperierenden Abstützflächen
stets axial innerhalb des von den beiden Ventilsitzen begrenzten
Bereiches liegen. Aus Kostengründen empfiehlt sich eine
identische Ausbildung und Baulänge der beiden Stößelabschnitte.
Je ein Stößelabschnitt und ein Verschlussglied
können dann als identisch gestaltete Baueinheiten ausgeführt
sein, sodass sich die Herstellung auf eine einzige Art von Komponente
beschränkt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 ein
bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
UND-Ventils im Längsschnitt und in einem Betriebszustand,
bei dem die beiden Eingangsdrücke höher sind als
der Ausgangsdruck, sodass Fluid von den beiden Eingängen zum
Ausgang überströmt,
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2 das
UND-Ventil aus 1 in einer Betriebsphase der
Druckentlastung des Ausganges, wobei Fluid vom Ausgang zu beiden
Eingängen zurückströmt,
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3 eine
modifizierte Bauform des UND-Ventils im Längsschnitt und
in einer mit 1 vergleichbaren Betriebsphase
und
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4 das
UND-Ventil aus 3 in der Phase der Druckentlastung
vergleichbar dem aus 2 ersichtlichen Betriebszustand.
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Das
in der Zeichnung insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete
UND-Ventil wird in der folgenden Beschreibung zur Vereinfachung
auch nur als "Ventil" bezeichnet.
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Das
Ventil 1 verfügt über ein Ventilgehäuse 2,
in dem eine längliche Ausnehmung 3 mit einer Längsachse 4 ausgebildet
ist. Die Ausnehmung 4 erstreckt sich zweckmäßigerweise
in ei nem Gehäusehauptkörper 5, wobei
sie an ihren einander entgegengesetzten Stirnseiten durch je einen
am Gehäusehauptkörper 5 unter Abdichtung
befestigten Abschlussdeckel 6 axial begrenzt ist.
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Die
Ausnehmung 4 enthält einen mittleren Längenabschnitt 7,
in den ein zu einem von außen her zugänglichen
Ausgang A führender Ausgangskanal 12 des Ventilgehäuses 2 einmündet.
An diesen mittleren Längenabschnitt 7 schließt
sich axial beidseitig je ein im Querschnitt größerer äußerer
Längenabschnitt der Ausnehmung 4 an, der im Folgenden als
erste beziehungsweise zweite Steuerkammer 13a, 13b bezeichnet
sei.
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Der Übergang
zwischen dem mittleren Längenabschnitt 7 und der
ersten Steuerkammer 13a ist durch einen axial orientierten
ersten Durchlass 14a definiert. Ein zu dem ersten Durchlass 14a koaxialer zweiter
Durchlass 14b bildet den Übergang zwischen dem
mittleren Längenabschnitt 7 und der zweiten Steuerkammer 13b.
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Der
erste Durchlass 14a ist von einem axial zur sich anschließenden
ersten Steuerkammer 13a weisenden ersten Ventilsitz 15a umrahmt.
Ein entgegengesetzt orientierter, zur zweiten Steuerkammer 13b hin
weisender Ventilsitz 15b umrahmt den zweiten Durchlass 14b.
Beide Ventilsitze 15a, 15b sind fest am Ventilgehäuse 2 angeordnet.
Sie weisen in der Achsrichtung der Längsachse 4 in
einander entgegengesetzte Richtungen. Ihre Längsachsen
wie auch die Längsachsen der beiden Durchlässe 14a, 14b sind
mit der Längsachse 4 der Ausnehmung 3 identisch.
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Die
erste Steuerkammer 13a steht über einen ersten
Eingangskanal 18a ständig mit einem am Ventilgehäuse 3 ausgebildeten
ersten Eingang E1 in Verbindung. In vergleichbarer Weise kommuniziert die
entgegengesetzte zweite Steuerkammer 13b über
einen zweiten Eingangskanal 18b mit einem von dem ersten
Eingang E1 unabhängigen zweiten Eingang E2 am Ventilgehäuse 3.
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Die
beiden Steuerkammern 13a, 13b sind jeweils axial
einenends vom dortigen Durchlass 14a, 14b begrenzt
und axial andernends vom jeweils einen der beiden Abschlussdeckel 6.
Die Eingangskanäle 18a, 18b münden
bevorzugt seitlich in die zugeordnete Steuerkammer 13a, 13b ein,
und zwar zweckmäßigerweise in einem Bereich, der
näher zum Abschlussdeckel 6 liegt als zum Durchlass 14a, 14b.
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Koaxial
in der Ausnehmung 3 erstreckt sich ein in seiner Gesamtheit
mit Bezugsziffer 19 bezeichnetes mehrteiliges längliches
Ventilglied, das in der Lage ist, in Abhängigkeit von seiner
Schaltstellung die Fluidverbindung zwischen dem Aus gang A und den
beiden Eingängen E1, E2 zu steuern. Die Fluidsteuerung
ist in beiden Strömungsrichtungen möglich.
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Während
der aus 1 und 3 ersichtlichen
Arbeitsphase wird über die beiden Eingänge E1,
E2 jeweils ein fluidisches Druckmedium eingespeist, bei dem es sich
vorzugsweise um Druckluft handelt. Andere unter Druck stehende Fluide
sind aber ebenfalls verwendbar. Das eingangsseitig einströmende
Druckmedium gelangt durch einen oder beide Durchlässe 14a, 14b hindurch
zum Ausgang A und von dort zu einem angeschlossenen Verbraucher,
beispielsweise ein mittels Fluidkraft betätigbarer Antrieb.
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In
einer aus 2 und 4 ersichtlichen Druckentlastungsphase
des Ventils 1 sind die beiden Eingänge E1, E2
durch eine nicht weiter gezeigte Steuerventileinrichtung mit einer
Drucksenke verbunden, bei der es sich im Falle von Druckluft um
die Atmosphäre handelt und im Falle eines hydraulischen Fluides
um einen Tank. Jedenfalls sind die an den beiden Eingängen
E1, E2 herrschenden Eingangsdrücke dann geringer als der
am Ausgang A herrschende Ausgangsdruck, sodass das Druckmedium vom
angeschlossenen Verbraucher über den Ausgang A und die
beiden Durchlässe 14a, 14b zu den Eingängen
E1, E2 zurückströmen kann, um abgeführt
zu werden. Gepunktete Pfeile in der Zeichnung deuten die jeweilige
Fluidströmung an.
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Das
Ventilglied 19 verfügt über ein in der
ersten Steuerkammer 13a angeordnetes erstes Verschlussglied 22a und
ein diesbezüglich separates zweites Verschlussglied 22b,
das in der zweiten Steuerkammer 13b angeordnet ist. Diese
Verschlussglieder 22a, 22b sind in Richtung einer
mit der Längsachse 4 zusammenfallenden Bewegungsachse 23 relativ
zueinander bewegbar und insbesondere verschiebbar. Hierbei können
sie entweder eine am zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b anliegende Schließstellung
einnehmen – in 1 strichpunktiert bei 24 angedeutet – oder
eine vom zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b abgehobene
Offenstellung. Die Bewegung ist eine Linearbewegung.
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In
der Schließstellung hat das Verschlussglied 22a, 22b den
zugeordneten Durchlass 14a, 14b unter Abdichtung
abgesperrt. Es ist dann kein Fluidübertritt zwischen dem
mittleren Längenabschnitt 7 und der betreffenden
ersten oder zweiten Steuerkammer 13a, 13b möglich.
In der Offenstellung ist der betreffende Durchlass 14a, 14b hingegen
freigegeben, sodass das Fluid zwischen dem mittleren Längenabschnitt 7 und
der betreffenden Steuerkammer 13a, 13b überströmen
kann.
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Beim
Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Verschlussglieder 22a, 22b insgesamt
aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften. Dies ermöglicht
eine einfache Herstel lung und garantiert gleichzeitig eine hohe
Dichtqualität im Zusammenwirken mit dem gehäuseseitigen
Ventilsitz 15a, 15b. Allerdings wäre
es prinzipiell möglich, die Verschlussglieder 22a, 22b in
Gestalt eines starren Körpers auszubilden, der einen mit
dem zugeordneten Dichtsitz 15a, 15b zusammenwirkenden
Dichtungsabschnitt trägt.
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Axial
zwischen den beiden Verschlussgliedern 22a, 22b erstrecken
sich ebenfalls zu dem Ventilglied 19 gehörende
Abstützmittel 25. Sie sind vorgesehen, um einen
axialen Mindestabstand "a" zwischen den beiden Verschlussgliedern 22a, 22b zu definieren.
Näher als dieser Mindestabstand "a" können sich
die beiden Verschlussglieder 22a, 22b nicht aneinander
annähern. Der Mindestabstand "a" ist größer
als der axiale Abstand zwischen den beiden Ventilsitzen 15a, 15b und
gewährleistet, dass zu keiner Zeit beide Verschlussglieder 22a, 22b gleichzeitig
die Schließstellung einnehmen können. Befindet sich
das eine Verschlussglied 22a oder 22b in der Schließstellung,
ist das andere Verschlussglied 22b, 22a durch
die Abstützmittel 25 auf Abstand vom zugeordneten
Ventilsitz 15b, 15a gehalten, sodass hier eine
Offenstellung vorliegt. Der Mindestabstand garantiert auch einen
aus 1 und 3 ersichtlichen Zustand, bei
dem beide Verschlussglieder 22a, 22b gleichzeitig
vom zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b abgehoben
sind und eine Offenstellung einnehmen.
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Eine
Besonderheit der Abstützmittel 25 besteht darin,
dass sie ein gegenseitiges Entfernen der beiden Verschlussglieder 22a, 22b unter
Vergrößerung ihres Abstandes über den
Mindestabstand "a" hinaus zulassen. Die Verschlussglieder 22a, 22b können
also Relativpositionen zueinander einnehmen, in denen ihr gegenseitiger
Abstand größer ist als der Mindestabstand "a".
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Die
Schaltstellung des Ventilgliedes 19 beziehungsweise der
Verschlussglieder 22a, 22b wird durch die Druckdifferenz
zwischen dem Ausgangsdruck A und den Eingangsdrücken E1,
E2 bestimmt beziehungsweise aus den aus diesen Fluiddrücken resultierenden
fluidischen Betätigungskräften. Die Eingangsdrücke
E1, E2 beaufschlagen die axial nach außen orientierten,
gleich großen äußeren Beaufschlagungsflächen 26 der
Verschlussglieder 22a, 22b, während der
Ausgangsdruck auf die ihrerseits untereinander gleich großen,
axial entgegengesetzten und dem mittleren Längenabschnitt 7 zugewandten
inneren Beaufschlagungsflächen 27 der Verschlussglieder 22a, 22b einwirkt.
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Wird
während der Arbeitsphase gemäß 1 und 3 an
den beiden Eingängen E1, E2 unter dem gleichen Eingangsdruck
stehendes Fluid eingespeist, wirken wegen des geringeren Ausgangsdruckes
an jedem Verschlussglied 22a, 22b resultierende fluidische
Stellkräfte in Richtung der Schließstellung. Da
diese wegen der gleich hohen Eingangsdrücke ebenfalls gleichgroß sind,
kann sich die aus 1 und 3 in durchgezogenen
Linien ersichtliche indifferente beziehungsweise labile Schaltstellung
des Ventilgliedes 19 ausbilden, in der beide Durchlässe 14a, 14b offen
sind. Geringfügige Druckschwankungen können allerdings
zur Folge haben, dass das Ventilglied 19 "flattert" und
seine Schaltstellung laufend ändert, wobei dann abwechselnd
das jeweils eine Verschlussglied die Schließstellung und
das jeweils andere Verschlussglied die Offenstellung einnimmt. In 1 ist
bei 24 eine hierbei von dem einen Verschlussglied 22a eingenommene
Schließstellung angedeutet, während bei 24a die
hier gleichzeitig vom anderen Verschlussglied 22b eingenommene
Offenstellung angedeutet ist. Auf jeden Fall wird hierbei der Ausgang
A von einem oder von beiden Eingängen E1, E2 mit Druckmedium gespeist.
Die Abstützmittel 25 verhindern durch die Vorgabe
des Mindestabstandes "a", dass beide Eingänge E1, E2 gleichzeitig
vom Ausgang A abgetrennt sind.
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Sind
die beiden Eingänge E1, E2 während der Druckentlastungsphase
gemäß 2 und 4 nurmehr
mit Atmosphärendruck beaufschlagt, ändern sich
die Druckverhältnisse zu Gunsten des dann höheren
Ausgangsdruckes, und beide Verschlussglieder 22a, 22b werden
mit einer nach axial außen orientierten re sultierenden
fluidischen Stellkraft beaufschlagt, aufgrund derer sie sich in
entgegengesetzte Richtungen voneinander weg nach axial außen
bewegen. Hierbei vergrößert sich ihr gegenseitiger
Abstand bis zu einem verglichen mit dem Mindestabstand "a" größeren
Maximalabstand "b", der aus 2 und 4 ersichtlich
ist.
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Der
Maximalabstand "b" resultiert daraus, dass beide Verschlussglieder 22a, 22b so
weit nach axial außen verlagert werden, wie es die beiden Steuerkammern 13a, 13b zulassen.
Die entsprechende Axialposition der Verschlussglieder 22a, 22b sei
als "Entlastungsstellung" bezeichnet und ist dadurch definiert,
dass das betreffende Verschlussglied 22a, 22b an
einer gehäusefesten Anschlagfläche 28 zur
Anlage gelangt. Diese Anschlagfläche 28 ist beim Ausführungsbeispiel
von der dem Verschlussglied 22a, 22b axial zugewandten
Innenfläche eines jeweiligen Abschlussdeckels 6 gebildet.
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Wie
ein Vergleich zwischen 2 und 1 sowie
zwischen 4 und 3 deutlich
macht, kann in der Entlastungsstellung der Abstand jedes Verschlussgliedes 22a, 22b zum
zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b wesentlich größer
ausfallen, als wenn auch beim Entlastungsvorgang der Mindestabstand "a"
eingehalten wäre. Es wird also für den Entlastungs-beziehungsweise
Entlüftungsvorgang ein wesentlich größerer
Strömungsquer schnitt freigegeben als während der
Arbeitsphase, mit der Folge einer sehr raschen Druckentlastung am
Ausgang A.
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Bedingt
dadurch, dass die beiden Verschlussglieder 22a, 22b unabhängig
voneinander nach axial außen, vom zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b weg,
bewegbar sind, erreicht man beim Entlastungsvorgang auch den Effekt,
dass stets beide Verschlussglieder 22a, 22b in
eine Entlastungsstellung verlagert werden. Dies ermöglicht
eine stets definierte Druckentlastung aus dem Ausgang A durch beide offenen
Durchlässe 14a, 14b hindurch zu beiden
Eingängen E1, E2.
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Obgleich
es prinzipiell möglich wäre, die Verschlussglieder 22a, 22b zumindest
partiell als Membranelemente auszuführen, ist es vorteilhaft,
wenn, wie abgebildet, eine kolbenförmige Gestaltung gewählt
ist. Die Verschlussglieder 22a, 22b können dann
in der zugeordneten Steuerkammer 13a, 13b in der
Achsrichtung der Bewegungsachse 23 linear verschoben werden.
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Bei
dem in 1 und 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel
sind die Verschlussglieder 22a, 22b gänzlich
unabhängig von den Abstützmitteln 25 ausgebildet.
Daher ist es hier besonders zweckmäßig, die Verschlussglieder 22a, 22b in
der zugeordneten Steuerkammer 13a, 13b linear
verschiebbar geführt anzuordnen. Dies geschieht dadurch,
dass die Verschlussglie der 22a, 22b in Umfangsrichtung
entlang ihres Außenumfanges verteilt mit sich axial erstreckenden
Führungsrippen 32 versehen sind, die mit ihren
nach radial außen weisenden Flächen gleitverschieblich
an der Mantelfläche der zugeordneten Steuerkammer 13a, 13b anliegen.
Die zwischen den Führungsrippen 32 verbleibenden
Zwischenräume definieren Strömungskanäle 33,
die es dem Fluid trotz der geführten Verschlussglieder 22a, 22b ermöglichen,
am Verschlussglied 22a, 22b vorbeizuströmen,
um zwischen einer Steuerkammer 13a, 13b und dem
mittleren Längenabschnitt 7 überzuströmen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 sind
die Verschlussglieder 22a, 22b in gleicher Weise
gestaltet, wenngleich hier eine gesonderte radiale Abstützung
der Verschlussglieder 22a, 22b nicht zwingend
erforderlich wäre, weil selbige über die besonders
ausgestalteten Abstützmittel 25 bewerkstelligt
wird. Die Verschlussglieder 22a, 22b könnten
daher einfach im Außendurchmesser ausreichend weit reduziert
werden, um das Vorbeiströmen des Fluides zu ermöglichen.
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Den
Abstützmitteln 25 beider Ausführungsbeispiele
ist gemeinsam, dass sie von einem sich koaxial zwischen den beiden
Verschlussgliedern 22a, 22b erstreckenden Abstützstößel 34 ge bildet
sind, der die beiden Durchlässe 14a, 14b,
insbesondere koaxial, in axial bewegbarer Weise durchsetzt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind
die beiden Verschlussglieder 22a, 22b und der
Abstützstößel 34 als drei gesonderte,
voneinander unabhängige Bauteile ausgeführt. Der
Abstützstößel 34 ist ein einteiliger,
vorzugsweise aus einem Stück bestehender länglicher
Körper. Seine Länge ist so gewählt, dass
er sich über die gesamte Länge des mittleren Längenabschnittes 7 erstreckt und
gleichzeitig durch beide Durchlässe 14a, 14b hindurch
ein Stück weit in die sich anschließende Steuerkammer 13a, 13b hineinragen
kann.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Länge
des Abstützstößels 34 dem Mindestabstand
"a". Die den beiden Verschlussgliedern 22a, 22b axial
zugewandten Stirnflächen des Abstützstößels 34 bilden
eine erste beziehungsweise zweite Abstützfläche 35a, 35b,
an der das gegenüberliegende Verschlussglied 22a, 22b mit
seiner die innere Beaufschlagungsfläche 27 definierenden
Stirnfläche anliegen kann. Der Abstützstößel 34 und
die Verschlussglieder 22a, 22b tauchen also zu
keiner Zeit axial ineinander ein und können sich folglich
auch nicht gegenseitig radial beaufschlagen.
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Aus
diesem Grund ist es von Vorteil, wenn der Abstützstößel 34 unabhängig
von den beiden Verschlussgliedern 22a, 22b im
Ventilgehäuse 2 linear verschiebbar geführt
ist. Diese Linearführung findet insbesondere im Bereich
der beiden Durchlässe 14a, 14b statt.
Hierzu kann der Abstützstößel 34 an seinem
Außenumfang mehrere in Umfangsrichtung verteilte, parallel
zur Bewegungsachse 23 verlaufende Führungsrippen 36 aufweisen,
deren nach radial außen weisenden Abschlussflächen
als Gleitflächen fungieren, die an den Mantelflächen
der beiden Durchlässe 14a, 14b derart
anliegen, dass der Abstützstößel 34 radial
abgestützt und zugleich linear verschiebbar geführt
ist.
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Wie
schon bei den Verschlussgliedern 22a, 22b bilden
die Zwischenräume zwischen den Führungsrippen 36 nutartige
Strömungskanäle 37, die es dem Fluid
ermöglichen, den Abstützstößel 34 zu
passieren, wenn einer oder beide Durchlässe 14a, 14b freigegeben
sind.
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Indem
beide Verschlussglieder 22a, 22b in Richtung der
Bewegungsachse 23 relativ zueinander und relativ zu dem
Abstützstößel 34 bewegbar sind, ohne
unter Ausübung einer Querabstützung axial ineinander
einzugreifen, ist das Ventil sehr unempfindlich gegen Fertigungs-
und Montagetoleranzen. Auch bei nicht exakt koaxialer Ausrichtung
der drei Komponenten 22a, 22b, 34 ist
ein Verklemmen im Ventilgehäuse 2 ausgeschlossen,
weil rechtwinkelig zu der Bewegungsachse 23 relative Ausgleichsbewegungen
möglich sind.
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In 1 ist
gepunktet bei 34b eine leicht modifizierte Bauform des
Abstützstößels angedeutet. Er verfügt
hier an seinen beiden Stirnseiten über je einen im Querschnitt
gegenüber dem sich anschließenden Längenabschnitt
verringerten koaxialen Führungsfortsatz 38, der
gleitverschieblich in eine im Querschnitt angepasste axiale Ausnehmung 42 des sich
anschließenden Verschlussgliedes 22a, 22b eintaucht.
Die axiale Überlappung ist hierbei so gewählt, dass
sich in jeder Relativposition ein axialer Eingriff ergibt. Da die
Verschlussglieder 22a, 22b über die Führungsrippen 32 im
Ventilgehäuse 2 geführt sind, kann somit
auf die eben erwähnte gesonderte Linearführung
für den Abstützstößel 34b verzichtet
werden. Dieser kann, wie angedeutet, einen geringeren Durchmesser
als die beiden Durchlässe 14a, 14b aufweisen
und im Anschluss an die beiden Führungsfortsätze 38 als
einfacher zylindrischer Körper ausgebildet sein. In der
gewünschten Lage wird er durch den axialen Eingriff in
die beiden Verschlussglieder 22a, 22b gehalten.
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Als
mit den Verschlussgliedern 22a, 22b zusammenwirkende
erste und zweite Abstützflächen 35a, 35b fungieren
hier die den Übergang zwischen den Führungsfortsätzen 38 und
dem sich anschließenden Längenabschnitt größeren
Durchmessers definierenden Schultern am Abstützstößel 34b.
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Es
wäre auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei
der die Führungsfortsätze 38 an den Verschlussgliedern 22a, 22b angeordnet
sind und in axiale Ausnehmungen des Abstützstößels 34b eintauchen.
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Wenn
eine gegenseitige radiale Abstützung zwischen den Verschlussgliedern 22a, 22b und
dem Abstützstößel 34b gegeben
ist, kann auch vorgesehen sein, die Führungsaufgaben zu
vertauschen, sodass nur der Abstützstößel 34b in
den Durchlässen 14a, 14b geführt
ist, während zwischen den Verschlussgliedern 22a, 22b und
dem Ventilgehäuse 2 ein radiales Spiel vorhanden
ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist
der Abstützstößel 34 zweiteilig
ausgebildet und enthält zwei koaxial aufeinanderfolgend
angeordnete, eigenständige Stößelabschnitte 43a, 43b, die
jeweils mit einem der beiden Verschlussglieder 22a, 22b axial
fest verbunden sind. Bevorzugt ist das Ventilglied 19 hier
in zwei Ventilgliedhälften 19a, 19b unterteilt,
die sich jeweils aus einem Verschlussglied 22a, 22b und
einem Stößelabschnitt 43a, 43b zusammensetzen.
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Von
Vorteil ist hierbei, dass die beiden Ventilgliedhälften 19a, 19b identisch
ausgebildet sein können und somit eine einfache Herstellung
möglich ist. Es ist denkbar, den Stößelabschnitt 43a, 43b in
einem Stück mit zumindest einem Grundkörper des Verschlussgliedes 22a, 22b auszubilden,
sodass nur noch eine separate flexible Dichtfläche zum
Zusammenwirken mit den Ventilsitzen 15a, 15b aufgebracht werden
muss.
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Da
zwischen dem Verschlussglied 22a, 22b und dem
zugeordneten Stößelabschnitt 43a, 43b keine
axialen Zugkräfte übertragen werden müssen, kann
ein aus gummielastischem Material bestehendes Verschlussglied 22a, 22b bei
Bedarf auch im Rahmen einer einfachen Rastverbindung am zugeordneten
Stößelabschnitt 43a, 43b fixiert
sein.
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Die
beiden Stößelabschnitte 43a, 43b ragen ausgehend
vom zugeordneten Verschlussglied 22a, 22b durch
den sich anschließenden Durchlass 14a, 14b in
den mittleren Längenabschnitt 7 der Ausnehmung 3 hinein.
Ihre einander zugewandten Stirnflächen bilden dabei erste
und zweite Abstützflächen 35a, 35b,
die bei gegenseitiger Anlage den Mindestabstand "a" für
die beiden Verschlussglieder 22a, 22b definieren.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Längenabmessungen der Stößelabschnitte 43a, 43b so
gewählt sind, dass die einander zugewandten Abstützflächen 35a, 35b unabhängig
von der Axialposition des zugeordneten Verschlussgliedes 22a, 22b innerhalb
des von den beiden Ventilsitzen 15a, 15b begrenzten
axialen Bereiches liegen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Stößelabschnitte 43a, 43b zu
keiner Zeit vollständig aus den beiden Durchlässen 14a, 14b herausbewegt
werden. Nimmt ein Verschlussglied 22a, 22b die
Entlastungsstellung ein, taucht der zugeordnete Stößelabschnitt 43a, 43b auf
jeden Fall noch ein Stück weit in den zugeordneten Durchlass 14a, 14b hinein.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 sind
sowohl die beiden Verschlussglieder 22a, 22b als
auch die beiden Stößelabschnitte 43a, 43b mit
Führungsrippen 32, 36 der oben geschilderten
Art versehen, um eine Führung und Querabstützung
zwischen dem Ventilgehäuse 2 und sowohl dem Verschlussglied 22a, 22b als
auch dem Stößelabschnitt 43a, 43b zu
erhalten. Man könnte aber die Anordnung auch so treffen,
dass nur das Verschlussglied 22a, 22b oder der
Stößelabschnitt 43a, 43b gegenüber
dem Ventilgehäuse 2 unmittelbar geführt
ist.
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Befinden
sich die Verschlussglieder 22a, 22b in der Entlastungsstellung,
gewährleisten die Strömungskanäle 33,
dass im Anschluss an die Druckentlastungsphase an den Eingängen
E1, E2 eingespeistes Druckmedium zu den äußeren
Beaufschlagungsflächen 26 gelangen kann, um die
Verschlussglieder 22a, 22b wieder auf den Mindestabstand
"a" zusammenzuschieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - "Der Pneumatic-Katalog
97/98", Ausgabe 97/98, 33. Auflage, Festo AG & Co., Seite 11.5/10–2 [0002]