DE102007052388A1

DE102007052388A1 - Mehrwegeschieberventil

Info

Publication number: DE102007052388A1
Application number: DE200710052388
Authority: DE
Inventors: Frédéric Pegaz; Frédéric Thovex
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Mehrwegeschieberventil zum Schalten eines Druckmittelflusses zwischen an einem Ventilgehäuse (1) angeordneten äußeren Anschlüssen, umfassend mindestens einen Arbeitsanschluss A, einen Speisedruckanschluss P und mindestens einen Entlüftungsanschluss R, mit einem einseitig über einen Steuerdruck S beaufschlagbaren Ventilschieber (2), wobei der Ventilschieber (2) mit einer Längsbohrung (9) versehen ist, welche eine an dem zur Beaufschlagung mit Steuerdruck S gegenüberliegenden Ende gehäuseseitig ausgebildete Kammer (7) über einen Teil des Rückstellweges mit dem Arbeitsanschluss A verbindet, um die Rückstellbewegung des Ventilschiebers (2) zu beschleunigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrwegeschieberventil zum Schalten eines Druckmittelflusses zwischen an einem Ventilgehäuse angeordneten äußeren Anschlüssen, umfassend mindestens einen Arbeitsanschluss A, einen Speisedruckanschluss P und mindestens einen Entlüftungsanschluss R, mit einem endseitig über einen Steuerdruck S beaufschlagbaren Ventilschieber.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf pneumatische Systeme, bei welchen Mehrwegeschieberventile – die meist baulich in Ventileinheiten zusammengefasst sind – zum Schalten eines Druckmittelflusses ausgehend von einem elektrisch angesteuerten Pilotventil unter Zuhilfenahme eines pneumatischen Steuerdrucks zum Einsatz kommen. Mit dem Steuerdruck wird der Ventilschieber in eine von der Ausgangsposition verschiedenen Schaltposition gebracht. Die Rückstellung erfolgt meist über eine integrierte Rückstellfeder. Mehrwegeschieberventile der hier interessierenden Art verhalten sich insoweit monostabil. Vorzugsweise lassen sich hiermit 3/2- und 5/2-Ventilfunktionen realisieren.
Aus der DE 100 14 435 A1 geht ein gattungsgemäßes Mehrwegeschieberventil hervor. In einer innerhalb des Ventilgehäuses ausgebildeten Ventilbohrung ist ein Ventilschieber untergebracht, der zum Schalten des Druckmittelflusses zwischen fünf äußeren Anschlüssen hierin axial bewegbar angeordnet ist. Zum stirnseitigen Verschließen der Ventilbohrung ist zu beiden Enden je eine Verschlusskappe vorgesehen. Über einen einzigen stirnseitigen Steuerkolben lässt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Ventilschieber axial in die gewünschte Schaltposition bewegen. Der Steuerkolben ist in einer Steuerkammer angeordnet, welche in Fortsetzung der Ventilbohrung ausgebildet ist. In einer am gegenüberliegenden Ende der Steuerkammer im Ventilgehäuse ausgebildeten weiteren Kammer ist eine Rückstellfeder angeordnet, welche den Ventilschieber vom gegenüberliegenden Ende her federbeaufschlagt, um diesen in seine Ausgangsposition bei entlüfteter Steuerkammer zu bewegen.
Bei derartigen Mehrwegeschieberventilen ist der Ventilschieber mit einer Vielzahl von Dichtringen versehen, um gegenüber der Schieberbohrung abdichtend die verschiedenen Anschlüsse voneinander zu trennen. Ferner ist auch der Steuerkolben gegenüber der Steuerkammer über einen Dichtring dynamisch abgedichtet. Aufgrund des großen Durchmessers insbesondere des letztgenannten Dichtrings wird bei längeren Stillstandszeiten des Ventilschiebers eine hohe Haftreibung aufgebaut, welche dann überwunden werden muss, wenn der Ventilschieber über eine Steuerdruckbeaufschlagung in die andere Schaltstellung bewegt wird. Auch bei der Rückstellung muss die Reibung sämtlicher Dichtringe des Ventilschiebers durch die Rückstellfeder überwunden werden, welche andererseits mit möglichst geringer Federkraft dimensioniert wird, da die Federkraft der Rückstellfeder während der Schaltbewegung durch den Steuerdruck zusätzlich zu überwinden ist. Andererseits darf die Rückstellfeder auch nicht zu schwach ausgeführt sein, um die Rückstellung des Ventilschiebers in die Ausgangsposition zuverlässig sicherzustellen. Hierbei sind möglichst geringe Schaltzeiten gewünscht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrwegeschieberventil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, dessen Ventilschieber sich schnell mit einfachen Mitteln rückstellen lässt.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Mehrwegeschieberventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Ventilschieber mit einer Längsbohrung versehen ist, welche eine an dem zur Beaufschlagung mit Steuerdruck ST gegenüberliegenden Ende gehäuseseitig ausgebildete Kammer über einen Teil des Rückstellweges mit dem Arbeitsanschluss A verbindet, um die Rückstellbewegung des Ventilschiebers zu beschleunigen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung äußert sich insbesondere in einer Reduzierung der Rückstellzeit um ca. 30% gegenüber herkömmlichen Mehrwegeschieberventilen. Da zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung lediglich spezielle Kanalverbindungen seitens des Ventilschiebers erforderlich sind, ist diese mit einfachen Mitteln realisierbar. Am Anfang der Rückstellphase verbindet die erfindungsgemäße Längsbohrung des Ventilschiebers die stirnseitig des Ventilschiebers der Steuerkammer gegenüberliegende Kammer mit dem Arbeitsanschluss während ca. der Hälfte des Rückstellweges. Dadurch erhöht sich die Kraft, welche auf das mit der Kammer korrespondierende Schieberende wirkt, was wiederum zu einer Beschleunigung der Rückstellung des Ventilschiebers führt.
Vorzugsweise ist die Längsbohrung aus einem Axialbohrbereich mit im Bereich des Arbeitsanschlusses A endseitigem Querbohrungsbereich gebildet. Hierdurch lässt sich die erfindungsgemäße Längsbohrung fertigungstechnisch einfach durch die beiden Bohrungsbereiche ausbilden. Dies kann spanend durch Bohren oder auch während des Spritzgießens eines insofern aus Kunststoff bestehenden Ventilschiebers erfolgen.
Der Ventilschieber weist vorzugsweise zur Beaufschlagung mit Steuerdruck ST einen stirnseitigen Steuerkolben auf, der eine gehäuseseitige Steuerkammer begrenzt.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme ist dieser Steuerkolben als separates Bauteil axial bewegbar gegenüber dem Ventilschieber und durch diesen geführt ausgebildet. Hiermit wird die bauliche Voraussetzung dafür geschaffen, dass der Steuerkolben gegenüber dem Ventilschieber bei der Rückstellbewegung voreilen kann. Bei Verstärkung der Rückstellbewegung kann der Steuerkolben zusätzlich rückwärtig durch eine Rückstellfeder beaufschlagt werden, die zwischen dem Ventilgehäuse und einem zum Steuerkolben benachbarten Endbereich des Ventilschiebers angeordnet ist.
Als weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme wird vorgeschlagen, die gehäuseseitige Kammer mit einem im Ventilgehäuse eingepressten Deckelelement nach außen hin zu verschließen. Hierdurch wird die innenliegende Kammer druckdicht abgeschlossen. Das Deckelelement kann bei Bedarf zusätzlich durch Verkleben oder dergleichen in der montierten Position gesichert werden.
Die wirksame Fläche des Steuerkolbens sollte größer als die wirksame Fläche am Ende des Ventilschiebers sein, der mit der ihm zugeordneten Kammer korrespondiert. Durch diese Maßnahme wird die Schaltbewegung des Ventilschiebers durch die erfindungsgemäße Lösung nicht behindert. Zur Dimensionierung der Rückstellkraft ist die Kraft der integrierten Rückstellfeder gemeinsam mit der stirnseitig am Ventilschieber über den Anfangsteil des Rückstellweges anliegenden Druckkraft in ein geeignetes Verhältnis zu bringen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein 5/2-Mehrwegeschieberventil.
Gemäß Figur besitzt das Mehrwegeschieberventil ein Ventilgehäuse 1, in dem ein Ventilschieber 2 axial bewegbar untergebracht ist. Am Ventilgehäuse 1 ist zudem ein elektropneumatisches Pilotventil 3 befestigt, welches mit einem Vorsteuerungskanal 4 in Verbindung steht, um einen Steuerdruck ST ausgehend von elektrischen Ansteuersignalen zu erzeugen. Am Ventilgehäuse 1 sind zwei Arbeitsanschlüsse A und B, ein zentraler Speisedruckanschluss P und zwei je zu den Arbeitsanschlüssen A und B korrespondierende Entlüftungsanschlüsse R und S vorgesehen.
Der Ventilschieber 2 weist an einem Ende einen Steuerkolben 5 auf, welcher eine gehäuseseitige Steuerkammer 6 begrenzt. Das Pilotventil 3 beaufschlagt nach Maßgabe der Ansteuerung die Steuerkammer 6 mit dem Steuerdruck ST. Der Steuerkolben 5 ist hier als ein gegenüber dem Ventilschieber 2 separates Bauteil ausgeführt, welches über eine hier nicht darstellte – Steckverbindung im Ventilschieber 2 geführt ist. Der Steuerkolben 5 wird rückwärtig durch eine Rückstellfeder 6 beaufschlagt. Die Rückstellfeder 6 ist dabei zwischen dem Ventilgehäuse 1 und einem zum Steuerkolben 5 benachbarten Endbereich des Ventilschiebers 2 angeordnet, welcher einen Absatzbund hieran bildet.
Die wirksame Fläche des Steuerkolbens 5 ist größer als die gegenüberliegende wirksame Fläche am dortigen Ende des Ventilschiebers 2. In diesem Bereich korrespondiert der Ventilschieber 2 mit einer im Ventilgehäuse 1 ausgebildeten Kammer 7. Die der zusätzlichen Druckbeaufschlagung zur Unterstützung der Rückstellbewegung vorgesehene Kammer 7 wird nach außen hin mit einem eingepressten Deckelelement 8 verschlossen.
Eine im Ventilschieber 2 ausgebildete Längsbohrung 9 dient der Druckbeaufschlagung der Kammer 7 zwecks Unterstützung der Rückstellbewegung des Ventilschiebers 2. Zum gegenüberliegenden Ende mündet die Längsbohrung 9 im Bereich des Arbeitsanschlusses A. Hierdurch wird die Kammer 7 mindestens während der Hälfte des Rückhubs mit einem vom Arbeitsanschluss A stammenden Druck beaufschlagt. Durch diese Druckunterstützung wird der Ventilschieber 2 während der Rückstellbewegung zusätzlich beschleunigt.
Die im Ventilschieber 2 ausgebildete Längsbohrung 9 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem von der Kammer 7 ausgehenden Axialbohrungsbereich 9a, der im Bereich des Arbeitsanschlusses A in einen Querbohrungsbereich 9b einmündet.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, neben der Realisierung einer 5/2-Ventilfunktion – wie vorstehend beschrieben – insbesonders eine 3/2-Ventilfunktion umzusetzen.

1: Ventilgehäuse
2: Ventilschieber
3: Pilotventil
4: Vorsteuerungskanal
5: Steuerkolben
6: Rückstellfeder
7: Kammer
8: Deckelelement
9: Längsbohrung
9a: Axialbohrungsbereich der Längsbohrung
9b: Querbohrungsbereich der Längsbohrung
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
R: erster Entlüftungsanschluss
S: zweiter Entlüftungsanschluss
P: zentraler Speisedruckanschluss
ST: Steuerdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10014435 A1 [0003]

Claims

Mehrwegeschieberventil zum Schalten eines Druckmittelflusses zwischen an einem Ventilgehäuse (1) angeordneten äußeren Anschlüssen, umfassend mindestens einen Arbeitsanschluss A, einen Speisedruckanschluss P und mindestens einen Entlüftungsanschluss R, mit einem einseitig über einen Steuerdruck S beaufschlagbaren Ventilschieber (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) mit einer Längsbohrung (9) versehen ist, welcher eine an dem zur Beaufschlagung mit Steuerdruck S gegenüberliegenden Ende gehäuseseitig ausgebildete Kammer (7) über einen Teil des Rückstellweges mit dem Arbeitsanschluss A verbindet, um die Rückstellbewegung des Ventilschiebers (2) zu beschleunigen.
Mehrwegeschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (9) aus einem Axialbohrungsbereich (9a) mit im Bereich des Arbeitsanschluss A hieran anschließenden Querbohrungsbereich (9b) ausgebildet ist.
Mehrwegeschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) zur Beaufschlagung mit Steuerdruck ST einen stirnseitigen Steuerkolben (5) aufweist, der eine gehäuseseitige Steuerkammer (6) begrenzt.
Mehrwegeschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (5) als separates Bauteil axial bewegbar gegenüber dem Ventilschieber (2) und durch diesen geführt ausgebildet ist.
Mehrwegeschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (5) rückwärtig durch eine Rückstellfeder (6) beaufschlagt ist, die zwischen dem Ventilgehäuse (1) und zum Steuerkolben (5) benachbarten Endbereich des Ventilschiebers (2) angeordnet ist.
Mehrwegeschieberventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäuseseitige Kammer (7) mit einem im Ventilgehäuse (1) eingepressten Deckelelement (8) nach außen hin verschlossen ist.
Mehrwegeschieberventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche des Steuerkolbens (5) größer als die wirksame Fläche am Ende des Ventilschiebers (2) ist, der mit der Kammer (7) korrespondiert.
Mehrwegeschieberventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung einer 5/2-Ventilfunktion am Ventilgehäuse () ein Speisedruckanschluss P, zwei Arbeitsanschlüsse (A, B) und zwei diesen je zugeordneten Entlüftungsanschlüsse (R, S) vorgesehen sind.