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Die
Erfindung betrifft ein Drehschieberventil, mit einem Ventilgehäuse,
in dem sich eine zylindrische Ventilkammer befindet, in die in Umfangsrichtung
mehrere, das Ventilgehäuse durchsetzende Ventilkanäle
mit Kanalmündungen einmünden und in der ein um
eine Drehachse drehbar gelagerter Drehschieber mit einem Steuerabschnitt
angeordnet ist, wobei eine Dichteinrichtung vorgesehen ist, die
wenigstens ein gehäusefestes, mit wenigstens einer mit der
Kanalmündung korrespondierenden Durchgangsöffnung
versehenes Dichtelement und eine am Steuerabschnitt angeordnete,
drehschieberseitige Dichtfläche aufweist, wobei die Dichtfläche
bei entsprechender Drehpositionierung des Drehschiebers die Durchgangsöffnung
am Dichtelement teilweise oder ganz dichtend absperrt.
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Aus
der
DE 203 04 623
U1 ist ein Drehschieberventil dieser Art bekannt, bei dem
die umfangsseitige Wandungen der Ventilkammer von einer drehfest im
Ventilgehäuse fixierten, den Steuerabschnitt des Drehschiebers
koaxial umschließenden gummielastischen Buchse gebildet
sind, die gleichzeitig sowohl die Dichtung als auch ein Drehlagermittel
für den und radialer Vorspannung koaxial in sie eingesetzten Drehschieber
bildet.
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Da
der Drehschieber unter radialer Vorspannung in die Dichtungs-Buchse
eingesetzt ist, tritt bei der Drehpositionierung des Drehschiebers
nicht unerhebliche Reibung auf, die bei der Betätigung
des Drehschiebers übewunden werden muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Drehschieberventil der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, bei dem der Drehschieber gegenüber herkömmlichen Drehschieberventilen
mit geringerer Stellkraft zuverlässig drehpositionierbar
ist und dennoch in der Absperrstellung des Drehschiebers eine zuverlässige Dichtwirkung
erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Drehschieberventil mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Das
erfindungsgemäße Drehschieberventil zeichnet sich
dadurch aus, dass die Dichtfläche an einem separat vom
Drehschieber ausgebildeten, in Radialrichtung zur Drehachse beweglich
am Steuerabschnitt des Drehschiebers gelagerten zweiten Dichtelement
ausgebildet ist, das unmittelbar oder über ein zugeordnetes
Beaufschlagungselement mit Druckfluid beaufschlagbar und dadurch
zur Erzielung einer Dichtwirkung in Radialrichtung mit Anpressdruck
auf das erste Dichtelement drückbar ist.
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Bei
der Drehpositionierung des Drehschiebers treten zwischen der Innenwandung
der Ventilkammer und dem Drehschieber keine oder nur geringe Reibungskräfte
auf. Dadurch ist es möglich, die Drehpositionierung des
Drehschiebers mit relativ geringen Stellkräften durchzuführen.
Ist die gewünschte Stellposition, insbesondere die Absperrposition,
erreicht, so kann durch Beaufschlagung des drehschieberseitigen
zweiten Dichtelementes oder eines diesem zugeordneten Beaufschlagungselementes
mit Druckfluid, insbesondere Druckluft, eine zuverlässige Abdichtung
der Durchgangsöffnung am ersten Dichtelement und mithin
der Kanalmündung des gehäuseseitigen Ventilkanals
bewirkt werden. Es kann also in vorteilhafter Weise zunächst
im Wesentlichen reibungsfrei die gewünschte Drehposition
angefahren werden und danach durch Druckbeaufschlagung eine Abdichtung
herbeigeführt werden. Bei der gewünschten Drehposition
kann es sich um die Absperrstellung des Drehschiebers handeln, bei
der die Durchgangsöffnung am ersten Dichtelement vollständig
abgesperrt ist oder alternativ um eine Stellung, bei der ein vorbestimmter Öffnungsquerschnitt der
Durchgangsöffnung frei bleibt. In bevorzugter Weise lässt
sich die Höhe des Anpressdrucks je nach Bedarf, insbesondere
in Abhängigkeit der aktuell eingesetzten Applikation, einstellen.
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In
besonders bevorzugter Weise erfolgt die Fluidzufuhr von Druckfluid über
den Drehschieber. Zweckmäßigerweise besitzt der
Drehschieber hierzu Fluidkanäle, die derart miteinander
verschaltet sind, dass auf eine Rückseite des zweiten Dichtelements oder
auf eine Rückseite des Beaufschlagungselements Druckfluid
aufgebbar ist. Insbesondere mündet wenigstens einer der
Fluidkanäle an der dem ersten Dichtelement zugewandten
Außenseite des Steuerabschnittes aus.
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Besonders
bevorzugt weist der Drehschieber ein zu dessen Drehlagerung dienendes,
im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltetes Drehlagerteil mit einem
sich insbesondere koaxial zur Drehachse erstreckenden Zuführkanal
für das Druckfluid auf, wobei umfangsseitig an das Drehlagerteil
der Steuerabschnitt angesetzt ist, in dem wenigstens ein vom Zuführkanal
abzweigender Abzweigkanal ausgebildet ist. Durch den zentralen,
insbesondere koxialen Zuführkanal ist der Drehschieber
insgesamt axial druckausgeglichen, d. h. die Fluiddruckbeaufschlagung
hat auf den Drehschieber in Axialrichtung keine Auswirkungen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das gehäuseseitige
erste Dichtelement als flächenförmiges, an der
zum Drehschieber gewandten Außenfläche konkaves
Schalenelement ausgestaltet, während das drehschieberseitige
zweite Dichtelement korrespondierend hierzu als flächenförmiges,
an der zum Ventilgehäuse gewandten Außenseite
konvexes Schalenelement ausgestaltet ist.
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In
besonders bevorzugter Weise bestehen die beiden Dichtelemente aus
dünnwandigem Material, insbesondere Blechmaterial. Die
Dichtung des Drehschieberventils kann also in vorteilhafter Weise durch
zwei miteinander zusammenwirkende Dichtflächen gebildet
werden. Diese Art von Dichtung ist relativ kostengünstig
herstellbar.
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Wie
bereits erwähnt ist es möglich, das zweite Dichtelement
direkt mit Druckfluid zu beaufschlagen. Alternativ ist es möglich,
dass ein dem zweiten Dichtelement zugeordnetes Beaufschlagungselement
mit Druckfluid beaufschlagt wird, das wiederum auf das zweite Dichtelement
drückt. Das Beaufschlagungselement kann als flächenförmiges
Schalenelement ausgestaltet und an der Rückseite des zweiten Dichtelementes
angeordnet sein.
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Zweckmäßigerweise
ist die zum zweiten Dichtelement gewandte Außenseite des
Beaufschlagungselementes konvex ausgebildet. Dadurch ist ein passgenauer
Sitz des Beaufschlagungselementes an der konkaven Rückseite
des zweiten Dichtelementes ermöglicht, wodurch eine gleichmäßige
Beaufschlagung des zweiten Dichtelementes seitens des Beaufschlagungselementes
möglich ist.
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In
besonders bevorzugter Weise wird das Beaufschlagungselement von
einer Membran, insbesondere Gummimembran, gebildet.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Drehschieber ein am Ventilgehäuse
lösbar fixierbares, im montierten Zustand drehfestes, tellerartig
ausgestaltetes Basisteil zugeordnet, an dem der Drehschieber drehbar
gelagert ist. Durch das abnehmbare Basisteil ist es möglich,
den Drehschieber in einfacher Weise auszutauschen. Dadurch ist es beispielsweise
auch möglich, die beiden Dichtelemente schnell zu wechseln.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das erste Dichtelement über
Verdrehsicherungsmittel gegenüber dem drehbaren Drehschieber
verdrehgesichert fixierbar.
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In
besonders bevorzugter Weise weisen die Verdrehsicherungsmittel eine
am Basisteil ausgebildete, fugenartige Ausnehmung zur verdrehgesicherten
Aufnahme des ersten Dichtelementes auf.
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Besonders
bevorzugt ist die Durchgangsöffnung am ersten Dichtungselement
derart ausgebildet, dass der sich beim öffnen einstellende Öffnungsquerschnitt
als Funktion des Drehwinkels des Drehschiebers einen nicht proportionalen,
insbesondere exponentiellen Verlauf, aufweist. Zweckmäßigerweise
besitzt die Durchgangsöffnung einen dreiecksartigen Öffnungsquerschnitt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Drehschieberventils.
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2 eine
Vorderansicht auf das Drehschieberventil von 1,
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3 einen
Längsschnitt durch das Drehschieberventil entlang der Linie
III-III von 1,
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4 eine
vergrößerte Darstellung der Einzelheit X von 3,
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5 eine
perspektivische Darstellung des Drehschiebers mit erstem Dichtelement,
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6 eine
perspektivische Darstellung des Drehschiebers ohne erstes Dichtelement
und
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7 eine
perspektivische Darstellung des Drehschiebers ohne die beiden Dichtelemente.
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Die 1 bis 7 zeigen
ein bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Drehschieberventils 11. Das in der Zeichnung exemplarisch
dargestellte Drehschieberventil 11 verfügt über eine
2/2-Ventilfuktionalität und ermöglicht das wahlweise
Unterbrechen oder Freigeben der Verbindung zweier Ventilkanäle 12, 13.
Abweichend hiervon kann das Drehschieberventil jedoch auch mit einer
anderen Ventilfunktionalität ausgebildet werden, beispielsweise
mit einer 3/2- oder 4/2-Funktionalität.
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Das
Drehschieberventil 11 verfügt über ein Ventilgehäuse 14,
in das ein Drehschieber 15 in verdrehbarer Weise eingreift.
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Das
Ventilgehäuse 14 ist mit einer zylindrisch konturierten
Ventilkammer 16 versehen. Sie ist begrenzt von einer umfangsseitigen
Gehäusewand 17, an einer Axialseite vom Ventilgehäuse 14 selber
und an der gegenüberliegenden Axialseite von einem lösbar
am Ventilgehäuse fixierbaren Basisteil 18 tellerartiger
Gestalt. An der umfangsseitigen Gehäusewand 17 münden
die beiden Ventilkanäle mit Kanalmündungen 19, 20 an
einander diametral gegenüberliegenden Stellen ein.
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An
der vom Ventilgehäuse 14 gebildeten axialen Seite
ist eine Durchgangsöffnung 21 angeordnet, die
mit einer an der anderen Axialseite, sprich am Basisteil 18 ausgebildeten
weiteren Durchgangsöffnung 22 fluchtet.
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Wie
insbesondere in den 3 und 4 dargestellt,
sitzt vor einer der Kanalmündungen 19, 20 ein
erstes Dichtelement 23 mit einer mit der Kanalmündung 19 korrespondierenden
Durchgangsöffnung 24. Beispielhaft sitzt das erste
Dichtelement vor der Kanalmündung 20 des Ausgangskanals 13, könnte
jedoch auch alternativ vor der Kanalmündung 19 des
Eingangskanals 12 sitzen. Prinzipiell wäre es auch
denkbar, an beiden Kanalmündungen 19, 20 jeweils
ein gehäusefestes Dichtelement anzuordnen.
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Das
erste Dichtelement ist als flächenförmiges, an
der zum Drehschieber 15 gewandten Außenfläche 25 konkaves
Schalenelement ausgestaltet, das aus dünnwandigem Material
besteht. Zweckmäßigerweise wird hierzu Blechmaterial
verwendet, so dass das erste Dichtelement 23 auch als erstes Dichtblech
oder auf Grund der in ihm ausgestalteten Durchgangsöffnung 24 auch
als Blendenblech bezeichnet werden kann.
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Der
Drehschieber 15 besitzt ein Steuerabschnitt 26,
an dem eine drehschieberseitige Dichtfläche angeordnet
ist und zwar an einem separat zum Drehschieber 15 ausgebildeten
zweiten Dichtelement 27. Das zweite Dichtelement 27 ist
unmittelbar oder über ein zugeordnetes Beaufschlagungselement 41 mit
Druckfluid beaufschlagbar und dadurch zur Erzielung einer Dichtwirkung
unter Anpressdruck in Radialrichtung auf das erste Dichtelement 23 drückbar.
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Der
Drehschieber 15 besteht im Wesentlichen aus einem zu dessen
Drehlagerung dienenden, im Wesentlichen zylindrisch ausgestalteten
Drehlagerteil 28, das an der vom Ventilgehäuse 14 gebildeten
Axialseite drehbar in der Durchgangsöffnung 21 und
an der gegenüberliegenden, am Basisteil ausgebildeten Axialseite
ebenfalls an der dort ausgebildeten Durchgangsöffnung 22 drehbar
gelagert ist. Drehlagerteil 28 und Ventilgehäuse 14,
bzw. Basisteil 18 sind im Bereich der Durchgangsöffnungen 21, 22 jeweils
durch Dichtungen 29, 30, beispielsweise in Form
von jeweils in einer Ringnut am Drehlagerteil eingesetzten O-Ringen,
abgedichtet.
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Das
Drehlagerteil 28 besitzt an seiner oberen und/oder an seiner
unteren Stirnseite jeweils eine Schnittstelle 32 zur Ankopplung
eines Stellantriebs (nicht dargestellt), über den die Drehbewegung
auf den Drehschieber 15 einleitbar ist. Als Stellantrieb eignet
sich ein elektrischer oder ein fluidischer Stellantrieb, prinzipiell
ist jedoch auch ein manuell betätigbares Stellglied einsetzbar.
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Das
Drehlagerteil 28 besitzt koaxial zur Drehachse 31 einen
Zuführkanal 33, über den bei Bedarf das
Druckfluid, insbesondere Druckluft, zuführbar ist. Durch
die zentrale Anordnung des koaxialen Zuführkanals 33,
hat eine Fluiddruckbeaufschlagung in axialer Richtung keine Auswirkungen
auf den Drehschieber 15. Man könnte also auch
davon sprechen, dass der Drehschieber 15 axial druckausgeglichen
ist.
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Wie
insbesondere in den 5 bis 7 dargestellt,
ist an das Drehlagerteil 28 umfangsseitig der Steuerabschnitt 26 angesetzt,
insbesondere einstückig mit dem Drehlagerteil 28 verbunden.
Der Steuerabschnitt 26 besitzt eine an die Außenfläche des
Drehlagerteils 28 angesetzte Stegpartie 34, die andernends
in eine flächenförmige, schildartige ausgebildete
Anschlagpartie 35 übergeht. Wie insbesondere in 3 dargestellt,
sind in der Stegpartie 34 vom Zuführkanal 33 abzweigende
Abzweigkanäle 36 vorgesehen, wobei hier beispielhaft
zwei solcher Abzweigkanäle 36 dargestellt sind.
Die Abzweigkanäle 36 münden an der Außenfläche 37 (7)
der Anschlagpartie 35 aus.
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Wie
insbesondere in den 5 bis 7 dargestellt,
ist die Außenfläche 37 der Anschlagpartie
konvex gekrümmt.
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In
Radialrichtung weiter außen als die Anschlagpartie 35 sitzt
das jetzt zweite Dichtelement 27, das wie das erste Dichtelement 23 als
flächenförmiges Schalenelement ausgestaltet ist.
Auch das zweite Dichtelement besteht aus Blechmaterial, so dass es
als Dichtblech bezeichnet werden kann. Im Folgenden wird daher lediglich
der Begriff zweites Dichtblech verwendet. Das zweite Dichtblech
besitzt eine dem ersten Dichtblech zugewandte Außenseite 38, die
konvex gekrümmt ist. Folglich ist die der Außenfläche 37 der
Anschlagpartie 35 zugewandte Rückseite 39 (6)
konkav ausgestaltet. Wie insbesondere in 3 dargestellt,
sind an der Rückseite 39 des zweiten Dichtblechs
stiftartige Lagerelemente 40 angeordnet, insbesondere angeformt,
die in die Abzweigkanäle 36 eintauchen, wodurch
das zweite Dichtblech in Radialrichtung be weglich am Steuerabschnitt 26 gelagert
ist. Wie beispielhaft in 3 dargestellt, ist der Durchmesser
eines der Abzweigkanäle 36 größer
als der Außendurchmesser des stiftartigen Lagerelementes 40,
so dass Druckfluid am Lagerelement 40 vorbeiströmen
und an der Außenfläche 37 der Anschlagpartie 35 austreten
kann.
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Gemäß bevorzugtem
Ausführungsbeispiel ist zwischen der Anschlagpartei 35 des
Steuerabschnitts 26 und dem zweiten Dichtblech ein Beaufschlagungselement 41 in
Form einer Membran angeordnet. Einströmendes Druckfluid
trifft also nicht direkt auf das Dichtblech, sondern auf die Membran, die
wiederum das zweite Dichtblech beaufschlagt. Wie insbesondere in 7 dargestellt,
ist auch das Beaufschlagungselement als flächenförmiges
Schalenelement ausgestaltet, und an dessen Außenseite 42 konvex
ausgestaltet, so dass es sich an die konkave Rückseite 39 des
zweiten Dichtblechs anschmiegen kann. Durch die flächenartige
Ausgestaltung der Membran ist eine großflächige
und gleichmäßige Beaufschlagung des zweiten Dichtblechs möglich.
Die Membran besitzt ferner noch Duchgangslöcher 43,
durch die hindurch die Lagerelemente 40 des zweiten Dichtblechs
hindurchragen.
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Wie
bereits erwähnt, ist das erste Dichtblech gehäusefest
fixierbar. Damit das erste Dichtblech beim Vorbeischwenken des Drehschiebers 15 nicht mitgenommen
wird, also drehgesichert fixiert ist, sind Verdrehsicherungsmittel
in Form einer am Basisteil 18 ausgebildeten fugenartigen
Ausnehmung 44 vorgesehen. Die Ausnehmung 44 ist
an die Breite des ersten Dichtblechs angepasst, wodurch dieses passgenau
in der Ausnehmung 44 sitzt. Vorzugsweise ist die Ausnehmung 44 auch
an die Wandstärke des ersten Dichtblechs angepasst, wodurch
sich ein vorsprungsfreier Übergang zwischen der Mantelfläche des
Basisteils 18 und der Außenseite des ersten Dichtblechs
ergibt.
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Zum
Absperren des Fluiddurchgangs der beiden Ventilkanäle 12, 13 wird
der Drehschieber 15 mittels des Stellantriebs in seine
Schließstellung bzw. Absperrstellung positioniert. Bei
dieser Zustellbewegung findet keine Fluiddruckbeaufschlagung statt, wodurch
sich der Drehschieber 15 im Wesentlichen reibungsfrei und
mit relativ geringer Stellkraft drehen lässt. Ist die Schließstellung
erreicht, d. h. befindet sich das zweite Dichtblech mit seiner konvexen
Außenseite 38 an der konkaven Außenfläche 25 des ersten
Dichtblechs und ist die Durchgangsöffnung 24 im
ersten Dichtblech bzw. Blendenblech abgedeckt, so erfolgt eine Fluiddruckbeaufschlagung.
Dabei wird Druckfluid über den Zuführkanal 33 zugeführt
und gelangt über die Abzweigkanäle 36 auf
die Rückseite der Membran. Dadurch wird die Membran mit
Fluiddruck beaufschlagt und beaufschlagt ihrerseits das zweite Dichtblech,
das in Radialrich tung nach außen auf die Außenfläche 25 des
ersten Dichtbleches gedrückt wird. Die beiden Dichtbleche
schmiegen sich also aneinander an und bilden die Dichtung, wodurch der
Fluiddurchgang durch die beiden Ventilkanäle 12, 13 fluiddicht
abgesperrt ist. Beim Öffnen des Fluiddurchgangs wird, wie
insbesondere in 5 dargestellt, der Drehschieber 15 in
Uhrzeiger-Richtung von seiner Schließstellung aus gedreht,
so dass die Durchgangsöffnung stückweise freigegeben
wird. Die Durchgangsöffnung 24 hat dabei eine
charakteristische Form und zwar derart, dass der vom Drehwinkel
des Drehschiebers abhängende, sich beim Öffnen
einstellende Öffnungsquerschnitt einen nicht proportionalen
Verlauf aufweist. Dies kann beispielsweise durch einen dreiecksartigen Öffnungsquerschnitt
erzielt werden. D. h. beim Öffnen wird zunächst
ein relativ kleiner Teil der Durchgangsöffnung frei. Öffnet
man weiter, so wird der Öffnungsquerschnitt nicht gleichmäßig
größer, wie es beispielsweise bei einem quadratischen
oder rechteckförmigen Öffnungsquerschnitt der
Fall wäre, sondern es folgt eine nichtproportionale, insbesondere
exponentielle Zunahme des Öffnungsquerschnitts.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Drehschieberventil 11 ist
es also möglich, die Drehpositionierung des Drehschiebers 15 mit
relativ geringen Stellkräften durchzuführen. Dadurch
kann der angekoppelte Stellantrieb auch relativ klein dimensioniert sein.
Die Abdichtung wird hier durch zwei sich aneinander schmiegende
Dichtbleche gebildet, die relativ einfach herzustellen sind. Dadurch
kann die Dichteinrichtung also relativ kostengünstig hergestellt
werden. Die Dichtbleche können beispielsweise ätztechnisch
hergestellt werden. Ferner können die Dichtbleche einfach
eingebaut und ausgetauscht werden, indem das Basisteil 18 vom
Ventilgehäuse gelöst wird. Dadurch ist auch eine
einfache Demontage des Drehschiebers insbesondere zur Grundreinigung
möglich. Durch das Anschmiegen der beiden Dichtbleche werden
zudem Formabweichungen ausgeglichen. Ferner können durch
die Fluiddruckbeaufschlagung Herstellungs-Toleranzen ausgeglichen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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