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Die
Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Fluidversorgung fluidischer
Verbraucher, mit mehreren in einer Stapelrichtung aneinandergereihten
Ventilmodulen; die Ventilmodule umfassen jeweils einen plattenförmigen Kanalkörper, der
eine zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildete Speisekanalausnehmung,
zwei zur Ankopplung fluidischer Verbraucher vorgesehene Arbeitskanäle und eine
zur Entlüftung
von fluidischen Verbrauchern dienende Entlüftungskanalausnehmung sowie
zwei zueinander parallele, einander entgegengesetzte Fügeflächen und
senkrecht zu den Fügeflächen ausgerichtete
Außenflächen aufweist,
wobei die Fügeflächen die
Stapelrichtung bestimmen und zur Anlage an Fügeflächen benachbarter Kanalkörper ausgebildet
sind; und vier 2/2-Wegeventile, die jeweils einen ersten und einen
zweiten Fluidanschluss und ein bewegliches Ventilglied für die Einstellung
eines freien Fluidkanalquerschnitts zwischen dem ersten und dem
zweiten Fluidanschluss aufweisen, wobei die vier 2/2-Wegeventile
der Ventilmodule in einer Vollbrückenanordnung
miteinander verschaltet sind, bei der die ersten Fluidanschlüsse des
ersten und des zweiten 2/2-Wegeventils mit der Speisekanalausnehmung
verbunden sind, der zweite Fluidanschluss des ersten 2/2-Wegeventils und der
erste Fluidanschluss des vierten 2/2-Wegeventils mit einem ersten Arbeitskanal
verbunden sind, der zweite Fluidanschluss des zweiten 2/2-Wegeventils
und der erste Fluidanschluss des vierten 2/2-Wegeventils mit einem
zweiten Arbeitskanal verbunden sind und die zweiten Fluidanschlüsse des
dritten und des vierten 2/2-Wegeventils mit der Entlüftungskanalausnehmung
verbunden sind, und wobei jedes 2/2-Wegeventil ein elektrisch ansteuerbares
Betätigungsmittel umfasst,
das auf eine als Bestückungsfläche dienende
Außenfläche des
Kanalkörpers
aufgesetzt ist und das zur Umschaltung des jeweils zugeordneten
Ventilglieds zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung
ausgebildet ist.
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Aus
der
DE 102 08 390
A1 ist ein Mehrwegeventil mit frei konfigurierbarer Ventilfunktion
bekannt, das mehrere an einem Ventilkörper angeordnete Druckmittelanschlüsse sowie
eine elektrisch ansteuerbare Antriebseinheit zur Betätigung einer
im Ventilkörper
untergebrachten Ventilmechanik umfasst. Die Ventilmechanik besteht
aus zumindest vier einzelnen, in Reihe geschalteten 2/2-Wege-Hauptventilen mit
dazwischen angeordneten Druckmittelanschlüssen. Jedem einzelnen Hauptventil
ist ein elektrisches Antriebselement zugeordnet, das mit einer gemeinsamen
elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist.
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Mit
dem Mehrwegeventil können
unterschiedliche Wegefunktionen frei wählbar realisiert werden.
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Aus
der
DE 103 15 460
B4 ist eine Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien
bekannt. Diese umfasst mindestens vier zu einer Mehrwegeventileinheit
in Vollbrückenanordnung
verknüpfte 2/2-Wegeventile,
denen eine elektrische Steuereinheit mit mindestens einem Busanschluss,
mindestens einem Sensoranschluss und mindestens einer Pulsweitenmodulation
zugeordnet ist. Die Wegeventile sind als schnellschaltende Plattenankerventile ausgebildet,
deren Schaltzeit kleiner als 5 Millisekunden ist.
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Die
EP 0 391 269 B1 offenbart
eine Magnetventilbatterie mit einer auf einer gemeinsamen Grundplatte
angeordneten Mehrzahl von Magnetventilen, die eingangsseitig über einen
in die Grundplatte integrierten Kanal gemeinsam mit Druckluft versorgbar
sind. Der Kanal ist mit einer Stichleitung verbunden, die an zwei
einander gegenüberliegenden
Oberflächen
der Grundplatte ausmündet.
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Aus
der
EP 1 748 238 B1 ist
ein Magnetventil bekannt, das einen von Ventilkanälen durchsetzten Grundkörper und
einen eine Elektromagneteinrichtung aufweisenden Magnetkopf aufweist.
Zwischen dem Magnetkopf und dem Grundkörper, die in Richtung einer
Hauptachse aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist eine mit mehreren
Ventilkanälen
kommunizierende Ventilkammer angeordnet. Die Ventilkammer enthält einen
als Ventilglied dienenden, plattenförmigen Magnetanker, der von
einer ortsfesten Magnetkernanordnung der Elektromagneteinrichtung angezogen
werden kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung bereitzustellen,
die ein vereinfachtes Zuströmen
und/oder Abströmen
des von der Ventileinrichtung zu steuernden Fluids gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird für
eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass die Speisekanalausnehmung und/oder die
Entlüftungskanalausnehmung
den Kanalkörper
zwischen den Fügeflächen in
Stapelrichtung durchsetzen und an den Fügeflächen ausmünden, so dass die mit den Fügeflächen aneinander
anliegenden Kanalkörper einen
durchgehenden Speisekanal und/oder einen durchgehenden Entlüftungskanal
begrenzen.
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Die
Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung sind
in dem Kanalkörper
der Ventileinrichtung derart angeordnet, dass sie bei Anordnung
der Kanalkörper
in der Stapelrichtung zumindest bereichsweise, vorzugsweise voll ständig, mit
den Speisekanalausnehmungen und/oder den Entlüftungskanalausnehmungen benachbarter
Kanalkörper
in Überdeckung
gebracht werden können. Vorzugsweise
sind die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung in jedem der
Kanalkörper
der Ventileinrichtung an der gleichen Position angeordnet. Besonders
bevorzugt weisen die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung
einen in Stapelrichtung konstanten Querschnitt auf. Somit können sie
mit korrespondierenden Speisekanalausnehmungen und/oder Entlüftungskanalausnehmungen
benachbarter Kanalkörper
der Ventileinrichtung einen, vorzugsweise die gesamte Ventileinrichtung
durchsetzenden, Speisekanal und/oder Entlüftungskanal mit konstantem
Querschnitt bilden. Dadurch wird eine Zufuhr von Fluid in die Ventileinrichtung
und/oder eine Abfuhr von Fluid aus der Ventileinrichtung erleichtert.
Auf separate Speise- und/oder Entlüftungsanschlüsse für jede der
Kanalplatten kann verzichtet werden. Zudem können die längs der Stapelrichtung erstreckten
Speise- und/oder Entlüftungskanäle mit erheblich
größeren freien
Querschnitten ausgebildet werden, als dies für einzeln an den jeweiligen
Kanalkörpern
vorgesehene Speise- und/oder Entlüftungskanäle der Fall ist, so dass ein
geringer Strömungswiderstand
für das
strömende
Fluid gewährleistet
ist.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung in
einer orthogonal zur Stapelrichtung ausgerichteten Querschnittsebene
einen freien Querschnitt aufweisen, der wenigstens dem Doppelten,
vorzugsweise dem zehnfachen, besonders bevorzugt dem zwanzigfachen
des freien Querschnitts des Arbeitskanals entspricht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung
jeweils von einer umlaufenden, in die Fügefläche des Kanalkörpers eingebrachten,
nutartigen Ausnehmung umgeben ist, die zur Aufnahme eine Dichtmittels
ausgebildet ist, das bei Anlage an einer Fügefläche eines benachbarten Kanalkörpers einen fluiddichten Übergang
zwischen den zueinander fluchtenden Speisekanalausnehmungen und/oder den
zueinander fluchtenden Entlüftungskanalausnehmungen
gewährleistet.
Dadurch wird vermieden, dass das im Speisekanal und/oder im Entlüftungskanal
geführte
Fluid entweicht oder dass Umgebungsluft in den Speisekanal und/oder
den Entlüftungskanal
eindringt. Diese Dichtmittel weisen eine höhere Elastizität als das
Material des Kanalkörpers
auf. Sie können
dadurch Unterschiede in den Oberflächengeometrien der sich gegenüberliegenden
Fügeflächen ausgleichen.
Vorzugsweise sind die Dichtmittel aus einem gummielastischen Material
hergestellt und weisen in Stapelrichtung einen gewissen Überstand über die
Fügefläche auf.
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Zweckmäßig ist
es, wenn der Kanalkörper einstückig ausgebildet
ist. Dadurch werden aufwändige
Dichtmaßnahmen
zwischen den einzelnen 2/2-Wegeventilen und den ihnen zugeordneten
Fluidkanälen
reduziert bzw. gänzlich
vermieden. Der Kanalkörper
kann beispielsweise aus Metall, insbesondere als Frästeil, Druckgussteil
oder Feingussteil hergestellt sein. Alternativ kann der Kanalkörper als Kunststoffteil,
insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sein.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Kanalkörper
genau eine Speisekanalausnehmung und/oder genau eine Entlüftungskanalausnehmung
aufweist. Dadurch lässt
sich ein günstiges
Verhältnis
zwischen einem freien Querschnitt der Speisekanalausnehmung bzw.
der Entlüftungskanalausnehmung
und der jeweiligen Wandfläche,
die die Speisekanalausnehmung bzw. die Entlüftungskanalausnehmung im Kanalkörper begrenzt,
erzielen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Wandreibung
für das
Fluid in der jeweiligen Ausnehmung von Bedeutung. Die Wandreibung
hat einen erheblichen Einfluss auf den Fluidvolumenstrom, der bei
vorgegebenem Fluiddruck durch die jeweilige Ausnehmung strömen kann.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Arbeitskanäle
in Anschlussöffnungen
an einer Anschlussfläche
ausmünden,
deren Flächennormale
senkrecht zur Stapelrichtung und parallel oder senkrecht zur Flächennormalen
der Bestückungsfläche ausgerichtet
ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte Zugänglichkeit der Anschlussöffnungen
bei Aneinanderreihung der Kanalkörper
innerhalb der Ventileinrichtung gewährleistet. Bei einem im Wesentlichen
quaderförmig
ausgebildeten Kanalkörper
dienen dessen größte Oberflächen beispielsweise
als Fügeflächen, eine
längere Schmalseite
dient beispielsweise als Bestückungsfläche und
eine an die längere
Schmalseite angrenzende kürzere
Schmalseite dient beispielsweise als Anschlussfläche.
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Zweckmäßig ist
es, wenn der erste und/oder der zweite Arbeitskanal jeweils zwei
voneinander beabstandet abgeordnete, den Kanalkörper bereichsweise durchsetzende
Arbeitskanalbohrungen aufweisen, die jeweils in eine nutartige Vertiefung
ausmünden,
die in die Fügefläche des
Kanalkörpers
eingebracht ist und die eine Kanalwand bildet, um zusammen mit der
Fügefläche eines
benachbarten Kanalkörpers
einen Arbeitskanalabschnitt des ersten oder des zweiten Arbeitskanals
zu begrenzen, der die Arbeitskanalbohrungen kommunizierend miteinander verbindet.
Bei Aufreihung der Kanalkörper
in der Stapelrichtung werden die Arbeitskanäle zumindest bereichsweise
durch die in die Fügefläche eingebrachten
nutartigen Vertiefungen begrenzt. Diese nutartigen Vertiefungen
bilden erst in Zusammenwirkung mit einem angrenzenden Kanalkörper die
für einen geordneten
Fluidtransport notwendigen Arbeitskanäle. Die nutartigen Vertiefungen
können
im Rahmen eines Urformverfahrens, beispielsweise im Kunststoffspritzguss-
oder Aluminium-Druckgussverfahren und/oder
eines Umformverfahrens, beispielsweise durch Einprägen und/oder
eines Trennverfahrens, beispielsweise durch Fräsen, in eine oder beide Fügeflächen eingebracht
werden.
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Vorzugsweise
weist der Kanalkörper
mehrere Fluidkanäle
auf, deren Haupterstreckungsachsen in jeweils einer von wenigstens
zwei voneinander beabstandeten, vorzugsweise parallel zu den Fügeflächen ausgerichteten
Fluidkanalebenen angeordnet sind. Beispielsweise liegen Haupterstreckungsachsen
der nutartigen Vertiefungen in einer ersten Fluidkanalebene, die
benachbart zu einer der Fügeflächen angeordnet
ist. Eine zweite Fluidkanalebene ist beispielsweise mittig zwischen
den entgegengesetzten Fügeflächen angeordnet
und umfasst die Haupterstreckungsachsen oder Mittelachsen von Bohrungen,
die in den Kanalkörper,
vorzugsweise parallel zu den Fügeflächen und/oder
orthogonal zu den Außenflächen, eingebracht
sind. Verbindungen zwischen den bereichsweise als Bohrungen oder
nutartigen Vertiefungen ausgeführten
Fluidkanälen
werden beispielsweise durch Arbeitskanalbohrungen verwirklicht,
die vorzugsweise orthogonal zu den Fügeflächen ausgerichtet sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitskanalabschnitt von
einer umlaufenden, in die Fügefläche des Kanalkörpers eingebrachten,
nutartigen Ausnehmung umgeben ist, die zur Aufnahme eines Dichtmittels
ausgebildet ist, das eine abdichtende Anlage an der Fügefläche des
benachbarten Kanalkörpers
zur Bildung des jeweiligen Arbeitskanalabschnitts gewährleistet.
Die Aufgabe des in der nutartigen Ausnehmung aufzunehmenden Dichtmittels
besteht darin, eine Dichtwirkung für den Arbeitskanalabschnitt gegenüber der
Fügefläche des
benachbarten Kanalkörpers
zu gewährleisten.
Hierzu ist es erforderlich, dass das Dichtmittel zumindest um einen
gewissen Betrag über
die Fügefläche des
mit der nutartigen Ausnehmung versehenen Kanalkörpers hinausragt und aus einem
Material hergestellt ist, dass eine größere Elastizität als das
Material des Kanalkörpers aufweist.
Vorzugsweise ist das Dichtmittel als endlos umlaufende Dichtschnur
mit einem an die Kontur der nutartigen Ausnehmung angepassten, vorzugsweise kreisrunden,
Querschnitt ausgebildet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arbeitskanalabschnitte und
die zugehörigen
nut artigen Ausnehmungen in der ersten Fügefläche eingebracht sind. Dies ist
insbesondere bei einer Herstellung oder Fertigbearbeitung des Kanalkörpers mit
spanenden Herstellungsverfahren wie Fräsen von Interesse, da lediglich die
Bearbeitung einer der beiden Fügeflächen zur
Erzeugung von Arbeitskanalabschnitten und zugeordneten nutartigen
Ausnehmungen zur Aufnahme der Dichtmittel notwendig ist. In gleicher
Weise gilt dies auch für
die umlaufenden nutartigen Ausnehmungen um die Speisekanalausnehmung
und/oder die Entlüftungskanalausnehmung.
Diese nutartigen Ausnehmungen sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ebenfalls in der ersten Fügefläche eingebracht.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die der ersten Fügefläche des
Kanalkörpers
entgegengesetzte zweite Fügefläche des
Kanalkörpers
eben ausgebildet ist. Hierdurch wird die abdichtende Anlage der
von einem benachbarten Kanalkörper
abragenden Dichtmittel begünstigt.
Eine hinreichende Ebenheit der zweiten Fügefläche kann beispielsweise mittels
spanender Fertigungsverfahren wie Sägen, Fräsen oder Flachschleifen erreicht
werden. Vorzugsweise ist auch die erste Fügefläche mit Ausnahme der Ausnehmungen
und Vertiefungen eben gestaltet, so dass eine zumindest nahezu vollflächige Anlage
der Fügeflächen benachbarter
Kanalkörper
gewährleistet
ist.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Querschnittshaupterstreckung der Entlüftungskanalausnehmung und/oder
eine Querschnittshaupterstreckung der Speisekanalausnehmung mit
der Stapelrichtung eine Trennebene aufspannen, wobei der Arbeitskanalabschnitt
des ersten Arbeitskanals zumindest überwiegend auf einer Seite
der Trennebene angeordnet ist und der Arbeitskanalabschnitt des
zweiten Arbeitskanals zumindest überwiegend
auf der anderen Seite der Trennebene angeordnet ist. Die Querschnittshaupterstreckung
ist die jeweils längste
Gerade, die querschnittsmittig in den Querschnitt der jeweiligen Ausnehmung
in einer Querschnittsebene parallel zur Fügefläche gelegt werden kann. Vorzugsweise
verlaufen die Arbeitskanalabschnitte über einen erheblichen Teil
ihrer Länge
parallel zu der oder den Querschnittshaupterstreckungen der Speisekanalausnehmung
und/oder der Entlüftungskanalausnehmung. Dies
ermöglicht
eine besonders kompakte Anordnung der Arbeitskanalabschnitte um
die Speisekanalausnehmung und die Entlüftungskanalausnehmung.
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Sofern
der Kanalkörper
sowohl eine Speisekanalausnehmung als auch eine Entlüftungskanalausnehmung
aufweist, können
deren Querschnittshaupterstreckungen vorzugsweise zumindest nahezu
parallel, insbesondere koaxial, zueinander ausgerichtet sein. Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Querschnittshaupterstreckungen zumindest
nahezu parallel zur längsten
Kante des Kanalkörpers
ausgerichtet.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Ventileinrichtung,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Ventileinrichtung gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Ventilmoduls aus der Ventileinrichtung
gemäß den 1 und 2,
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4 eine
perspektivische Schnittdarstellung des Ventilmoduls gemäß der 3,
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5 eine
ebene Schnittdarstellung des Ventilmoduls gemäß der 3,
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6 eine
Schnittdarstellung einer Ventileinheit,
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7 ein
pneumatisches Ersatzschaltbild für
das Ventilmodul gemäß den 3 bis 5 und
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8 eine
schematische Darstellung der Schaltzustände des Ventilmoduls gemäß der 3 bis 5.
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Eine
in der 1 dargestellte Ventileinrichtung 1 ist
zur fluidischen Versorgung mehrerer, nicht dargestellter fluidischer
Verbraucher, beispielsweise pneumatischer Arbeitszylinder, vorgesehen.
Die Ventileinrichtung 1 dient zur Steuerung und/oder Regelung
einer Vielzahl von Fluidströmen,
die von einer nicht dargestellten Fluidquelle an die jeweiligen
fluidischen Verbraucher bereitgestellt werden sollen.
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Die
Ventileinrichtung 1 umfasst mehrere, exemplarisch scheibenartig
ausgebildete, Ventilmodule 2, die in einer Stapelrichtung 3 aneinander
aufgereiht sind. Die Ventilmodule 2 sind zwischen einem
Basiselement 4 und einer Abschlussplatte 5 angeordnet, die
die Ventileinrichtung 1 längs der Stapelrichtung 3 jeweils
endseitig begrenzen.
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Einigen
der Ventilmodule 2 sind Zusatzmodule 6, 7 zugeordnet,
die beispielsweise als Ventilelemente oder Sensorelemente ausgebildet
sind. Die Zusatzmodule 6, 7 sind, wie dies aus
der 1 hervorgeht, in einer Montagerichtung 92 orthogonal
zur Stapelrichtung 3 aneinander anreihbar und ermöglichen
bei Bedarf die Erweiterung des Funktionsumfangs der Ventilmo dule 2.
Die Ventilmodule 2 der Ventileinrichtung 1 sind
jedoch auch ohne die zugeordneten Zusatzmodule 6, 7 einsetzbar.
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Das
Basiselement 4 ist vorliegend quaderförmig ausgebildet und weist
an einer Stirnfläche 8,
deren Flächennormale
orthogonal zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet ist, eine
Speiseöffnung 9 zum
Anschluss eines nicht dargestellten Fluidleiters auf, über den druckbeaufschlagtes
oder unterdruckbeaufschlagtes Fluid bereitgestellt werden kann.
Das Basiselement 4 weist weiterhin eine Entlüftungsöffnung 10 auf,
die beispielsweise als Austritt für Fluid dienen kann, das bereits
die Ventileinrichtung 1 und die nicht dargestellten fluidischen
Verbraucher durchströmt
hat. Bei Einsatz der Ventileinrichtung 1 zur Steuerung und/oder
Regelung von Gasströmen,
insbesondere von Druckluftströmen,
kann an der Entlüftungsöffnung 10 des
Basiselements 4 ein nicht dargestellter Schalldämpfer angeordnet
werden.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
der Ventileinrichtung 1 sind an das Basiselement 4 in Stapelrichtung 3 mehrere
Ventilmodule 2 aufgereiht, die alle den gleichen, nachstehend
näher beschriebenen,
Aufbau aufweisen. Den Ventilmodulen 2 kommt die Aufgabe
zu, das über
das Basiselement 4 bereitgestellte Fluid in der gewünschten
Weise an die nicht dargestellten fluidischen Verbraucher abzugeben
und gegebenenfalls von fluidischen Verbrauchern zurückströmendes Fluid
wieder zum Basiselement 4 zurückzuführen.
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Jedes
der in den 2 bis 5 näher dargestellten
Ventilmodule 2 umfasst einen plattenförmig ausgebildeten Kanalkörper 11 und
auf den Kanalkörper 11 aufgesetzte,
gleichförmig
ausgebildete Ventileinheiten 12. Die Ventileinheiten 12 des
Ventilmoduls 2 sind mit einer Abdeckleiste 13 versehen, die
beispielsweise zur Geräuschdämmung und/oder zur
Abschirmung der Ventileinheiten 12 vor Umwelteinflüssen, insbesondere
Verschmutzungen, und/oder zur elektrischen Kontaktierung der Ventileinheiten 12 ausgebildet
sein kann. Die Ventileinheit 12 des Zusatzmoduls 6 ist
mit einer Abdeckhaube 14 versehen, die die gleiche Funktionalität für die einzelne
Ventileinheit 12 wie die Abdeckleiste 13 für die mehreren
Ventileinheiten 12 des Ventilmoduls 2 verwirklicht.
Der Kanalkörper 11,
der beispielsweise eine kubische Außengeometrie aufweisen kann,
weist zwei einander entgegengesetzte Fügeflächen 15, 16 auf,
deren nicht dargestellte Flächennormalen
parallel zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet sind. Beispielsweise
weist die erste Fügefläche 15 in
Richtung des Basiselements 4, entsprechend weist die zweite
Fügefläche 16 in
Richtung der Abschlussplatte 5. Die Fügeflächen 15, 16 bilden
bei der dargestellten Ausführungsform
des Kanalkörpers 11 dessen
größte Oberflächen. Von
den zu den Fügeflächen 15, 16 orthogonal
ausgerich teten Schmalseiten des Kanalkörpers 11, deren nicht
dargestellte Flächennormalen senkrecht
zur Stapelrichtung 3 verlaufen, dient eine kürzere Schmalseite
als Anschlussfläche 17 und
eine längere
Schmalseite als Bestückungsfläche 18.
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Bei
dem in den 3 bis 5 näher dargestellten
Ventilmodul 2 münden
an der Anschlussfläche 17 Anschlussöffnungen 19, 20 der
nachfolgend näher
beschriebenen Arbeitskanäle 21, 22 aus.
An der Bestückungsfläche 18 münden Anschlussbohrungen 25, 26, 27 und 28 der
Arbeitskanäle 21, 22 aus,
wie dies aus den 4 und 5 hervorgeht. An
der Bestückungsfläche 18 münden zudem
Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 aus,
die mit nachfolgend näher
beschriebenen Speisekanalausnehmungen 35 bzw. Entlüftungskanalausnehmungen 36 im Kanalkörper 11 kommunizierend
verbunden sind.
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Wie
den 2 bis 5 entnommen werden kann, wird
der Kanalkörper 11 in
Stapelrichtung 3 von zwei Ausnehmungen durchsetzt, die
als Speisekanalausnehmung 35 bzw. als Entlüftungskanalausnehmung 36 dienen
und die in einer Querschnittsebene, deren Normalenvektor parallel
zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet ist, eine längliche
Erstreckung aufweisen. In den 4 und 5 sind
jeweils eine Querschnittshaupterstreckung 37 der Speisekanalausnehmung 35 und
eine Querschnittshaupterstreckung 38 der Entlüftungskanalausnehmung 36 eingezeichnet.
Bei der Querschnittshaupterstreckung handelt es sich um eine Gerade,
die sich vorliegend querschnittsmittig mit maximaler Länge innerhalb
einer Berandung des jeweiligen Querschnitts der Speisekanalausnehmung 35 bzw.
der Entlüftungskanalausnehmung 36 erstreckt.
Die Querschnittshaupterstreckungen 37, 38 der
Speisekanalausnehmung 35 und der Entlüftungskanalausnehmung 36 sind
bei der vorliegenden Ausführungsform
des Kanalkörpers 11 koaxial
zueinander ausgerichtet und verlaufen parallel zur nicht dargestellten Flächennormale
der Anschlussfläche 17.
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Wie
aus der Explosionsdarstellung der 2 entnommen
werden kann, bilden die Speisekanalausnehmung 35 und die
Entlüftungskanalausnehmung 36 der
in Stapelrichtung 3 aufgereihten Kanalkörper 11 der Ventilmodule 2 einen
sich zwischen dem Basiselement 4 und der Abschlussplatte 5 erstreckenden,
durchgängigen
Speisekanal, der durch den Pfeil 39 symbolisiert wird,
und einen durchgängigen
Entlüftungskanal,
der durch den Pfeil 40 symbolisiert wird. Dadurch wird
eine zentrale Ver- und
Entsorgung der Ventilmodule 2 mit bzw. von Fluid ermöglicht.
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Wie
den 4 und 5 zu entnehmen ist, erstrecken
sich die Arbeitskanäle 21 und 22 jeweils zwischen
den an der Anschlussfläche 17 ausmündenden
Anschlussöffnungen 20 bzw. 19 und
den an der Bestückungsfläche 18 vorgesehenen
Anschlussbohrungen 25 und 28 bzw. 26 und 27.
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Der
erste Arbeitskanal 21, stellt eine kommunizierende Verbindung
zwischen dem an der Anschlussöffnung 20 anschließbaren fluidischen
Verbraucher und dem ersten 2/2-Wegeventil 41 sowie dem
vierten 2/2-Wegeventil 46 bereit. Der zweite Arbeitskanal 22 ist
für eine
kommunizierende Verbindung zwischen der Anschlussöffnung 19 und
dem zweiten 2/2-Wegeventil 42 sowie dem dritten 2/2-Wegeventil 45 vorgesehen.
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Der
erste Arbeitskanal 21 ist kommunizierend mit dem zweiten
Fluidanschluss 48 des ersten 2/2-Wegeventils 41 und
mit dem ersten Fluidanschluss 55 des vierten 2/2-Wegeventils 46 verbunden.
Der zweite Arbeitskanal 22 ist kommunizierend mit dem zweiten
Fluidanschluss 50 des zweiten 2/2-Wegeventils 42 und
mit dem ersten Fluidanschluss 51 des dritten 2/2-Wegeventils 45 verbunden.
Desweiteren sind der erste Fluidanschluss 47 des ersten
2/2-Wegeventils 41 und der erste Ventilanschluss 49 des
zweiten 2/2-Wegeventils 42 mit der Speisekanalausnehmung 35 kommunizierend
verbunden. Der zweite Fluidanschluss 52 des dritten 2/2-Wegeventils 45 und
der zweite Ventilanschluss 56, des vierten 2/2-Wegeventils 46 sind
kommunizierend mit der Entlüftungskanalausnehmung 36 verbunden.
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Mit
dieser Konfiguration der kommunizierenden Verbindungen zwischen
den Arbeitskanälen 21, 22 und
der Speisekanalausnehmung 35 bzw. der Entlüftungskanalausnehmung 36 sind
die 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 in
einer Vollbrückenschaltung miteinander
gekoppelt, wie sie als schematisches fluidisches Ersatzschaltbild
in der 7 dargestellt ist. Die Vollbrückenschaltung ermöglicht es,
das Ventilmodul 2 bei entsprechender Ansteuerung der einzelnen
2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 in
die in 8 dargestellten Schaltzustände zu bringen, die nachstehend
näher beschrieben
werden.
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Um
eine kompakte Anordnung der Arbeitskanäle 21, 22,
der Anschlussbohrungen 25, 26, 27, 28 und
der Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 im Kanalkörper 11 zu
ermöglichen,
sind Längsachsen der
fluidischen Verbindungen im Kanalkörper 11 jeweils in
einer von zwei voneinander beabstandeten, im Wesentlichen parallel
zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten
Fluidkanalebenen 33, 34 angeordnet. Dadurch können unerwünschte Überschneidungen zwischen
den fluidischen Verbindungen vermieden werden, was eine kompakte
Anordnung der fluidischen Verbindungen ermöglicht.
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Die
Längsachsen
der Anschlussbohrungen 25, 26, 27, 28 und
der Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 sind
gemäß der 4 in
der ersten Fluidkanalebene 33 angeordnet, die beabstandet
von den Fügeflächen 15, 16 zentral
im Inneren des Kanalkörpers 11 angeordnet
ist und die der Schnittebene der 4 und 5 entspricht.
Sämtliche
Anschlussbohrungen 25, 26, 27, 28 und
Verbindungsbohrungen 29, 30 31, 32 sind
bei der vorliegenden Ausführungsform
des Kanalkörpers 11 außerdem orthogonal
zur Bestückungsfläche 18 ausgerichtet,
wodurch die Herstellung des Kanalkörpers 11 begünstigt wird.
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Die
zweite Fluidkanalebene 34 ist benachbart zur ersten Fügefläche 15 angeordnet
und umfasst die Längsachsen
von nutartigen Vertiefungen 61, 62, die in die
erste Fügefläche 15 eingebracht sind.
Die nutartigen Vertiefungen 61, 62 bilden jeweils
einen Abschnitt des Arbeitskanals 21 bzw. 22. Die
nutartige Vertiefung 61 steht über die, beispielsweise als
senkrecht zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten,
als Stichbohrungen ausgeführten
Arbeitskanalbohrungen 57, 58 in kommunizierender Verbindung
mit der zweiten Anschlussöffnung 20 an der
Anschlussfläche 17 und
mit den Anschlussbohrungen 25 und 28, die an der
Bestückungsfläche 18 ausmünden. Die
nutartige Vertiefung 62 steht über die zugeordneten Arbeitskanalbohrungen 59, 60, 63 in
kommunizierender Verbindung mit der An schlussöffnung 19 an der Anschlussfläche 17 und
mit den Anschlussbohrungen 26 und 27, die an der
Bestückungsfläche 18 ausmünden.
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Die
kreuzungsfreie Anordnung der fluidischen Verbindungen ist in den 4 und 5 ersichtlich,
in denen die nutartigen Vertiefungen 61, 62 gestrichelt
dargestellt sind, da sie in der zur dargestellten, mit der Fluidkanalebene 33 deckungsgleich übereinstimmenden
Schnittebene beabstandet angeordneten zweiten Fluidkanalebene 34 liegen,
wie dies beispielsweise aus der 3 entnommen
werden kann.
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Der 3 sind
nutartige Ausnehmungen 65, 66, 67, 68 zu
entnehmen, die jeweils umlaufend um die Speisekanalausnehmung 35,
um die Entlüftungskanalausnehmung 36,
um die nutartige Vertiefung 61 und um die nutartige Vertiefung 62 angeordnet
sind. Die nutartigen Ausnehmungen 65, 66, 67, 68 dienen zur
Aufnahme von nicht dargestellten, beispielsweise als endlose Rundschnurdichtungen
ausgeführten Dichtmitteln.
Diese werden vorgesehen, um eine abdichtende Anlage zwischen den
sich gegenüberliegenden
Fügeflächen 15, 16 benachbarter
Kanalkörper 11 zu
ermöglichen.
Dadurch werden der Speisekanal 39, der Entlüftungskanal 40 und
der erste sowie der zweite Arbeitskanal 21, 22 abgedichtet.
In gleicher Weise sind an der Abschlussplatte 5 nicht näher bezeichnete,
umlaufende, nutartige Ausnehmungen zur Aufnahme von Dichtmitteln
vorgesehen, die für
die abdichtende Anlage der Abschlussplatte 5 am letzten
Kanalkörper 11 ausgebildet
sind.
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Die
in der 5 eingezeichneten Querschnittshaupterstreckungen 37, 38 der
Speisekanalausnehmung 35 bzw. der Entlüftungskanalausnehmung 36 bestimmen
zusammen mit der Stapelrichtung 3 eine Trennebene 69.
Die Trennebene 69 ist parallel zu den Flächennormalen
der Fügeflächen 15, 16 ausgerichtet
und unterteilt den Kanalkörper 11 in
der Darstellung gemäß der 5 in
einen oberen Abschnitt 73 und einen unteren Abschnitt 74.
Der erste Arbeitskanal 21 verläuft über einen größten Teil seiner
Länge unterhalb
der in 5 eingezeichneten Trennebene 69 und somit
im unteren Abschnitt 74 des Kanalkörpers 11. Der zweite
Arbeitskanal 22 verläuft
hingegen vollständig
oberhalb der Trennebene 69 und somit im oberen Abschnitt 73 des
Kanalkörpers 11.
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Durch
diesen Verlauf der Arbeitskanäle 21 und 22 lässt sich
eine vorteilhafte Anordnung der Speisekanalausnehmung 35 und
der Entlüftungskanalausnehmung 36 im
Kanalkörper 11 erreichen.
Insbesondere wird dadurch gewährleistet,
dass die fluidischen Verbindungen zwischen der Speisekanalausnehmung 35,
den 2/2-Wegeventilen 41, 42, 45, 46,
den Anschlussöffnungen 19, 20 und
der Entlüftungskanalausnehmung 36 kurz
gehalten werden können.
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Der
Aufbau des in der 6 exemplarisch näher dargestellten
2/2-Wegeventils 46 ist stellvertretend für sämtliche
in den 1 bis 5 dargestellten 2/2-Wegeventile 41, 42, 45 46.
Das 2/2-Wegeventil 46 ist als kompakte Ventileinheit 12 im
Wesentlichen aus einem elektromagnetischem Betätigungsmittel 76,
einem Ventilabschnitt 77 und einer zwischen Betätigungsmittel 76 und
Ventilabschnitt 77 aufgenommenen Distanzplatte 78 aufgebaut.
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Das
elektromagnetische Betätigungsmittel 76 umfasst
einen U-förmigen,
aus mehreren Einzelplatten zusammengesetzten Eisenrückschluss 79, an
dessen parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln 82, 85 jeweils
aus nicht näher
dargestellten Drahtwindungen aufgebaute elektromagnetische Spulenkörper 80, 81 angeordnet
sind. Die im Wesentlichen zylinderhülsenförmig ausgebildeten Spulenkörper 80, 81 können mittels
nicht näher
dargestellter elektrischer Verbindungsleitungen mit elektrischer
Energie beaufschlagt werden. Die beiden Schenkel 82, 85 des
Eisenrückschluss 79 werden durch
einen Verbindungssteg 86 miteinander verbunden, der einen
magnetischen Fluss zwischen den beiden Schenkeln 82, 85 gestattet.
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An
einer dem Verbindungssteg 86 entgegengesetzten Stirnseite
der Schenkel 82, 85 ist ein vorliegend plattenförmig ausgebildetes
Ventilglied 87 angeordnet, dessen Dicke geringer gewählt ist
als die Dicke der Distanzplatte 78. Dadurch kann das Ventilglied 87 zwischen
einer dem Eisenrückschluss 79 be abstandeten
Sperrstellung, wie sie in der 6 dargestellt
ist, und einer nicht dargestellten, am Eisenrückschluss 79 anliegenden
Freigabestellung.
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Eine
Bewegung des Ventilglieds 87 aus der in 6 dargestellten
Sperrstellung nach oben in die nicht dargestellte Freigabestellung
kann stattfinden, wenn die Spulenkörper 80, 81 des
elektromagnetischen Betätigungsmittels 76 mit
elektrischer Energie beaufschlagt werden. Hierdurch wird in den
Spulenkörpern 80, 81 ein
Magnetfeld aufgebaut und an die freien Enden der Schenkel 82, 85 des
Eisenrückschluss 79 geführt, durch
dessen Anziehungskraft das aus magnetisierbarem Material hergestellte
Ventilglied 87 in Richtung des Eisenrückschluss 79 bewegt
werden kann.
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In
der Sperrstellung verschließt
das Ventilglied 81 einen Durchgang 83 zwischen
einer Ventilkammer 88, die von Wandabschnitten des elektromagnetischen
Betätigungsmittels 76,
des Ventilabschnitts 77 und der Distanzplatte 78 begrenzt
wird und dem zweiten Fluidanschluss 56. Die Ventileinheit 12 ist
achssymmetrisch zur Mittelachse der Ausnehmung des zweiten Fluidanschlusses 36.
Dementsprechend steht die Ventilkammer 88 mit den zwei ersten
Fluidanschlüssen 55,
die symmetrisch zum ersten Fluidanschluss 56 angeordnet
sind, in kommunizierender Verbindung.
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Sofern
am ersten Fluidanschluss 55 und damit auch in der Ventilkammer 88 ein Überdruck
gegenüber
dem zweiten Fluidanschluss 56 vorliegt, wirkt eine resultierende
Druckkraft auf das Ventilglied 87, die gemäß der Darstellung
der 6 nach unten gerichtet ist. Ohne eine entsprechende,
vom elektromagnetischen Betätigungsmittel 76 bereitgestellte und
in entgegengesetzer Richtung wirkende magnetische Anziehungskraft
wird das Ventilglied 87 auf einen im Ventilabschnitt 77 ausgebildeten
Ventilsitz 89 gepresst, wodurch der Durchgang 83 zwischen
dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss 55, 56 verschlossen
ist.
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Bei
Beaufschlagung des elektromagnetischen Betätigungsmittels 76 mit
elektrischer Energie übt
dieses eine magnetische Anziehungskraft auf das Ventilglied 87 aus.
Mit der magnetischen Anziehungskraft kann die resultierende Druckkraft
auf das Ventilglied 87 überwunden
werden, so dass das Ventilglied 87 vom Ventilsitz 89 abgehoben
wird und den Durchgang 83 freigibt. Somit kann Fluid zwischen dem
ersten Fluidanschluss 55 und dem zweiten Fluidanschluss 56 strömen.
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Aus
dem in der 7 dargestellten fluidischen
Ersatzschaltbild für
das Ventilmodul 2 ist ersichtlich, wie die 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 mittels
der im Kanalkörper 11 vorgesehenen
und vorstehend näher
beschriebenen fluidischen Verbindungen miteinander verschaltet sind.
Die ersten Fluidanschlüsse 47, 49 des
ersten und des zweiten 2/2-Wegeventils 41, 42 sind
mit der Speisekanalausnehmung 35 verbunden, die in der 7 als
P-Anschluss gekennzeichnet ist. Der zweite Fluidanschluss 48 des
ersten 2/2-Wegeventils 41 und der erste Fluidanschluss 55 des
vierten 2/2-Wegeventils 46 sind mit einem ersten Arbeitskanal 21 verbunden, der
in der Anschlussöffnung 20 ausmündet und
mit Z1 bezeichnet ist. Der zweite Fluidanschluss 50 des zweiten
2/2-Wegeventils 42 und der erste Fluidanschluss 51 des
dritten 2/2-Wegeventils 45 sind mit einem zweiten Arbeitskanal 22 verbunden,
der in der Anschlussöffnung 19 ausmündet und
mit Z2 bezeichnet ist. Die zweiten Fluidanschlüsse 52, 56 des
dritten und des vierten 2/2-Wegeventils 45, 46 sind
mit der Entlüftungskanalausnehmung 36 verbunden,
die in der 7 mit R bezeichnet ist.
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Aus
der 8 geht hervor, in welcher Weise die in der Vollbrückenverschaltung
angeordneten 2/2-Wegeventile unterschiedliche Fluidströmungen zwischen
der Speisekanalausnehmung 35, der Entlüftungskanalausnehmung 36 und
den Arbeitskanälen 19 und 20 beeinflussen
können.
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Beim
Schaltzustand 8.1 sind alle Verbindungen gesperrt. Beim
Schaltzustand 8.2 ist eine Verbindung zwischen P und Z1
freigegeben, hierdurch kann beispielsweise eine erste Zylinder kammer
eines fluidischen Antriebszylinders mit Fluid beaufschlagt werden.
Beim Schaltzustand 8.3 ist eine Verbindung zwischen P und
Z2 freigegeben, hierdurch kann beispielsweise eine zweite Zylinderkammer
eines fluidischen Antriebszylinders mit Fluid beaufschlagt werden.
Beim Schaltzustand 8.4 ist eine Verbindung zwischen Z1
und R freigegeben, hierdurch kann beispielsweise eine erste Zylinderkammer
eines fluidischen Antriebszylinders belüftet werden. Beim Schaltzustand 8.5 ist
eine Verbindung zwischen Z2 und R freigegeben, hierdurch kann beispielsweise eine
zweite Zylinderkammer eines fluidischen Antriebszylinders belüftet werden.
Beim Schaltzustand 8.6 sind Verbindungen zwischen P und
Z2 sowie zwischen Z1 und R freigegeben, hierdurch kann beispielsweise
eine erste Zylinderkammer eines fluidischen Antriebszylinders belüftet und
gleichzeitig eine zweite Zylinderkammer des fluidischen Antriebszylinders
mit Fluid beaufschlagt werden. Beim Schaltzustand 8.7 sind
Verbindungen zwischen P und Z1 sowie zwischen Z2 und R freigegeben,
hierdurch kann beispielsweise eine erste Zylinderkammer eines fluidischen
Antriebszylinders mit Fluid beaufschlagt und gleichzeitig eine zweite
Zylinderkammer des fluidischen Antriebszylinders belüftet werden.
Beim Schaltzustand 8.8 sind Verbindungen zwischen Z1 und
R sowie zwischen Z2 und R freigegeben, wodurch beispielsweise eine
erste und eine zweite Zylinderkammer eines fluidischen Antriebszylinders
belüftet
werden können.
Beim Schaltzustand 8.9 sind Verbindungen zwischen P und
Z1 sowie zwischen P und Z2 freigegeben, wodurch beispielsweise eine erste
und eine zweite Zylinderkammer eines fluidischen Antriebszylinders
zeitgleich mit Fluid beaufschlagt werden können.
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Darüber hinaus
können
die einzelnen 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 durch
getaktete Ansteuerung, insbesondere nach dem Pulsweiten-Modulationsverfahren
(PWM), jeweils in der Art von Proportionalventilen bzw. Stetigventilen
betrieben werden, um einen vorgebbaren Fluidstrom freizugeben.