-
Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem sich eine längliche Ventilkammer befindet, in der ein nach Art eines Kolbenschiebers ausgebildeter Ventilschieber zwischen mehreren Schaltstellungen axial verschiebbar angeordnet ist, wobei wenigstens zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden, mit jeweils einem Ventilkanal kommunizierenden ersten und zweiten Ventilkammerabschnitten eine von dem Ventilschieber axial durchsetzte gehäusefeste, nach radial innen weisende ringförmige Dichtfläche angeordnet ist, mit der der Ventilschieber bei Einnahme einer ersten Schaltstellung mittels einem ersten von zwei axial zueinander beabstandeten Steuerabschnitten in Dichtkontakt steht, wobei sich axial zwischen diesen beiden Steuerabschnitten eine nach radial außen hin offene ringförmige Überströmnut befindet, die bei Einnahme einer zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers derart radial innerhalb der Dichtfläche angeordnet ist, dass sie eine Fluidverbindung zwischen den beiden die Dichtfläche axial flankierenden Ventilkammerabschnitten herstellt.
-
Ein als 5/3-Wegeventil ausgebildetes Mehrwegeventil dieser Art ist aus der
EP 0 475 070 A1 bekannt. Dessen nach Art eines Kolbenschiebers ausgebildeter Ventilschieber enthält zwei nach Art von Einschnürungen ausgebildete ringförmige Überströmnuten, die von jeweils zwei Steuerabschnitten flankiert sind, die je nach Schaltstellung des Ventilschiebers mit verschiedenen, von gehäusefesten Dichtungsringen gebildeten Dichtflächen in radialen Dichtkontakt treten können, um axial benachbarte Ventilkammerabschnitte einer den Ventilschieber aufnehmenden Ventilkammer voneinander abzutrennen. Um eine Fluidverbindung zwischen axial benachbarten Ventilkammerabschnitten herzustellen, wird der Ventilschieber derart positioniert, dass die zugeordnete Überströmnut radial innerhalb der zwischen den zu verbindenden Ventilkammerabschnitten angeordneten Dichtfläche zu liegen kommt.
-
Zwar arbeitet ein gemäß der
EP 0 475 070 A1 aufgebautes Mehrwegeventil zuverlässig. Man hat jedoch festgestellt, dass insbesondere beim Umschalten des Ventilschiebers aus einer der äußeren Schaltstellungen in die Mittelstellung durch das zu verteilende Fluid kurzseitig Fluidkräfte auf den Ventilschieber einwirken, die unerwünschte Zwischenstellungen des Ventilschiebers hervorrufen können, wenn man den Ventilschieber nicht durch zusätzliche Haltekräfte, seien sie mechanischer oder fluidischer Art, festhält.
-
Die gleiche Problematik ergibt sich bei dem in der
DE 10 2006 040 052 A1 beschriebenen Mehrwegeventil, das auch einen Aufbau der eingangs genannten Art besitzt und dessen Ventilschieber durch Federmittel in einer Mittelstellung fixierbar ist, aus der er durch Beaufschlagung mittels Fluidkräften in wahlweise eine von zwei äußeren Schaltstellungen umschaltbar ist.
-
Grundsätzlich kann die geschilderte Problematik auch bei Mehrwegeventilen anderer Funktionalitäten auftreten, beispielsweise auch bei 3/2-Mehrwegeventilen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zu treffen, die die Auswirkungen von auf den Ventilschieber einwirkenden Fluidkräften des zu verteilenden Fluides verringern.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Ventilschieber einen konzentrisch in der Überströmnut angeordneten, vom Nutgrund der Überströmnut radial abstehenden, ringförmigen Unterteilungsvorsprung aufweist, der zu dem ersten Steuerabschnitt derart axial beabstandet ist, dass die Dichtfläche in der zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers auf axialer Höhe zwischen dem ersten Steuerabschnitt und dem Unterteilungsvorsprung angeordnet ist.
-
Wie man festgestellt hat, tritt eine unerwünschte Fluidbeaufschlagung des Ventilschiebers vor allem beim Umschalten in eine Schaltstellung auf, die einen unter Überdruck stehenden Ventilkammerabschnitt mit einem drucklosen Ventilkammerabschnitt verbindet. Der Fall ist dies beispielsweise bei einer Schaltstellung, die einen mit einem Verbraucher verbundenen Ventilkammerabschnitt mit einem zu Entlüftungszwecken mit der Atmosphäre verbundenen Ventilkammerabschnitt verbindet. Wenn sich hier der Steuerabschnitt von der Dichtfläche entfernt, bildet sich ein zunächst nur schmaler Überströmspalt aus, der eine Beschleunigung der Fluidströmung zur Folge hat mit daraus resultierendem Druckabfall auch an der die Überströmnut flankierenden Stirnfläche des ersten Steuerabschnittes. Dementsprechend ist die von dem zu verteilenden Fluid in der momentanen Umschaltrichtung auf den Ventilschieber einwirkende Kraft geringer als die in entgegengesetzter Richtung auf den zweiten Steuerabschnitt wirkende Stellkraft. Aus dieser Erkenntnis heraus wird die Überströmnut erfindungsgemäß durch den radial von ihrem Nutgrund abstehenden, nach Art eines Ringbundes ausgebildeten Unterteilungsvorsprung in mehrere ihrerseits wiederum nutartige Zonen unterteilt, innerhalb denen zwar kurzzeitig unterschiedliche Fluiddrücke herrschen können, deren axiale Begrenzungsflächen jedoch jeweils mit zumindest annähernd dem gleichen Druck beaufschlagt werden, so dass keine oder nur sehr geringe resultierende Fluidkräfte auftreten. Insbesondere der Umstand, dass die Dichtfläche in der zweiten Schaltstellung in dem zwischen dem ersten Steuerabschnitt und dem Unterteilungsvorsprung liegenden axialen Bereich platziert ist, hat zur Folge, dass zwar aufgrund der Strömungsbeschleunigung in dem zwischen dem ersten Steuerabschnitt und dem Unterteilungsvorsprung liegenden Bereich ein Druckabfall auftritt, der reduzierte Druck jedoch axial sowohl auf den ersten Steuerabschnitt als auch auf den Unterteilungsvorsprung wirkt und folglich bei entsprechend großem Außendurchmesser des Unterteilungsvorsprunges ein zumindest annähernder Ausgleich der in entgegengesetzten Richtung auf den Ventilschieber einwirkenden Druckkräfte erzielbar ist. In vergleichbarer Weise findet auf der dem ersten Steuerabschnitt entgegengesetzten Seite des Unterteilungsvorsprunges ebenfalls ein Druckkraftausgleich statt, der zwar auf einem höheren Niveau angesiedelt ist, gleichwohl jedoch keine oder nur geringe resultierenden fluidische Stellkräfte bezüglich des Ventilschiebers zulässt. Somit können die zum Fixieren des Ventilschiebers in der zweiten Schaltstellung erforderlichen Haltekräfte auf ein Minimum reduziert werden. In der Regel reichen bereits die zwischen dem Ventilschieber und mindestens einer Dichtfläche vorhandenen Reibkräfte aus, um die zweite Schaltstellung zu stabilisieren.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Ein optimaler Druckausgleich wird erreicht, wenn der Außen durchmesser des ringförmigen Unterteilungsvorsprunges demjenigen des ersten Steuerabschnittes entspricht und somit zweckmäßigerweise auch demjenigen des den gleichen Außendurchmesser wie der erste Steuerabschnitt aufweisenden zweiten Steuerabschnittes. Insbesondere dann jedoch, wenn der Unterteilungsvorsprung aufgrund einer entsprechenden Bauweise des Mehrwegeventils beim Umschalten des Ventilschiebers an der Dichtfläche vorbeiläuft, ist es zur Minimierung des Verschleißes zweckmäßig, den Außendurchmesser des Unterteilungsvorsprunges geringfügig kleiner als denjenigen des ersten Steuerabschnittes zu wählen, so dass entweder kein Kontakt zwischen dem Unterteilungsvorsprung und der Dichtfläche möglich ist oder dieser Kontakt wenigstens zu einer geringeren radialen Pressung der Dichtfläche bzw. des die Dichtfläche aufweisenden Dichtungselementes führt.
-
Vorzugweise befindet sich in der Überströmnut genau ein ring förmiger Unterteilungsvorsprung, durch den die Überströmnut folglich axial in zwei ringnutförmige Druckausgleichszonen unterteilt ist, in denen unter den oben genannten Umständen unterschiedlich hohe Drücke herrschen, allerdings verbunden mit einem jeweils internen, teilweisen oder zumindest annähernd vollständigen Druckkraftausgleich.
-
Wie sich gezeigt hat, ergibt sich der angestrebte Effekt in besonders vorteilhafter Weise, wenn der lichte axiale Abstand zwischen dem Unterteilungsvorsprung und dem ersten Steuerabschnitt geringer ist als derjenige zwischen dem Unterteilungsvorsprung und dem dem ersten Steuerabschnitt gegenüberliegenden zweiten Steuerabschnitt.
-
Vorzugsweise ist das Mehrwegeventil so ausgebildet, dass die Überströmnut in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers im Bereich eines als Arbeitsabschnitt bezeichneten Ventilkammerabschnittes liegt, der mit einem das Ventilgehäuse durchsetzenden Ventilkanal kommuniziert und auf diesem Wege an einen zu betätigenden Verbraucher, beispielsweise einen fluidbetätigten Arbeitszylinder, anschließbar ist. Der axial jenseits der Dichtfläche liegende Ventilkammerabschnitt ist hierbei zweckmäßigerweise ein mit einer Drucksenke, insbesondere mit der Atmosphäre verbundener und dementsprechend als Abführabschnitt bezeichenbarer Ventilkammerabschnitt. An dieser Stelle sei erwähnt, dass das Mehrwegeventil zwar insbesondere zur Verwendung beim Verteilen bzw. Steuern gasförmiger Fluide und insbesondere Druckluft einsetzbar ist, es sich aber auch zur Verteilung flüssiger Medien nutzen lässt.
-
Vorzugsweise ist das Mehrwegeventil so aufgebaut, dass die Überströmnut in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers derart im Bereich einer weiteren ringförmigen Dichtfläche zu liegen kommt, dass der Ventilschieber den schön erwähnten Arbeitsabschnitt mit einem als Speiseabschnitt bezeichenbaren weiteren Ventilkammerabschnitt verbindet, an den eine Druckquelle anschließbar ist, die das zu verteilende Druckfluid liefert.
-
Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Maßnahme in Verbindung mit einem 5/3-Wegeventil realisieren, bei dem der Ventilschieber in wahlweise einer von drei Schaltstellungen positionierbar ist. Hierbei kann insbesondere die zweite Schaltstellung eine Mittelstellung sein, ausgehend von der der Ventilschieber durch Verschieben in einer ersten Umschaltrichtung in die erste Schaltstellung oder durch Verschieben in einer zu der ersten Umschaltrichtung entgegengesetzten zweiten Umschaltrichtung in eine dritte Schaltstellung umschaltbar ist. Vorzugsweise zeichnet sich die Mittelstellung dadurch aus, dass ein Speiseabschnitt der Ventilkammer von allen anderen Ventilkammerabschnitten abgetrennt ist, während gleichzeitig zwei den Speiseabschnitt auf axial entgegengesetzten Seiten flankierende Arbeitsabschnitte über je eine eigene Überströmnut mit einem sich axial anschließenden Abführabschnitt der Ventilkammer in Fluidverbindung stehen.
-
Das Mehrwegeventil kann insbesondere so ausgebildet sein, dass Federmittel vorhanden sind, die bei der Vorgabe der Mittelstellung des Ventilschiebers mitwirken.
-
Der Ventilschieber enthält zweckmäßigerweise einen einstückigen, aus Metall oder aus Kunststoffmaterial bestehenden kolbenähnlichen Schieberkörper, der sowohl die Steuerabschnitte bildet als auch mindestens eine Überströmnut aufweist, wobei zweckmäßigerweise die glattflächigen zylindrischen Außenflächen der Steuerabschnitte dichtend an einer der gehäusefesten Dichtflächen anliegen, wenn der Ventilschieber entsprechend positioniert ist.
-
Die mindestens eine Dichtfläche ist zweckmäßigerweise von einem aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Dichtungsring gebildet, der ortsfest bezüglich dem Ventilgehäuse fixiert ist, wobei er insbesondere Bestandteil einer ringförmigen Dichtungseinheit sein kann, die über ein den Dichtungsring festhaltendes starres Dichtungsgehäuse verfügt, das am Ventilgehäuse festgelegt ist, insbesondere durch eine Pressverbindung.
-
Vorzugsweise ist das Mehrwegeventil von elektro-fluidisch vorgesteuerter Bauart. Es kann zu diesem Zweck ein oder mehrere elektrisch betätigbare Vorsteuerventile aufweisen, die die Beaufschlagung des Ventilschiebers mittels eines Betätigungsfluides steuern können, um das Umschalten des Ventilschiebers mittels fluidischen Steilkräften zu beeinflussen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrwegeventil bevorzugten Aufbaus, wobei der Ventilschieber bei Einnahme einer eine Mittelstellung bildenden zweiten Schaltstellung gezeigt ist,
-
2 den in 1 strichpunktierten umrahmten Ausschnitt II in einem vergrößerten Maßstab,
-
3 den Ausschnitt aus 2 bei Einnahme der ausgehend von der Mittelstellung gemäß 1 nach rechts ausgelenkten ersten Schaltstellung, und
-
4 den Ausschnitt gemäß 2 bei ausgehend von der Mittelstellung gemäß 1 nach links in eine dritte Schaltstellung verschobenem Ventilschieber.
-
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mehrwegeventil des Ausführungsbeispiels ist von vorgesteuerter Bauart und enthält ein Hauptventil 2 sowie eine mit dem Hauptventil 2 funktionell und/oder mechanisch verbundene, in 1 nur strichpunktiert angedeutete Vorsteuereinheit 3.
-
Das Hauptventil 2 verfügt über einen als Kolbenschieber ausgebildeten länglichen Ventilschieber 4, der unter Ausführung einer in Achsrichtung seiner Längsachse 5 orientierten und durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 6 in mehreren verschiedenen Schaltstellungen positionierbar ist. Die das Umschalten bewirkende Stellkraft ist eine Fluidkraft, die mittels der Vorsteuereinheit 3 zur Verfügung gestellt wird. Hierzu ist Vorsteuereinheit 3 in der Lage, zwei sich jeweils an eine der Stirnseiten des Ventilschiebers 4 anschließende Betätigungsräume 7a, 7b mit einem Betätigungsfluid zu beaufschlagen oder, insbesondere durch Entlüftung, vom Druck zu entlasten. Jeder Betätigungsraum 7a, 7b ist von einer beweglichen Wand in Gestalt eines Betätigungskolbens 8a, 8b begrenzt, der stirnseitig auf den Ventilschieber 4 einwirken kann, um selbigen zwecks axialer Verlagerung zu beaufschlagen.
-
In jeden Betätigungsraum 7a, 7b mündet ein zum Teil nur strichpunktiert angedeuteter eigener Vorsteuerkanal 12a, 12b, dessen Druckbeaufschlagung durch die Vorsteuereinheit 3 steuerbar ist.
-
Jeder Vorsteuerkanal 12a, 12b ist insbesondere an ein eigenes, nicht weiter abgebildetes und elektrisch betätigbares Vorsteuerventil angeschlossen, dessen Schaltstellung bestimmt, ob der jeweilige Vorsteuerkanal 12a, 12b und folglich auch der mit diesem verbundene Betätigungsraum 7a, 7b mit einem Betätigungsdruck beaufschlagt oder druckentlastet wird. Bei den Vorsteuerventilen handelt es sich beispielsweise um Magnetventile oder Piezzoventile.
-
Das Mehrwegeventil 1 verfügt über ein zumindest das Gehäuse des Hauptventils 2 bildendes Ventilgehäuse 13, in dessen Innern ein länglicher, im Folgenden als Ventilkammer 14 bezeichneter Innenraum ausgebildet ist. Die Längsachse 5 des Ventilschiebers 4 ist zweckmäßigerweise gleichzeitig auch die Längsachse der Ventilkammer 14. Der Ventilschieber 4 ist koaxial und zur Ausführung der Umschaltbewegung 6 axial verschiebbar in der Ventilkammer 14 aufgenommen.
-
Die beiden Betätigungsräume 7a, 7b sind von den Endabschnitten der Ventilkammer 14 gebildet. Die Betätigungskolben 8a, 8b sind mit Dichtkontakt zur peripheren Umfangsfläche 15 der Ventilkammer 14 in letzterer axial verschiebbar. Ein in der schon geschilderten Weise mit einem Betätigungsfluid beaufschlagter Betätigungskolben 8a, 8b drückt auf die zugewandte Stirnfläche 16a, 16b des Ventilschiebers 4 und kann letzteren auf diese Weise relativ zum Ventilgehäuse 13 in der Ventilkammer 14 verschieben.
-
Während beim Ausführungsbeispiel die beiden Betätigungskolben 8a, 8b bezüglich dem Ventilschieber 4 separate Komponenten sind, können sie prinzipiell auch als direkte Bestandteile des Ventilschiebers 4 ausgeführt sein.
-
Das Mehrwegeventil 1 des Ausführungsbeispiels ist in vorteilhafter Weise als 5/3-Wegeventil ausgebildet, bei dem der Ventilschieber 4 in drei Schaltstellungen positionierbar ist. Je nach Schaltstellung werden das Ventilgehäuse 13 durchsetzende Ventilkanäle 17 in unterschiedlichem Muster fluidisch miteinander verbunden oder voneinander abgetrennt. Besagte Ventilkanäle 17, beim Ausführungsbeispiel fünf Stück, münden an in Achsrichtung der Längsachse 5 zueinander beabstandeten Stellen an der Umfangsfläche 15 in die Ventilkammer 14 ein.
-
Auf diese Weise kommuniziert jeder Ventilkanal 17 mit einem eigenen Ventilkammerabschnitt 18 der Ventilkammer 14, wobei die beim Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Ventilkammerabschnitte 18 axial aufeinanderfolgend in der Ventilkammer 14 angeordnet sind.
-
Die Unterteilung in die einzelnen Ventilkammerabschnitte 18 wird durch mehrere radial nach innen orientierte ringförmige Dichtflächen 22 bewirkt, die mit axialem Abstand zueinander im Bereich der peripheren Wandung der Ventilkammer 14 angeordnet sind, und zwar jeweils konzentrisch zu der Längsachse 5. Je eine solche Dichtfläche 22 befindet sich zwischen axial unmittelbar benachbarten Ventilkammerabschnitten 18. Je eine weitere solche Dichtfläche 22 ist zweckmäßigerweise in vergleichbarer Weise axial außerhalb des jeweils letzten Ventil kammerabschnittes 18 angeordnet, so dass auch dieser von zwei ringförmigen Dichtflächen 22 axial flankiert ist.
-
Jede Dichtfläche 22 ist beim Ausführungsbeispiel Bestandteil eines insbesondere aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Dichtungsringes 23, von dessen Innenumfang sie gebildet ist. Jeder Dichtungsring 23 kann beispielsweise in einer Haltenut des Ventilgehäuses 13 fixiert sein oder auch an einer in das Ventilgehäuse 13 eingeschobenen Trägerhülse. Beim Ausführungsbeispiel ist jeder Dichtungsring 23 Bestandteil einer ringförmigen Dichtungseinheit 21, die außer dem Dichtungsring 23 ein den Dichtungsring 23 teilweise umschließendes, im Querschnitt U-förmiges, ringförmiges Dichtungsgehäuse 24 aufweist, das, insbesondere durch Einpressen, an der Umfangsfläche 15 der Ventilkammer 14 fixiert ist.
-
Auf den axial jeweils äußeren Ventilkammerabschnitt 18 folgt ein Endabschnitt 25a, 25b der Ventilkammer 14, in den der Ventilschieber 4 hineinragt und in dem der zugeordnete Betätigungskolben 8a, 8b axial gleitverschieblich aufgenommen ist. Die beiden axial äußeren Dichtflächen 22 bewirken durch ständigen radialen Dichtkontakt mit der Außenfläche des Ventilschiebers 4 eine fluiddichte Abtrennung der Endabschnitte 25a, 25b von dem sich jeweils anschließenden Ventilkammerabschnitt 18.
-
Der Ventilschieber 4 hat eine zylindrische, bevorzugt kreiszylindrische Außenkontur und dementsprechend eine zylindrische oder kreiszylindrische, nach radial außen weisende Umfangsfläche 26. Allerdings ist der Außendurchmesser über die Länge des Ventilschiebers 4 hinweg nicht konstant. An mindestens einer Stelle und zweckmäßigerweise an mehreren axial zueinander beabstandeten Stellen verfügt der Ventilschieber 4 über eine ringsumlaufende Einschnürung, die die Erscheinungsform einer nach radial außen hin offenen Ringnut hat und die aufgrund ihrer noch zu erläuternden Funktion als Überströmnut 27 bezeichnet wird. In Verbindung mit der geschilderten 5/3-Ventilfunktion enthält der Ventilschieber 4 zweckmäßigerweise zwei solcher Überströmnuten 27.
-
Jede Überströmnut 27 unterteilt den Ventilschieber 4 in Längsrichtung in zwei durch die Überströmnut 27 axial zueinander beabstandete, im Folgenden als Steuerabschnitte 28 bezeichnete Längenabschnitte. Insgesamt verfügt der Ventilschieber 4 auf diese Weise beim Ausführungsbeispiel über drei Steuerabschnitte 28, die im Folgenden auch als erster, zweiter und dritter Steuerabschnitt 28a, 28b, 28c bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise sind die Außenkonturen bzw. Außendurchmesser aller Steuerabschnitte 28 untereinander gleich.
-
Der Ventilschieber 4 durchsetzt die zueinander koaxiale Anordnung der mehreren Dichtflächen 22, so dass sich die Dichtflächen 22, und die Außenumfangsfläche 26 des Ventilschiebers 4 radial gegenüberliegen.
-
Der Außenquerschnitt der Steuerabschnitte 28 ist so auf den von den Dichtflächen 22 umgrenzten Ringquerschnitt abgestimmt, dass dann, wenn ein Steuerabschnitt 28 eine Dichtfläche 22 durchsetzt, der Steuerabschnitt 28 mit seiner Außenumfangsfläche 26 mit einer gewissen radialen Vorspannung an der zugeordneten Dichtfläche 22 anliegt. Auf diese Weise liegt eine fluiddichte Verbindung vor, die verhindert, dass Fluid zwischen den momentan axial beidseits der betreffenden Dichtfläche 22 angeordneten Abschnitten der Ventilkammer 14 überströmt.
-
Kommt hingegen eine Überströmnut 27 auf axialer Höhe einer Dichtfläche 22 zu liegen, so dass sie radial innerhalb der betreffenden Dichtfläche 22 angeordnet ist, ergibt sich ein Zwischenraum, der es dem zu verteilenden Fluid ermöglicht, zwischen den beiden diesseits und jenseits der Dichtfläche 22 angeordneten Ventilkammerabschnitten 18 überzuströmen.
-
Vorzugsweise sind die Steuerabschnitte 28 und Überströmnuten 27 integraler Bestandteil eines einstückigen, insbesondere aus Metall bestehenden Schieberkörpers 32. An diesem Schieberkörper befindet sich auch die eine, zweite Stirnfläche 16b. Die andere, erste Stirnfläche 16a kann prinzipiell auch direkt an dem Schieberkörper 32 ausgebildet sein, befindet sich exemplarisch doch stirnseitig an einem axial verschiebbar in den Schieberkörper 32 eintauchenden Abstützkörper 33, wobei in einer Ausnehmung des Schieberkörpers 32 angeordnete Federmittel 34 sich derart drückend zwischen dem Schieberkörper 32 und dem Abstützkörper 33 abstützen, dass letzterer in eine aus 1 ersichtliche ausgefahrene Stellung vorgespannt ist. Am Schieberkörper 32 angeordnete Anschlagmittel 35 begrenzen die Ausfahrbewegung des Abschnittskörpers 33 und geben dessen ausgefahrene Stellung bezüglich des Schieberkörpers 32 vor.
-
Die 1 und 2 zeigen den Ventilschieber 4 bei Einnahme einer im Folgenden auch als zweite Schaltstellung bezeichneten Mittelstellung. Hier ist der in 1 links abgebildete erste Betätigungskolben 8a nicht durch ein Betätigungsfluid beaufschlagt und nimmt seine Grundstellung ein, in der er an der die Ventilkammer 14 stirnseitig begrenzenden ersten Abschlusswand 36a anliegt. An dem ersten Betätigungskolben 8a stützt sich der in der ausgefahrenen Stellung befindliche Abstützkörper 33 ab. Durch die zwischen den Dichtflächen 22 und der Außenumfangsfläche 26 herrschende Reibung bleibt der Ventilschieber 4 in dieser Mittelstellung kraftschlüssig fixiert.
-
Durch Fluidbeaufschlagung des dem ersten Betätigungskolben 8a zugeordneten ersten Betätigungsraumes 7a kann der erste Betätigungskolben 8a den Ventilschieber 4 in einer in 1 nach rechts gerichteten ersten Umschaltrichtung 6a nach rechts in eine aus 3 ersichtliche äußere Schaltstellung verlagern, die im Folgenden als erste Schaltstellung bezeichnet sei. Diese erste Schaltstellung ist dann erreicht, wenn sich der Ventilschieber 4 mit seiner dem zweiten Betätigungskolben 8b zugeordneten Stirnfläche 16b an dem besagten zweiten Betätigungskolben 8b abstützt, wobei dieser zweite Betätigungskolben 8b seinerseits an der zugeordneten stirnseitigen zweiten Abschlusswand 36b der Ventilkammer 14 anliegt.
-
Ausgehend von der ersten Schaltstellung oder der zweiten Schaltstellung (Mittelstellung) kann der Ventilschieber 4 durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung des zweiten Betätigungskolbens 8b in einer zur ersten Umschaltrichtung 6a entgegengesetzten zweiten Umschaltrichtung 6b bewegt werden, um in eine in 1 nach links bewegte äußere Schaltstellung umgeschaltet zu werden, die im Folgenden als dritte Schaltstellung bezeichnet sei und aus 4 ersichtlich ist. Die dritte Schaltstellung erreicht man bei gleichzeitiger Druckentlastung des ersten Betätigungsraumes 7a, wobei durch Fluidbeaufschlagung des entgegengesetzten zweiten Betätigungsraumes 7b der zweite Betätigungskolben 8b in die in 1 strichpunktiert angedeutete Position 37 verlagert wird, in der sich der Ventilschieber 4 mit der entgegengesetzten Stirnfläche 38 des Schieberkörpers 32 an dem sich an der ersten Abschlusswand 36a abstützenden ersten Betätigungskolben 8a abstützt. Der Abstützkörper 33 ist hierbei unter Komprimierung der Federmittel 34 weiter in den Schieberkörper 32 eingetaucht.
-
Soll ausgehend von der dritten Schaltstellung die Mittelstellung gemäß 2 erreicht werden, genügt eine Druckentlastung des ersten Betätigungsraumes 7a, so dass die Federmittel 34 den Schieberkörper 32 relativ zu dem sich am ersten Betätigungskolben 8a abstützenden Abstützkörper 33 zurückschieben.
-
Bei einer bevorzugten Betriebsweise des Mehrwegeventils 1 stellt der mittlere Ventilkammerabschnitt 18 einen Speiseabschnitt 18a dar, der über den zugeordneten Ventilkanal 17 mit einer das zu verteilende Fluid liefernden Druckquelle verbindbar ist. Zu beiden Seiten flankiert wird dieser Speiseabschnitt 18a von je einem im Folgenden als erster bzw. zweiter Arbeitsabschnitt 18b, 18c bezeichneten weiteren Ventilkammerabschnitt, an den über den zugeordneten Ventilkanal 17 ein zu betätigender Verbraucher anschließbar ist. Schließlich bildet der sich axial außen an den ersten Arbeitsabschnitt 18b anschließende Ventilkammerabschnitt 18 einen ersten Abführabschnitt und in gleicher Weise sei der sich axial an den zweiten Arbeitsabschnitt 18c anschließende Ventilkammerabschnitt 18 als zweiter Abführabschnitt 18e bezeichnet. Jeder Abführabschnitt 18d, 18e steht über den zugeordneten Ventilkanal 17 ständig mit einer Drucksenke in Verbindung, bei der es sich beim Ausführungsbeispiel um die Atmosphäre handelt. Bei pneumatischen Anwendungen können die Abführabschnitte auch als Entlüftungsabschnitte bezeichnet werden.
-
Im Folgenden sollen einige der Dichtflächen 22 der besseren Unterscheidung wegen speziell bezeichnet werden, ohne dass damit eine Einschränkung verbunden sein soll.
-
Die beiden axial außenliegenden Dichtflächen 22 werden als äußere Dichtflächen 22a, 22b bezeichnet. Die zwischen dem ersten Abführabschnitt 18d und dem ersten Arbeitsabschnitt 18b liegende Dichtfläche 22 sei als erste Dichtfläche 22c bezeichnet, die darauffolgenden weiteren Dichtflächen 22 seien in der Reihenfolge ihrer Anordnung als zweite, dritte und vierte Dichtfläche 22d, 22e und 22f bezeichnet.
-
In der beim Ausführungsbeispiel die Mittelstellung darstellenden zweiten Schaltstellung gemäß 1 und 2 liegt der mittige, zweite Steuerabschnitt 28b gleichzeitig dichtend an der zweiten und dritten Dichtfläche 22d, 22e an, während die in 1 links liegende erste Überströmnut 27a der ersten Dichtfläche 22c radial gegenüberliegt und die weiter rechts liegende zweite Überströmnut 27b auf axialer Höhe der vierten Dichtfläche 22f angeordnet ist. Letzteres hat zur Folge, dass der erste Arbeitsabschnitt 18b mit dem ersten Abführabschnitt 18d verbunden ist und gleichzeitig eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Arbeitsabschnitt 18c und dem zweiten Abführabschnitt 18e vorliegt.
-
Die äußeren Dichtflächen 22a, 22b stehen unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers 4 ständig mit der Außenumfangsfläche 26 der beiden äußeren, ersten und dritten Steuerabschnitte 28a, 28c in Dichtkontakt.
-
In der ersten Schaltstellung gemäß 3 ist durch den mit der ersten Dichtfläche 22c kooperierenden ersten Steuerabschnitt 28a die Fluidverbindung zwischen dem ersten Arbeitsabschnitt 18b und dem ersten Abführabschnitt 18d abgesperrt und gleichzeitig, weil die erste Überströmnut 27a nun auf Höhe der zweiten Dichtfläche 22d liegt, steht der erste Arbeitsabschnitt 18b mit dem Speiseabschnitt 18a in Verbindung und wird von diesem mit Druckmedium gespeist.
-
Gleichzeitig ist der zweite Arbeitsabschnitt 18c vom Speiseabschnitt 18a abgesperrt und steht über die zweite Überströmnut 27b zur Druckentlastung mit dem zweiten Abführabschnitt 18e in Verbindung.
-
In der aus 4 hervorgehenden dritten Schaltstellung sind die Verhältnisse gerade umgekehrt. Hier liegt weiterhin, wie auch in der zweiten Schaltstellung, über die erste Überströmnut 27a eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Arbeitsabschnitt 18b und dem ersten Abführabschnitt 18d vor, während gleichzeitig der Speiseabschnitt 18a mit dem vom zweiten Abführabschnitt 18e abgetrennten zweiten Arbeitsabschnitt 18c verbunden ist.
-
Wie besonders gut aus 2 bis 4 ersichtlich ist, zeichnet sich die erste Überströmnut 27, 27a durch eine besondere Gestaltung aus. Anders als die zweite Überströmnut 27, 27b hat sie keinen ebenen Nutgrund 38, sondern es ist innerhalb der ersten Überströmnut 27, 27a ein von deren Nutgrund 38 radial abstehender Unterteilungsvorsprung 42 vorhanden. Der Unterteilungsvorsprung 42 ist ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Längsachse 5 des Ventilschiebers 4 angeordnet, wobei er insbesondere nach Art eines Ringbundes vom Nutgrund 38 wegragt.
-
Durch diesen, vorzugweise einzigen Unterteilungsvorsprung 42 wird die erste Überströmnut 27, 27a axial in zwei jeweils ringnutartig ausgebildete Bereiche unterteilt, die im Folgenden als erste und zweite Druckausgleichszonen 43, 44 bezeichnet werden. Jede dieser beiden Druckausgleichszonen 43, 44 wird auf der der jeweils anderen Druckausgleichszone zugewandten Axialseite von dem Unterteilungsvorsprung 42 begrenzt und auf der axial entgegengesetzten Seite vom sich jeweils anschließenden ersten bzw. zweiten Abschnitt 28a, 28b.
-
Der axiale Abstand des Unterteilungsvorsprunges 42 von dem ersten Steuerabschnitt 28a ist so bemessen, dass die erste Dichtfläche 22c in der zweiten Schaltstellung gemäß 2 auf axialer Höhe zwischen dem ersten Steuerabschnitt 28a und dem Unterteilungsvorsprung 42 liegt. Mit anderen Worten nimmt die ringnutartige erste Druckausgleichszone 43 eine der ersten Dichtfläche 22c mit Abstand radial innen gegenüberliegende Position ein. Die erste Dichtfläche 22c steht daher in keinerlei Dichtkontakt mit dem Ventilschieber 4. Folglich ist eine Druckentlastung des ersten Arbeitsabschnittes 18b durch den zwischen der ersten Dichtfläche 22c und der ersten Überströmnut 27a definierten Überströmspalt 45 hindurch in den ersten Abführabschnitt 18d hinein möglich.
-
Die besondere Wirkung des Unterteilungsvorsprunges 42 stellt sich beim Ausführungsbeispiel insbesondere bei einem Umschalten des Ventilschiebers 4 aus der ersten Schaltstellung gemäß 3 in die zweite Schaltstellung bzw. Mittelstellung gemäß 2 ein.
-
Zunächst ist gemäß 3 in der ersten Schaltstellung die Fluidverbindung zwischen dem ersten Arbeitsabschnitt 18b und dem ersten Abführabschnitt 18d abgesperrt. Der erste Arbeitsabschnitt 18b wird gemäß Pfeil 46 aus dem Speiseabschnitt 18a mit unter Überdruck stehendem Druckmedium gespeist, wobei die erste Überströmnut 27a insbesondere so angeordnet ist, dass ihre zweite Druckausgleichszone 44 der zweiten Dichtfläche 22d mit Abstand gegenüberliegt. Der Unterteilungsvorsprung 42 befindet sich hierbei im ersten Arbeitsabschnitt 18b, wie auch zur Gänze die erste Druckausgleichszone 43.
-
Bei oder nach dem Umschalten in die zweite Schaltstellung gemäß 2 tritt das Fluid gemäß Pfeil 47 durch den Überströmspalt 45 hindurch in den ersten Abführabschnitt 18d über, wobei der zwischen dem Unterteilungsvorsprung 42 und den diesem Unterteilungsvorsprung 42 gegenüberliegenden Gehäusestrukturen – beim Ausführungsbeispiel gebildet von dem der ersten Dichtfläche 42c zugeordneten Dichtungsgehäuse 24 – definierte ringförmige Zwischenraum 48 eine Beschleunigung der Fluidströmung zur Folge hat, so dass der innerhalb der ersten Druckausgleichszone 43 herrschende statische Druck geringer ist als derjenige, der in dem ersten Arbeitsabschnitt 18b und mithin auch innerhalb der zweiten Druckausgleichszone 44 herrscht.
-
Diese unterschiedlich hohen statischen Fluiddrücke wirken sich allerdings nicht oder nur unwesentlich auf die am Ventilschieber 4 angreifende axiale Kräftebilanz aus. Grund dafür ist, dass der innerhalb einer jeweiligen Druckausgleichszone 43, 44 herrschende Druck in axialer Richtung jeweils einerseits die zugewandte Seitenfläche 52a, 52b des Unterteilungsvorsprunges 42 und andererseits die der betreffenden Seitenfläche 52a, 52b axial gegenüberliegende ringförmige Stirnfläche 53a, 53b des betreffenden ersten bzw. zweiten Steuerabschnittes 28a, 28b beaufschlagt.
-
Indem nun der Außendurchmesser des Unterteilungsvorsprunges 42 gleich groß oder zumindest annähernd gleich groß gewählt ist wie derjenige des ersten und zweiten Steuerabschnittes 28a, 28b, sind die die erste Druckausgleichszone 43 axial begrenzenden Flächen – die Seitenfläche 52a und die Stirnfläche 53a – untereinander zumindest annähernd gleich groß, wie auch innerhalb der zweiten Druckausgleichszone 44 die diese axial begrenzende Seitenfläche 52b und Stirnfläche 53b.
-
Folglich verharrt der Ventilschieber 4 beim Umschalten in die Mittelstellung sicher in seiner Position und es besteht nicht die Gefahr eines möglichen Zurückschaltens in Richtung der Mittelstellung.
-
Es versteht sich, dass die sich innerhalb der Druckausgleichszonen 43, 44 jeweils axial gegenüberliegenden Ringflächen 52a, 53a; 52b, 53b ihre vorteilhafte Wirkung auch dann entfalten, wenn sie nicht genau gleich groß sind. Eine gewisse Druckkraftkompensation tritt auch schon bei einer gewissen Flächendifferenz ein.
-
Obgleich zum Zwecke einer vollständigen Druckkraftkompensation eine Flächengleichheit zwischen den sich gegenüberliegenden Ringflächen 52a, 53a; 52b, 53b angestrebt wird, empfiehlt es sich, den Außendurchmesser des Unterteilungsvorsprunges 42 so zu wählen, dass dieser geringer ist als derjenige des ersten Steuerabschnittes 28a und insbesondere auch geringer als der von der ersten Dichtfläche 22c umgrenzte Durchmesser, so dass der Unterteilungsvorsprung 42 beim Umschalten des Ventilschiebers 4 nicht mit der ersten Dichtfläche 22c in Kontakt gelangt. Insbesondere kann man eine dahingehende Durchmesserabstimmung vornehmen, dass der Außendurchmesser des Unterteilungsvorsprunges 42 maximal einen Millimeter geringer ist als der Durchmesser des von der ersten Dichtfläche 22c umgrenzten Querschnittes.
-
Wie aus 2 bis 4 entnommen werden kann, wird der lichte axiale Abstand zwischen dem Unterteilungsvorsprung 42 und dem ersten Steuerabschnitt 28a bzw. dessen ringförmiger Stirnfläche 53a zweckmäßigerweise geringer gewählt als der lichte Abstand zwischen dem Unterteilungsvorsprung 42b und dem zweiten Steuerabschnitt 28b bzw. dessen ringförmiger Stirnfläche 53b.
-
Nach dem Umschalten in die dritte Schaltstellung gemäß 4 liegt die erste Druckausgleichszone 43 gemeinsam mit dem Unterteilungsvorsprung 42 innerhalb des ersten Abführabschnittes 18d. Der Unterteilungsvorsprung 42 hat also seine Axialposition von in der zweiten Schaltstellung diesseits der ersten Dichtfläche 22c in in der dritten Schaltstellung jenseits der ersten Dichtfläche 22c verändert. Hierbei nimmt nun die zweite Druckausgleichszone 44 eine der ersten Dichtflächen 22c mit Abstand radial innen gegenüberliegende Position ein, was weiterhin einen Fluidübertritt zwischen dem ersten Arbeitsabschnitt 18b und dem ersten Abführabschnitt 18d ermöglicht. Aufgrund des Umstandes, dass die zweite Druckausgleichszone 44 über größere in Achsrichtung der Längsachse 5 gemessene Breitenabmessungen verfügt, ist der frei gegebene Überströmspalt 45 verglichen mit der zweiten Schaltstellung gemäß 2 jedoch größer, so dass dem Druckmedium ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht.
-
Man kann somit erreichen, dass die Durchflusswerte des Mehrwegeventils 1 nicht schlechter sind als diejenigen eines Mehrwegeventils mit konventioneller Überströmnut.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt auch eine dahingehende Auslegung, dass der in der zweiten Schaltstellung gemeinsam von dem Unterteilungsvorsprung 42 und der Dichtungseinheit 21 begrenzte ringförmige Zwischenraum 48 zumindest im Wesentlichen gleich groß ist wie ein weiterer ringförmiger Zwischenraum 49, den die Dichtungseinheit 21 gemeinsam mit dem ersten Steuerabschnitt 28a begrenzt.
-
Beim Ausführungsbeispiel ist die zweite Überströmnut 27b konventionell ohne Unterteilungsvorsprung 42 ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass auch diese zweite Überströmnut 27b vergleichbar der ersten Überströmnut 27a mit einem ringbundartigen Unterteilungsvorsprung 42 ausgestattet sein kann.
-
In 1 ist strichpunktiert noch ein beispielsweise plattenförmiger Anschlusskörper 54 gezeigt, auf dem das Mehrwegeventil 1 bei Bedarf so montiert werden kann, dass zumindest einige und vorzugsweise sämtliche an der Außenfläche des Ventilgehäuses 13 ausmündenden Ventilkanäle 17 mit in dem Anschlusskörper 54 verlaufenden Fluidkanälen kommunizieren. Der Anschlusskörper 54 kann so ausgebildet sein, dass auf ihm gleichzeitig mehrere Mehrwegeventile 1 nebeneinander installierbar sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0475070 A1 [0002, 0003]
- DE 102006040052 A1 [0004]