DE102010034974A1

DE102010034974A1 - pneumatic valve

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Publication number: DE102010034974A1
Application number: DE201010034974
Authority: DE
Inventors: Dr. Dornhöfer Gerd; Dr. Schmiederer Dirk; Heinz Gödert; Jörg Widera; Klaus Bergmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-02-23
Also published as: WO2012022471A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pneumatikventil zum Schalten eines Druckluftflusses mit einem Ventilgehäuse (1), das mehrere äußere Anschlüsse (P, A, B, R, S) aufweist, die mit einer innenliegenden Ventilbohrung (2) verbunden sind, in welcher zum Schalten des Druckluftflusses zwischen den Anschlüssen (P, A, B, R, S) ein Ventilelement (3) axial verschiebbar aufgenommen ist. Erfindungsgemäß besitzt die Ventilbohrung (2) einen Innenwandabschnitt (4) oder das Ventilelement (3) einen Außenwandabschnitt (5), welche im Betrieb des Ventils in Reibkontakt mit wenigstens einem Elastomerdichtring (6) steht und zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur Vertiefungen (7) aufweist.The invention relates to a pneumatic valve for switching a compressed air flow with a valve housing (1) which has several external connections (P, A, B, R, S) which are connected to an internal valve bore (2) in which the compressed air flow is switched a valve element (3) is accommodated axially displaceably between the connections (P, A, B, R, S). According to the invention, the valve bore (2) has an inner wall section (4) or the valve element (3) has an outer wall section (5) which is in frictional contact with at least one elastomer sealing ring (6) when the valve is in operation and has depressions (7) to form a surface structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pneumatikventil zum Schalten eines Druckluftflusses mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein als Schieberventil ausgebildetes Pneumatikventil mit einem Schieber als in axialer Richtung verschiebbares Ventilelement, mittels dessen mehrere äußere Anschlüsse über eine innenliegende Ventilbohrung miteinander verbindbar oder gegeneinander abdichtbar sind. Zur Abdichtung des Ventilelementes gegenüber dem Ventilgehäuse ist wenigstens ein Elastomerdichtring vorgesehen, der mit dem Ventilgehäuse verbunden und nach innen dichtend oder mit dem Ventilelement verbunden und nach außen dichtend ausgebildet sein kann. In Abhängigkeit von der Anordnung des Elastomerdichtringes ist am jeweils anderen Teil, d. h. am Ventilelement oder am Ventilgehäuse, eine Lauffläche ausgebildet, die bei Betätigung des Ventils ebenfalls wie der Elastomerdichtring auf Reibung beansprucht wird.The invention relates to a pneumatic valve for switching a compressed air flow with the features of the preamble of claim 1. In particular, the invention relates to a slider valve designed as a pneumatic valve with a slide as axially displaceable valve element, by means of which a plurality of external connections via an internal valve bore connected to each other or against each other are sealable. For sealing the valve element relative to the valve housing, at least one elastomeric sealing ring is provided which can be connected to the valve housing and sealed inwardly or connected to the valve element and formed to seal outwardly. Depending on the arrangement of the elastomeric sealing ring is on the other part, d. H. formed on the valve element or the valve housing, a tread, which is also claimed as the elastomeric sealing ring on friction upon actuation of the valve.

Aus der DE 103 54 269 B4 geht ein gattungsgemäßes Pneumatikventil hervor, das ein Ventilgehäuse mit einem hieran befestigbaren Gehäusedeckel aufweist, der eine in das Ventilgehäuse hineinragende Führungsbuchse mit einer Beschichtung aus unverstärktem kunststoffmaterial zur Ausbildung einer Lauffläche aufweist. Die Beschichtung ist vorzugsweise eine stoffschlüssig angeformte Schicht, die eine relativ glatte Oberfläche besitzt und insbesondere kein in die Lauffläche hineinragendes Verstärkungsmaterial, beispielsweise Fasermaterial, wie beim Ventilgehäuse der Fall, aufweist. Dadurch soll gewährleistet sein, dass der Antriebskolben exakt und gleichmäßig laufen kann und seine Dichtung, insbesondere ein O-Ring, nicht beschädigt wird. Denn die Laufflächenkörper-Beschichtung soll die Reibung zwischen dem Antriebskolben und der Lauffläche verringern. Als Werkstoff zur Ausbildung der Führungsbuchse und/oder der Beschichtung wird ein Kunststoff, insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff, vorgeschlagen.From the DE 103 54 269 B4 is a generic pneumatic valve, which has a valve housing with a housing cover fastened thereto, which has a projecting into the valve housing guide bushing with a coating of unreinforced plastic material to form a tread. The coating is preferably a cohesively integrally formed layer which has a relatively smooth surface and in particular does not have any reinforcing material projecting into the running surface, for example fiber material, as is the case with the valve housing. This is to ensure that the drive piston can run exactly and evenly and its seal, in particular an O-ring, is not damaged. Because the tread body coating to reduce the friction between the drive piston and the tread. As a material for forming the guide bushing and / or the coating, a plastic, in particular a thermoplastic material is proposed.

In Abhängigkeit von der konkreten Ausbildung des Pneumatikventils kann als Lauffläche der Dichtung nicht nur die Innenbohrung des Ventilgehäuses oder eine hierin eingesetzte Führungsbuchse zum Einsatz gelangen, sondern auch die Außenkontur des axial verschiebbaren Ventilelementes. In beiden Fällen kann die Lauffläche spritztechnisch in einem Thermoplast abgeformt sein. Ein entsprechend hergestellter Schieberkörper für ein Pneumatikventil geht beispielsweise aus der Druckschrift DE 41 31 830 C3 hervor. Wie dieser Druckschrift ebenfalls zu entnehmen ist, gehören Schieberventile mit Schieber aus Stahl oder Aluminium oder Messing mit einer Nickelschicht ebenfalls zum Stand der Technik.Depending on the specific design of the pneumatic valve, not only the inner bore of the valve housing or a guide bush inserted therein can be used as the running surface of the seal, but also the outer contour of the axially displaceable valve element. In both cases, the tread can be molded by injection molding in a thermoplastic. A correspondingly produced slider body for a pneumatic valve, for example, from the document DE 41 31 830 C3 out. As this document also shows, slide valves with slide made of steel or aluminum or brass with a nickel layer also belong to the prior art.

Das Funktionsprinzip eines weiteren bekannten Pneumatikventils geht aus der beiliegenden 1 hervor, das ein innendichtendes System zeigt, bei dem die Elastomerdichtungen im Gehäuse fixiert sind und gegen einen axial beweglichen Schieber aus eloxiertem Aluminium bewegt werden. Um die Reibung und damit den Verschleiß gering zu halten, wird das System fettgeschmiert. 1 zeigt ein elektrisch vorgesteuertes 5/2-Wegeventil. Das Pneumatikventil weist demnach fünf äußere Anschlüsse und zwei Schaltstellungen auf, wobei der Anschluss P den Druckanschluss, die Anschlüsse A und B die Arbeitsanschlüsse und die Anschlüsse R und S die Entlüftungsanschlüsse bezeichnen. Als innendichtendes System bewegt sich das als Schieber ausgebildete Ventilelement 3 relativ zu den im Ventilgehäuse 1 fixierten Elastomerdichtringen 6 in axialer Richtung. Abhängig von der Schaltstellung des Ventilelementes 3 werden die Anschlüsse P, A, B, R, S miteinander verbunden oder gegeneinander abgedichtet. Um die Betätigungskräfte und den Verschleiß zwischen dem Ventilelement 3 und den Dichtringen 6 gering zu halten, wird das System im Fertigungsprozess mit einer Fettschmierung für die gesamte Lebensdauer versehen.The principle of operation of another known pneumatic valve goes from the enclosed 1 which shows an internal sealing system in which the elastomeric seals are fixed in the housing and moved against an axially movable anodized aluminum slider. To keep the friction and thus the wear low, the system is grease-lubricated. 1 shows an electrically pilot operated 5/2-way valve. Accordingly, the pneumatic valve has five outer terminals and two switch positions, the terminal P being the pressure port, the terminals A and B the working ports and the ports R and S the venting ports. As an internal sealing system, the valve element designed as a slide moves 3 relative to those in the valve body 1 fixed elastomer sealing rings 6 in the axial direction. Depending on the switching position of the valve element 3 the connections P, A, B, R, S are connected or sealed against each other. To the operating forces and wear between the valve element 3 and the sealing rings 6 In the manufacturing process, the system is provided with grease lubrication for the entire service life.

Neben innendichtenden Schieberventilen entsprechend der Darstellung der 1 sind auch außendichtende Ventile, insbesondere bei kleiner bauenden Ventilen, bekannt. Ein entsprechendes Beispiel geht aus der beiliegenden 2 hervor. Hier sitzen die Elastomerdichtringe 6 direkt auf dem Ventilelement 3 und werden gegen die Ventilbohrung 2 des Ventilgehäuses 1 bewegt. Die Elastomerdichtringe 6 sind in ringförmigen Aussparungen des Ventilelementes 3 montiert und damit axial fixiert. Außendichtende Systeme weisen jedoch den Nachteil auf, dass das Schmierfett leichter als bei innendichtenden Systemen über das axial bewegliche Ventilelement 3 weggeschoben wird und dann an der Reibstelle nicht mehr zur Verfügung steht.In addition to inner-sealing slide valves according to the illustration of 1 are also outside sealing valves, especially for smaller valves, known. A corresponding example goes from the enclosed 2 out. Here are the elastomer seals 6 directly on the valve element 3 and are against the valve hole 2 of the valve housing 1 emotional. The elastomer sealing rings 6 are in annular recesses of the valve element 3 mounted and thus fixed axially. However, outer-sealing systems have the disadvantage that the grease is lighter than in the case of internal-sealing systems via the axially movable valve element 3 is pushed away and then at the friction point is no longer available.

Über die Betriebszeit des Ventils kann es infolge dieses Effektes zu einer Mangelschmierung kommen, wodurch die Beanspruchung des Dichtsystems steigt, was den Ausfall des Dichtsystems zur Folge haben kann. Durch den zunehmenden Einsatz von Kunststoffen als Werkstoff in Pneumatikventilen kann sich die Gefahr der Mangelschmierung erhöhen. Das Haftvermögen des Schmierfetts auf einer Kunststoffoberfläche ist im Vergleich zu einer Metalloberfläche üblicherweise geringer, was sich negativ auf das Reibverhalten zwischen Lauffläche und Elastomerdichtring auswirken kann.Over the operating time of the valve, this effect can lead to a lack of lubrication, which increases the stress on the sealing system, which can result in failure of the sealing system. The increasing use of plastics as a material in pneumatic valves can increase the risk of insufficient lubrication. The adhesion of the grease on a plastic surface is usually lower compared to a metal surface, which may adversely affect the friction between the tread and elastomeric sealing ring.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pneumatikventil der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Schmierung bereitzustellen, um den Verschleiß im Bereich der Dichtelemente zu verringern und das Versagen des Dichtsystems zu verhindern. Dadurch soll ein Pneumatikventil mit einer erhöhten Lebensdauer geschaffen werden.Object of the present invention is to provide a pneumatic valve of the type mentioned with improved lubrication in order to reduce wear in the region of the sealing elements and the failure of the sealing system prevent. This is intended to create a pneumatic valve with an increased service life.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Pneumatikventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a pneumatic valve with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Das zum Schalten eines Druckluftflusses vorgeschlagene Pneumatikventil umfasst ein Ventilgehäuse, das mehrere äußere Anschlüsse P, A, B, R, S aufweist, die mit einer innenliegenden Ventilbohrung verbunden sind, in welcher zum Schalten des Druckluftflusses zwischen den Anschlüssen P, A, B, R, S ein Ventilelement axial verschiebbar aufgenommen ist. Erfindungsgemäß besitzt die Ventilbohrung einen Innenwandabschnitt oder das Ventilelement einen Außenwandabschnitt, welcher im Betrieb des Ventils in Reibkontakt mit wenigstens einem Elastomerdichtring steht und zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur Vertiefungen aufweist. Die Erfindung ist somit sowohl bei innendichtenden Systemen als auch bei außendichtenden Systemen realisierbar. Die Vertiefungen dienen als Schmierfettdepots und sind jeweils in der Oberfläche ausgebildet, welche als Lauffläche und damit als Reibpartner des Elastomerdichtringes dient. Dies gilt unabhängig davon, ob die Lauffläche am Ventilgehäuse oder am Ventilelement ausgebildet ist. Zudem kann die Lauffläche bzw. der die Lauffläche aufweisende Körper aus einem Thermoplast oder einem metallischen Werkstoff ausgeführt sein. Bei einem Körper aus einem Thermoplast kommt die Erfindung jedoch besonders zum Tragen. Denn eine sehr glatte Oberfläche beeinflusst das Kriechverhalten des Schmierfettes in der Weise, dass sie als Kriechbarriere wirkt. Da ferner mit zunehmender Laufzeit das Schmierfett über die Axialverschiebung des Ventilelementes zur Seite, d. h. an den Rand der Lauffläche, geschoben wird, kann die Schmierung im Bereich des Reibkontaktes versagen. Am Rand der Lauffläche bildet sich dann an den jeweiligen Umkehrpunkten des Ventilelementes ein Fettkragen aus, der aufgrund verminderter Kriechfähigkeit nicht mehr als Schmiermittelreservoir zur Verfügung steht. Bei dem vorgeschlagenen Ventil dienen die Vertiefungen der Lauffläche als Schmiermittelreservoir, so dass eine konstante Schmierung zur Minimierung des Dichtringverschleißes und damit eine Erhöhung der Lebensdauer des Pneumatikventils gewährleistet sind. Denn bei jedem Überfahren des Elastomerdichtringes über eine solche Vertiefung werden winzige Schmierstoffmengen von dem Dichtring mitgenommen und auf der Lauffläche verteilt. Der dauerhafte Schmierstofffilm stellt demnach eine konstant niedrige Reibung im System sicher.The proposed for switching a compressed air flow pneumatic valve comprises a valve housing having a plurality of outer ports P, A, B, R, S, which are connected to an inner valve bore, in which for switching the flow of compressed air between the terminals P, A, B, R. , S a valve element is received axially displaceable. According to the invention, the valve bore has an inner wall section or the valve element has an outer wall section which, during operation of the valve, is in frictional contact with at least one elastomer sealing ring and has depressions for forming a surface structure. The invention can thus be realized both in internal sealing systems and in outside-sealing systems. The depressions serve as grease deposits and are each formed in the surface, which serves as a running surface and thus as a friction partner of the Elastomerdichtringes. This applies regardless of whether the running surface is formed on the valve housing or on the valve element. In addition, the tread or the body having the tread may be made of a thermoplastic or a metallic material. However, in a thermoplastic body, the invention is particularly useful. Because a very smooth surface influences the creep behavior of the grease in such a way that it acts as a creeping barrier. Furthermore, with increasing running time, the grease over the axial displacement of the valve element to the side, d. H. pushed to the edge of the tread, the lubrication may fail in the region of the frictional contact. At the edge of the tread then formed at the respective reversal points of the valve element from a fat collar, which is no longer available as a lubricant reservoir due to reduced creep. In the proposed valve, the recesses of the tread serve as a lubricant reservoir, so that a constant lubrication to minimize the sealing ring wear and thus increasing the life of the pneumatic valve are guaranteed. Because each time the elastomeric sealing ring is passed over such a depression, tiny quantities of lubricant are taken from the sealing ring and distributed on the running surface. The permanent lubricant film thus ensures a constant low friction in the system.

Da an den Umkehrpunkten des axial verschiebbaren Ventilelementes wiederum eine glatte Oberfläche von Vorteil ist, wird weiterhin bevorzugt vorgeschlagen, dass die Oberflächenstruktur in Form von Vertiefungen in einem Abstand zu den Umkehrpunkten auf der Lauffläche ausgebildet ist. In den Umkehrpunkten ist im Unterschied zur übrigen Lauffläche die Oberfläche glatt ausgebildet. Dadurch ist eine Minimierung der Haftreibung beim Losbrechen des Reibkontaktes des Elastomerdichtringes gegenüber der Lauffläche gewährleistet, wodurch ebenfalls die Lebensdauer des Pneumatikventils erhöht wird. Durch die minimierte Haftreibung in den Umkehrpunkten wird zudem der erforderliche Schaltdruck reduziert und die Schaltzeitkonstanz verbessert.Since, in turn, a smooth surface is advantageous at the reversal points of the axially displaceable valve element, it is furthermore preferably proposed that the surface structure in the form of recesses be formed at a distance from the reversal points on the running surface. In the reversal points, unlike the other tread, the surface is smooth. As a result, a minimization of the static friction when breaking free the frictional contact of the elastomeric sealing against the tread is ensured, which also increases the life of the pneumatic valve. The minimized static friction in the reversal points also reduces the required switching pressure and improves the switching time constancy.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Vertiefungen napfartig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Vertiefungen über den Umfang des Innenwandabschnitts der Ventilbohrung oder des Außenwandabschnitts des Ventilelementes gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt vorzugsweise in mehreren äquidistanten und weiterhin vorzugsweise versetzt zueinander liegenden Ringen. Der Abstand der bevorzugt napfartigen Vertiefungen zueinander kann beispielsweise 100 μm betragen, wobei der Abstand vorzugsweise vom Zentrum einer Vertiefung zum Zentrum einer weiteren Vertiefung gemessen wird. Die versetzte Anordnung der vorzugsweise napfartigen Vertiefungen gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der aus den Vertiefungen mitgenommenen Schmierstoffmenge über die Lauffläche.According to a preferred embodiment of the invention, the depressions are formed cup-like. Alternatively or additionally, it is proposed that the depressions are arranged distributed uniformly over the circumference of the inner wall portion of the valve bore or the outer wall portion of the valve element. The arrangement is preferably carried out in several equidistant and further preferably offset from each other lying rings. The distance of the preferably cup-shaped depressions to one another can be, for example, 100 μm, the distance preferably being measured from the center of a depression to the center of a further depression. The staggered arrangement of the preferably cup-like depressions ensures a uniform distribution of the entrained lubricant from the depressions on the tread.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung öffnen sich die vorzugsweise napfartigen Vertiefungen zur Oberfläche des Innenwandabschnitts der Ventilbohrung oder des Außenwandabschnitts des Ventilelementes hin. Weiterhin bevorzugt gehen die Innenwandflächen der Vertiefungen in einem bogenförmigen Verlauf in die Oberfläche über. Das heißt, dass der Übergang von einer Vertiefung in die Oberfläche weich ausgebildet und vorzugweise gerundet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Überstreichen der Vertiefung geringe Schmierstoffmengen vom Elastomerdichtring mitgenommen werden. Ein kantiger Übergang hätte zur Folge, dass die die Vertiefung begrenzende Kante als Abstreifer wirken und damit die Mitnahme geringer Schmierstoffmengen verhindern würde. Zudem ginge eine abstreifende Wirkung mit einem erhöhten Verschleiß am Elastomerdichtring einher.According to a further preferred embodiment of the invention, the preferably cup-like depressions open to the surface of the inner wall portion of the valve bore or the outer wall portion of the valve element. Further preferably, the inner wall surfaces of the recesses go over in an arcuate course in the surface. This means that the transition from a depression into the surface is soft and preferably rounded. This ensures that when passing over the recess small lubricant quantities are taken from the elastomer sealing ring. An angular transition would have the consequence that the edge bounding the depression act as a scraper and thus would prevent the entrainment of small amounts of lubricant. In addition, a wiping effect would be accompanied by increased wear on the elastomer sealing ring.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Winkel zwischen der Oberfläche des Innenwandabschnitts der Ventilbohrung oder des Außenwandabschnitts des Ventilelementes und einer an den bogenförmigen Verlauf der Innenwandfläche einer Vertiefung angelegten Tangente zur Oberfläche hin progressiv abnimmt. Das heißt, dass die Rundung zur Ausbildung des Übergangs von der Innenwandfläche der Vertiefung in die Oberfläche keinen Kreisbogen mit einem einzigen Radius beschreibt, sondern einen parabelartigen Verlauf besitzt. Dadurch wird der Übergang besonders weich gestaltet.According to a further development, it is provided that the angle between the surface of the inner wall section of the valve bore or of the outer wall section of the valve element and a tangent applied to the arcuate course of the inner wall surface of a recess progressively decreases toward the surface. That is, the rounding to form the transition from the inner wall surface of the recess in the surface no Circular arc with a single radius describes, but has a parabolic course. This makes the transition particularly soft.

Weiterhin bevorzugt sind die Vertiefungen im Grundriss rund ausgebildet und besitzen einen maximalen Durchmesser D = 15 μm.Further preferably, the recesses are round in plan and have a maximum diameter D = 15 microns.

Als vorteilhaft hat sich im Rahmen von Versuchen ferner eine Tiefe T der Vertiefungen zwischen 3 μm und 6 μm, vorzugsweise von 5 μm ergeben.In the context of experiments, a depth T of the recesses between 3 μm and 6 μm, preferably of 5 μm, has also proven to be advantageous.

Ferner bevorzugt sind die Vertiefungen mit Herstellung des Ventilgehäuses oder des Ventilelementes im Spritzgießverfahren ausgebildet worden. Alternativ kann die Ausbildung der Oberflächenstruktur auch nachträglich durch mechanisches Aufbringen der Vertiefungen, beispielsweise mittels Prägen, in die jeweilige Oberfläche des vorzugsweise mittels Spritzgießen hergestellten Ventilgehäuses bzw. Ventilelementes eingebracht werden. Dies setzt jedoch einen weiteren Bearbeitungsschritt voraus, der im erstgenannten Fall entbehrlich ist.Further preferably, the recesses have been formed with the production of the valve housing or the valve element by injection molding. Alternatively, the formation of the surface structure can also be subsequently introduced by mechanical application of the depressions, for example by embossing, into the respective surface of the valve housing or valve element, which is preferably produced by injection molding. However, this requires a further processing step, which is dispensable in the former case.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der als Lauffläche ausgebildete Innenwandabschnitt der Ventilbohrung jeweils beidseits von einem Wandabschnitt eingefasst, der einen Umkehrpunkt in axialer Richtung definiert und eine Oberfläche aufweist, die glatt oder mit einer parallel zur Bewegungsrichtung des Ventilelementes verlaufenden Riefen- oder Rillenstruktur ausgebildet ist. Längsriefen bzw. -rillen besitzen im Vergleich zu Querriefen bzw. -rillen den Vorteil, dass bei einer Axialbewegung in die andere Richtung oder nach längeren Stillstandzeiten keine Deformationskraft zum Losbrechen der Dichtungen in den Umkehrpunkten erforderlich ist. Wird auf die Ausbildung einer Riefen- oder Rillenstruktur verzichtet, ist stattdessen die Oberfläche in den Umkehrpunkten sehr glatt auszuführen. Die Riefen oder Rillen in axialer Richtung dienen zudem der Förderung von Öl in den Stillstandsbereich der Dichtung hinein. Das Öl wird beständig aus dem Fettdepot an den Umkehrpunkten der Dichtung abgegeben.According to a further preferred embodiment, the inner wall section of the valve bore formed as a running surface is bordered on both sides by a wall section which defines a reversal point in the axial direction and has a surface which is smooth or has a groove or groove structure running parallel to the direction of movement of the valve element. Longitudinal grooves or grooves have the advantage over transverse grooves that, in the case of an axial movement in the other direction or after longer standstill times, no deformation force is required to break the seals in the reversal points. If the formation of a groove or groove structure is dispensed with, the surface in the reversal points should instead be made very smooth. The grooves or grooves in the axial direction also serve to promote oil in the stagnation region of the seal. The oil is constantly released from the grease reservoir at the reversal points of the seal.

Die Erfindung nutzt die physikalischen Systemeigenschaften eines reversierenden Haft- und Gleitkontaktes. Dabei wird die Oberfläche der Lauffläche derart strukturiert, dass die Schmierstoffversorgung aufgrund der zusätzlichen Schmierstoffdepots deutlich verbessert wird. Darüber hinaus wird die Haftreibung in den Umkehrpunkten minimiert, wodurch ebenfalls die Beanspruchung des Dichtsystems verringert wird.The invention uses the physical system properties of a reversing adhesive and sliding contact. In this case, the surface of the tread is structured such that the lubricant supply is significantly improved due to the additional lubricant deposits. In addition, the static friction is minimized at the reversal points, which also reduces the stress on the sealing system.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:

1 Darstellung des Funktionsprinzips eines 5/2-Wegeventil gemäß dem Stand der Technik, das als innendichtendes System ausgebildet ist, 1 Representation of the principle of operation of a 5/2-way valve according to the prior art, which is designed as an internal sealing system,

2 Darstellung von Schieber und Ventilbohrung eines Mehrwegeventils gemäß dem Stand der Technik, das als außendichtendes System ausgebildet ist, 2 Representation of slide and valve bore of a multi-way valve according to the prior art, which is designed as an external sealing system,

3 schematische Darstellung der Strukturierung der Lauffläche der Ventilbohrung eines außendichtenden erfindungsgemäßen Pneumatikventils und 3 schematic representation of the structuring of the tread of the valve bore of an outer-sealing pneumatic valve according to the invention and

4 Detail der Lauffläche der 3. four Detail of the tread of the 3 ,

Hinsichtlich der Beschreibung der 1 und 2, welche jeweils ein innendichtendes und ein außendichtendes System darstellen, wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Das im Folgenden am Beispiel eines außendichtenden Systems beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pneumatikventils lässt sich ohne weiteres auch auf ein innendichtendes System übertragen.With regard to the description of 1 and 2 , which each represent an internal-sealing and an external-sealing system, reference is made to the introduction to the description. The preferred embodiment of a pneumatic valve according to the invention described below using the example of an external sealing system can be easily transferred to an internal sealing system.

3 ist ein Ventilgehäuse 1 eines erfindungsgemäßen Pneumatikventils zu entnehmen, in welchem eine Ventilbohrung 2 ausgebildet ist, in welcher ein Ventilelement 3 axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Anschaulichkeit halber ist das Ventilelement 3 nicht dargestellt. Somit wird ein Innenwandabschnitt 4 der Ventilbohrung 2 sichtbar, der als Lauffläche ausgebildet ist und eine Oberflächenstruktur in Form napfartiger Vertiefungen 7 aufweist. Die napfartigen Vertiefungen 7 dienen als Schmiermitteldepot, aus welchen am Ventilelement 3 angeordnete Elastomerdichtringe 6 beim Überstreichen eine geringe Menge Schmiermittel zur Schmierung der Lauffläche mitnehmen. In einem weiteren oberhalb des Längsschnitts angeordneten Teillängsschnitt ist ein solcher Elastomerdichtring 6 im Anschnitt dargestellt. Er liegt dichtend an der Ventilbohrung 2 des Ventilgehäuses 1 an, so dass in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilelementes 3 bzw. des Elastomerdichtringes 6 einzelne äußere Anschlüsse P, A, B, R, S über die Ventilbohrung 2 miteinander verbunden oder gegeneinander abgedichtet werden. Dabei nimmt das Ventilelement 3 zwei maximale Endlagen ein, die jeweils einen Umkehrpunkt 9 definieren, da in dieser Lage nur ein Richtungswechsel möglich ist. In der oberen teilweisen Schnittdarstellung der 3 ist der Elastomerdichtring 6 in einer ersten Endlage in einem Umkehrpunkt 9 dargestellt. Die gestrichelte Darstellung des Elastomerdichtringes 6 zeigt eine weitere Endlage. Ein zwischen diesen beiden Endlagen bzw. Umkehrpunkten 9 liegender Innenwandabschnitt 4 der Ventilbohrung 2 weist die napfartigen Vertiefungen 7 zur Ausbildung von Schmiermitteldepots auf. Im Bereich der Umkehrpunkte 9 ist die Oberfläche der Ventilbohrung 2 dagegen glatt ausgebildet, um die Haftreibung zu verringern und das Losbrechen des Elastomerdichtringes 6 nach einer Stillstandzeit zu erleichtern. Die beiden Umkehrpunkte 9 liegen jeweils in einem Wandabschnitt 8a bzw. 8b, welche den Innenwandabschnitt 4 mit den napfartigen Vertiefungen 7 seitlich begrenzen. Somit ist die Oberflächenstruktur des Innenwandabschnitts 4 beabstandet zu den Umkehrpunkten 9 ausgebildet. An die Wandabschnitte 8a und 8b können weitere Wandabschnitte mit Öffnungen und/oder Vertiefungen 10 vorgesehen sein, die der Schmiermittelzufuhr dienen. 3 is a valve housing 1 to take a pneumatic valve according to the invention, in which a valve bore 2 is formed, in which a valve element 3 is received axially displaceable. For the sake of clarity, the valve element 3 not shown. Thus, an inner wall portion four the valve bore 2 visible, which is designed as a tread and a surface structure in the form of cup-like depressions 7 having. The cup-like depressions 7 serve as a lubricant reservoir from which on the valve element 3 arranged elastomeric sealing rings 6 When rubbing a small amount of lubricant to lubricate the tread take. In a further above the longitudinal section arranged part longitudinal section is such an elastomeric sealing ring 6 shown in the cut. It lies sealingly against the valve bore 2 of the valve housing 1 on, so that in dependence on the switching position of the valve element 3 or the elastomeric sealing ring 6 individual external connections P, A, B, R, S via the valve bore 2 be joined together or sealed against each other. It takes the valve element 3 two maximum end positions, each one reversing point 9 define, because in this situation only a change of direction is possible. In the upper partial sectional view of the 3 is the elastomeric sealing ring 6 in a first end position in a reversal point 9 shown. The dashed line illustration of the elastomer sealing ring 6 shows another end position. One between these two end positions or reversal points 9 lying inner wall section four the valve bore 2 has the cup-like depressions 7 for the formation of lubricant depots on. In the area of reversal points 9 is the Surface of the valve bore 2 On the other hand smoothly designed to reduce the static friction and the breakaway of the elastomeric sealing ring 6 to facilitate after a downtime. The two reversal points 9 each lie in a wall section 8a respectively. 8b , which the inner wall section four with the cup-like depressions 7 limit laterally. Thus, the surface structure of the inner wall portion four spaced to the reversal points 9 educated. To the wall sections 8a and 8b can more wall sections with openings and / or depressions 10 be provided, which serve the lubricant supply.

4 zeigt einen Detailausschnitt der 3 im Bereich des Innenwandabschnitts 4 der Ventilbohrung 2 zur Darstellung einer napfartigen Vertiefung 7. Wie der 4 zu entnehmen ist, öffnet sich die napfartige Vertiefung 7 zur Oberfläche hin, wobei der Übergang gerundet ausgebildet ist. Der Durchmesser D beträgt = 15 μm und die Tiefe T beträgt 5 μm. four shows a detail of the 3 in the region of the inner wall section four the valve bore 2 to represent a cup-like depression 7 , Again four can be seen, opens the cup-like depression 7 towards the surface, wherein the transition is rounded. The diameter D = 15 microns and the depth T is 5 microns.

Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Pneumatikventils ist wie folgt: Der Elastomerdichtring 6 wird mit einer definierten Normalkraft auf die Oberfläche gedrückt. Im Außenbereich der Dichtung bildet sich im Betrieb des Ventils ein Fettkragen, der als Schmierstoffdepot genutzt wird. Im Umkehrpunkt 9, d. h. im Bereich des Richtungswechsels der Axialverschiebung des Elastomerdichtringes 6 gegenüber dem Ventilgehäuse 1, ist die Oberfläche sehr glatt gestaltet, so dass lediglich eine geringe Losbrechkraft aufzuwenden ist, um eine Verschiebung des Elastomerdichtringes 6 gegenüber dem Ventilgehäuse 1 zu bewirken. Dabei überfährt der Elastomerdichtring 6 den Innenwandabschnitt 4 mit den napfartigen Vertiefungen 7, welche vollständig mit Schmierfett aufgefüllt sind und als weiteres Schmierstoffdepot dienen. Dadurch, dass die napfartigen Vertiefungen 7 sich zur Oberfläche hin öffnen, wird beim Überfahren des Dichtringes 6 eine geringe Schmierstoffmenge mitgenommen und auf der Lauffläche verteilt. Die in Ringen, versetzt zueinander angeordneten napfartigen Vertiefungen 7 gewährleisten dabei eine gleichmäßige Verteilung des Schmierstoffs.The operation of a pneumatic valve according to the invention is as follows: The elastomer sealing ring 6 is pressed onto the surface with a defined normal force. In the outer area of the seal, a grease collar forms during operation of the valve, which is used as a lubricant depot. At the reversal point 9 , ie in the region of the change in direction of the axial displacement of the elastomeric sealing ring 6 opposite the valve housing 1 , The surface is designed very smooth, so that only a small breakaway force is expended to a displacement of the elastomeric sealing ring 6 opposite the valve housing 1 to effect. The elastomeric sealing ring passes over 6 the inner wall section four with the cup-like depressions 7 , which are completely filled with grease and serve as another lubricant depot. Because of the cup-like depressions 7 opening towards the surface, is when driving over the sealing ring 6 taken a small amount of lubricant and distributed on the tread. The in rings, offset from one another cup-like depressions 7 ensure a uniform distribution of the lubricant.

Auch wenn die Erfindung lediglich anhand eines außendichtenden Pneumatikventils dargestellt ist, ist das erfindungsgemäße Prinzip analog auch auf innendichtende Systeme anwendbar. Im Unterschied zu einem außendichtenden System ist dann der wenigstens eine Elastomerdichtring 6 lagefest mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden. Als Reibpartner dient dann ein am Ventilelement 3 ausgebildeter Außenwandabschnitt 5 (siehe beispielsweise 2). Im Unterschied zum Stand der Technik weist der Außenwandabschnitt 5 eines erfindungsgemäßen Ventils jedoch napfartige Vertiefungen 7 zur Ausbildung von Schmiermitteldepots auf. Am Ventilelement 3 können auch mehrere solcher Außenwandabschnitte 5 ausgebildet sein. Im Bereich eines Umkehrpunktes 9 ist die Oberfläche des Ventilelementes 3 jedoch vorzugsweise glatt oder mit einer in Längsrichtung verlaufenden Riefenstruktur versehen. In beiden Fällen wird die Haftreibung durch Dichtringe 6 an der Oberfläche des Ventilelementes 3 verringert, so dass beim Losbrechen und/oder bei einer Richtungsumkehr des Dichtringes 6 eine geringere Kraft aufgewendet werden muss. Somit können eine verbesserte Schmierung und eine Verringerung der Haftreibung in den Umkehrpunkten 9 auch bei innendichtenden Systemen realisiert werden.Although the invention is illustrated only by means of an outside-sealing pneumatic valve, the principle according to the invention can also be applied analogously to internal-sealing systems. In contrast to an external sealing system is then at least one elastomeric sealing ring 6 Stable with the valve body 1 connected. As a friction partner then serves a valve element 3 trained outer wall section 5 (see, for example 2 ). In contrast to the prior art, the outer wall section 5 a valve according to the invention, however, cup-like depressions 7 for the formation of lubricant depots on. At the valve element 3 can also have several such outer wall sections 5 be educated. In the area of a turning point 9 is the surface of the valve element 3 but preferably smooth or provided with a longitudinally extending groove structure. In both cases, the static friction is caused by sealing rings 6 on the surface of the valve element 3 reduced, so that when breaking loose and / or when reversing the direction of the sealing ring 6 a lower force must be expended. Thus, improved lubrication and reduction of stiction at the reversal points 9 also be realized in internal sealing systems.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Ventilgehäusevalve housing
22: Ventilbohrungvalve bore
33: Ventilelementvalve element
44: InnenwandabschnittInner wall section
55: AußenwandabschnittOuter wall section
66: ElastomerdichtringElastomer sealing ring
77: napfartige Vertiefungcup-shaped depression
8 (a, b)8 (a, b): Wandabschnittewall sections
99: Umkehrpunktturning point
1010: Vertiefungdeepening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10354269 B4 [0002]
DE 4131830 C1 [0003]

Claims

Pneumatic valve for switching a compressed air flow with a valve housing ( 1 ), which has a plurality of external connections (P, A, B, R, S) which are provided with an internal valve bore ( 2 ) are connected, in which for switching the flow of compressed air between the terminals (P, A, B, R, S) a valve element ( 3 ) is received axially displaceable, characterized in that the valve bore ( 2 ) an inner wall section ( four ) or the valve element ( 3 ) an outer wall section ( 5 ), which in operation of the valve in frictional contact with at least one elastomeric sealing ring ( 6 ) and for forming a surface structure depressions ( 7 ) having.

Pneumatic valve according to claim 1, characterized in that the depressions ( 7 ) are formed cup-like and / or that the recesses over the circumference of the inner wall portion ( four ) of the valve bore ( 2 ) or the outer wall section ( 5 ) of the valve element ( 3 ) evenly distributed, preferably in a plurality of equidistant and preferably offset from each other lying rings are arranged.

Pneumatic valve according to claim 1 or 2, characterized in that the depressions ( 7 ) to the surface of the inner wall section ( four ) of the valve bore ( 2 ) or the outer wall section ( 5 ) of the valve element ( 3 ), wherein the inner wall surfaces of the recesses ( 7 ) in an arcuate course in the surface.

Pneumatic valve according to claim 3, characterized in that the angle between the surface of the inner wall portion ( four ) of the valve bore ( 2 ) or the outer wall section ( 5 ) of the valve element ( 3 ) and a tangent applied to the arcuate course of the inner wall surface of a depression progressively decreases towards the surface.

Pneumatic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 7 ) are round in shape and have a maximum diameter D = 15 microns.

Pneumatic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 7 ) have a depth T of between 3 μm and 6 μm, preferably of 5 μm.

Pneumatic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions ( 7 ) with manufacture of the valve housing ( 1 ) or the valve element ( four ) formed by injection molding or subsequently applied mechanically, for example by means of embossing.

Pneumatic valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inner wall section designed as a running surface ( four ) of the valve bore ( 2 ) on both sides of a wall section ( 8a . 8b ), which is a reversal point ( 9 ) defined in the axial direction and having a surface which is smooth or with a parallel to the direction of movement of the valve element ( 3 ) extending groove or groove structure is formed.