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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einzeln wirkendes Richtungssteuerventil (Wegeventil), das durch einen Pilotfluiddruck oder dergleichen angetrieben und durch die Vorspannkraft einer Rückführfeder zurückgeführt wird.
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Stand der Technik
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Ein einzeln oder in einer Richtung wirkendes Richtungskontrollventil, wie es in
4 gezeigt ist, wird typischerweise als Komponente eines Kombinationsventils eingesetzt, wie es in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2008- 95 818 A beschrieben ist.
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Das Richtungssteuerventil hat einen Ventilkörper 10 und einen Schieber- oder Ventilkasten 11, der darin ausgebildet ist. Der in dem Ventilkörper 10 ausgebildete Schieberkasten 11 hat an seinen beiden Enden Öffnungen, die durch einen Deckel 12 bzw. eine Abdeckung 13 luftdicht abgedichtet werden. Innerhalb des Schieberkastens 11 ist eine Ventilstange 30 vorgesehen, die in Richtung einer Achse L angetrieben wird. Der Schieberkasten 11 steht in Verbindung mit einem Zufuhranschluss 19, einem Ausgangsanschluss 20 und einem Ablassanschluss 21, die sich in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Achse L öffnen und hintereinander von einem Ende des Schieberkastens 11 zu dem anderen Ende aufgereiht sind. Trennwände 15 und 16 sind zwischen dem Zufuhranschluss 19 und dem Ausgangsanschluss 20 und zwischen dem Ausgangsanschluss 20 und dem Ablassanschluss 21 vorgesehen, um den Schieberkasten 11 zu bilden. Halteelemente 27 und 28, in denen eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen ausgebildet ist, sind zwischen der Trennwand 15 und dem Deckel 12 und zwischen der Trennwand 16 und Abdeckung 13 vorgesehen, um die Bewegung der Ventilstange 30 in der Richtung der Achse L zu führen.
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Die Ventilstange 30, die von den Halteelementen 27 und 28 so gehalten wird, dass sie innerhalb des Schieberkastens 11 in Richtung der Achse L gleiten kann, weist geführte Abschnitte 31 und 32 auf, die an ihren beiden Enden in der Richtung der Achse L so vorgesehen sind, dass sie durch die Innenflächen der Halteelemente 27 bzw. 28 geführt werden, sowie ein scheibenförmiges Sitzventil 37, das zwischen den geführten Abschnitten 31 und 32 vorgesehen ist, wobei dazwischen enge Abschnitte 35 und 36 angeordnet sind. Das Sitzventil 37 hat eine linke Seitenfläche 37a und eine rechte Seitenfläche 37b, an denen Ventilsitze 38a bzw. 38b vorgesehen sind, und einen tellerartigen Aufbau. Die Ventilsitze 38a und 38b sind so gestaltet, dass sie einem Zufuhrventilsitz 39a bzw. einem Ablassventilsitz 39b, die an den gegenüberliegenden Endflächen der Halteelemente 27 und 28 ausgebildet sind, zugewandt sind.
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Das Richtungssteuerventil ist ein einzeln wirkendes Ventil, das durch einen Pilotfluiddruck angetrieben wird. Der Deckel 12, das Halteelemente 27 und die Endfläche des geführten Abschnitts 31, die an einem Ende des Ventils 30 vorgesehen sind, definieren einen Raum als eine Pilotdruckkammer 40. Die Pilotdruckkammer 40 steht über ein nicht dargestelltes Pilotventil in Verbindung mit einer Pilotfluiddruckquelle. Andererseits ist zwischen dem geführten Abschnitt 32 an dem anderen Ende der Ventilstange 30 und der Abdeckung 13 eine Rückführfeder 41 vorgesehen, um eine Vorspannkraft zu erzeugen, welche die Ventilstange 30 zu einer Rückkehrposition zurückführt, wenn ein Fluiddruck in der Pilotdruckkammer 40 abgelassen wurde.
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Bei dem einzeln wirkenden Richtungssteuerventil mit dem oben beschriebenen Aufbau wird der Pilotdruckkammer 40 Pilot- oder Steuerluft zugeführt. Die Ventilstange 30 wird durch einen Pilotluftdruck, der auf die Endfläche des geführten Abschnitts 31 an einem Ende der Ventilstange 30 wirkt, angetrieben und bewegt sich dann zu der rechten Seite in 4. Dann hebt der Ventilsitz 38a des Sitzventils 37 von dem Zufuhrventilsitz 39a ab, um den dazwischen vorgesehenen Kanal zu öffnen. Der Ventilsitz 38b wird gegen den Ablassventilsitz 39b gepresst, um den Kanal zwischen dem Ventilsitz 38b und dem Ablassventilsitz 39b zu schließen, so dass Druckluft von dem Zufuhranschluss 19 über den Ausgangsanschluss 20 zu einer festgelegten Ausrüstung abgegeben wird.
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In dem Fall, wenn die Pilotluft in der Pilotdruckkammer 40 abgelassen ist, bewegt die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 die Ventilstange 30 von der oben beschriebenen Schaltposition zu der linken Seite in der Zeichnung. Der Ventilsitz 38a des Sitzventils 37 wird gegen den Zufuhrventilsitz 39a gepresst, um den Kanal zwischen dem Ventilsitz 38a und dem Zufuhrventilsitz 39a zu verschließen. Der Ventilsitz 38b trennt sich von dem Ablassventilsitz 39b, um den Kanal dazwischen zu öffnen, so dass Druckluft von dem Ausgangsanschluss 20 über den Ablassanschluss 21 nach außen abgeführt wird.
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Bei einem solchen einzeln wirkenden Richtungssteuerventil fließt zu einem frühen Zeitpunkt, bei dem die Pilotluft in der Pilotdruckkammer 40 abgelassen wird und die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 dazu führt, dass der Ventilsitz 38b des Sitzventils 37 von dem Ablassventilsitz 39b abhebt, Druckluft mit hohem Druck von dem Ausgangsanschluss 20 durch den Spalt zwischen dem Ablassventilsitz 39b und dem Ventilsitz 38b in einen Raum um den schmalen Abschnitt 36, wie es durch einen Pfeil A angedeutet ist. Wenn die Druckluft in der oben beschriebenen Weise schnell durch den Spalt zu der Mitte der Ventilstange strömt, bewirkt ein schneller Luftstrom, dass Luft um die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 nach außen strömt, so dass in der Nähe der Seitenfläche 37b ein Bereich mit niedrigem Druck erzeugt wird. Die Seitenfläche 37b ist an der Seite des Ablassanschlusses 21. Wenn der Druckabfall hoch ist, wird das Sitzventil 37 in manchen Fällen entgegen der Vorspannkraft der Rückführfeder 41 zurückgedrückt, so dass eine Schaltoperation der Ventilstange 30 durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 instabil wird.
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Ein solcher instabiler Schaltvorgang kann beispielsweise dadurch vermieden werden, dass die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 erhöht wird. Dies führt aber dazu, dass der Fluiddruck der der Pilotdruckkammer 40 zugeführten Pilotluft erhöht werden muss und eine Druckaufnahmefläche der Ventilstange 30 in der Pilotdruckkammer 40 vergrößert wird. Derartige Ansätze haben somit eine große Auswirkung auf die Gestaltung oder das Design des Richtungssteuerventils. Es ist daher wünschenswert eine Technik zu entwickeln, die die Erzeugung eines Bereiches mit niedrigem Druck in der Nähe der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 einfach vermeiden kann, wobei die Seitenfläche 37b an der Seite des Ablassanschlusses 21 gemeint ist.
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US 4 567 914 A zeigt ein hydraulisches Ventil zur Steuerung des Aufbringens oder Ablassens von hydraulischem Druck auf bzw. von Komponenten eines Dampfturbinen-Steuerungssystems. Durch einen Ventilkörper verläuft in einer Längsrichtung eine zentrale Öffnung, die an verschiedenen Stellen entlang der Längsrichtung unterschiedliche Durchmesser hat. Dabei hat eine mittlere Kammer einen größeren Durchmesser als ein gemeinsamer Durchlass, der sich entlang der Längsrichtung beidseitig von der mittleren Kammer weg erstreckt. An den Übergängen zwischen der mittleren Kammer und den beiden Bereichen des gemeinsamen Durchgangs ist jeweils ein integraler, konischer Ventilsitz definiert. In der zentralen Öffnung ist ein Ventilkörper angeordnet. Der Ventilkörper weist einen breiten Mittelteil auf, der in der mittleren Kammer angeordnet ist. Der Ventilkörper verjüngt sich vom Mittelteil zu beiden Seiten über konische Dichtflächen zu schmaleren, zylindrischen Kernabschnitten und danach weiter zu noch schmalere Stangenabschnitte. Ein Ablassanschluss wird durch den Kontakt zwischen der ersten konischen Dichtfläche und dem ersten konischen Ventilsitz von einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss fluiddicht abgetrennt. Entsprechend wird ein Einlassanschluss P durch den Kontakt zwischen der zweiten konischen Dichtfläche und dem zweiten konischen Ventilsitz von den anderen Anschlüssen fluiddicht abgetrennt.
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In „Einführung in die Ölhydraulik“, Stuttgart: Teubner, 1991, ISBN 978-3-519-16318-3, ist erklärt, dass die Betätigungskräfte ein wichtiges Kriterium für den praktischen Betrieb von Schieberventilen sind. Dabei sind auch dynamische Kräfte zu beachten, die beispielsweise durch Strahldruck oder durch örtliche Verminderung des statischen Drucks an den Stellen hoher Strömungsgeschwindigkeit entstehen und schwieriger auszugleichen sind als statische Kräfte. Durch strömungstechnisch günstige Gestaltung von Gehäuse und Schieber ist ein gewisser Ausgleich zu erreichen.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus vorzuschlagen, der eine einfache und stabile Rückführung einer Ventilstange durch eine Rückführfeder in einem einzeln wirkenden Richtungssteuerventil ermöglicht.
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Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einzeln wirkendes Richtungssteuerventil vorzuschlagen, das einen einfachen Mechanismus aufweist, um die Erzeugung eines Bereiches mit niedrigem Druck durch einen schnellen Luftstrom in der Nähe der ablassanschlussseitigen Fläche eines Sitzventils zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein einzeln wirkendes Richtungssteuerventil einen Ventilkörper mit einem Zufuhranschluss, einem Ausgangsanschluss und einem Ablassanschluss, einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Schieberkasten, der in Verbindung mit den Anschlüssen steht, eine Ventilstange, die so in dem Schieberkasten aufgenommen ist, dass sie in der Richtung einer Achse L des Schieberkastens gleiten kann, einen Schaltantrieb, welcher die Ventilstange antreibt, und eine Rückführfeder, wobei der Schieberkasten einen Zufuhrventilsitz, der einen Kanal zwischen dem Zufuhranschluss und dem Ausgangsanschluss umgibt, und einen Ablassventilsitz, der einen Kanal zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Ablassanschluss umgibt, aufweist, wobei der Zufuhrventilsitz und der Ablassventilsitz einander in Richtung der Achse L zugewandt sind, wobei die Ventilstange ein rundes Sitzventil aufweist, das zwischen dem Zufuhrventilsitz und dem Ablassventilsitz vorgesehen ist, und schmale Abschnitte, die in rechte bzw. linke Seitenflächen des Sitzventils übergehen, wobei die rechten und linken Seitenflächen des Sitzventils senkrecht zu der Achse L angeordnet sind, wobei ringförmige Ventilsitze an den rechten und linken Seitenflächen ausgebildet sind und in Kontakt mit dem Ablassventilsitz bzw. dem Zufuhrventilsitz treten und von diesem abheben, und wobei das Sitzventil eine ringförmige vorstehende Wand aufweist, die wenigstens an der dem Ablassventilsitz zugewandten Seitenfläche, welche von den rechten und linken Seitenflächen ausgewählt wird, so ausgebildet ist, dass sie in Richtung der Achse L vorsteht, und wobei die vorstehende Wand eine Umfangsfläche aufweist, die eine zylindrische Oberfläche parallel zu der Achse L und eine schräge Fläche umfasst, welche es ermöglicht, dass das Basisende der zylindrischen Oberfläche glatt in die Seitenfläche des Sitzventils übergeht, und wobei die zylindrische Fläche einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Sitzventils und größer als der des schmalen Abschnitts der Ventilstange.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die vorstehende Wand vorzugsweise eine Höhe, die es der vorstehenden Wand ermöglicht, vollständig aus einer inneren Öffnung eines Ventilsitzes herauszutreten, welcher an der Seite der vorstehenden Wand positioniert ist, wenn das Sitzventil von einem Ventilsitz abgehoben hat und an dem anderen Ventilsitz anliegt. Die Höhe der vorstehenden Wand ist größer als eine Breite eines ringförmigen Raums, wenn die vorstehende Wand mit dem Inneren einer inneren Öffnung des einen Ventilsitzes in Eingriff steht. Der ringförmige Raum ist zwischen der zylindrischen Fläche der vorstehenden Wand und der Innenfläche der inneren Öffnung ausgebildet.
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Die schräge Fläche geht an einem Abschnitt innerhalb des Ventilsitzes in die Seitenfläche des Sitzventils über.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Paar zylindrischer Halteelemente innerhalb des Ventilkörpers parallel zu der Achse L vorgesehen sein, wobei die Halteelemente in ihren Seitenflächen ausgebildete Durchgangsöffnungen aufweisen und diese Durchgangsöffnungen als ein Teil der Kanäle dienen. Der Zufuhrventilsitz und der Ablassventilsitz können an den einander zugewandten Enden der Halteelemente ausgebildet sein. Die Ventilstange kann in den Halteelementen aufgenommen werden. Das Sitzventil kann zwischen den einander zugewandten Enden der beiden Halteelemente vorgesehen sein.
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Bei dem oben beschriebenen einzeln wirkenden Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Richtung des Luftstromes durch die an der Seitenfläche des Sitzventils ausgebildete vorstehende Wand in Richtung der Achse L umgelenkt, wenn Druckluft mit hohem Druck schnell von dem Ausgangsanschluss durch den Spalt zwischen dem Ablassventilsitz und dem Ventilsitz des Sitzventils zu dem Zentrum des Schieberkastens in einem Zustand strömt, in dem der Ventilsitz aufgrund der Vorspannkraft der Rückführfeder beginnt, von dem Ablassventilsitz abzuheben. Die Luftströmung fließt derart, dass sie sich von dem Sitzventil entfernt, so dass in der Nähe der ablassanschlussseitigen Fläche des Sitzventils anders als bei dem traditionellen einzeln wirkenden Steuerventil kein Bereich mit niedrigem Druck erzeugt wird. Somit kann das Problem eines instabilen Schaltvorgangs der Ventilstange vermieden werden.
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Wie oben beschrieben wurde, kann mit der vorliegenden Erfindung durch einen einfachen Aufbau der ringförmigen vorstehenden Wand in der Nähe der ablassanschlussseitigen Fläche des Sitzventils das Problem vermieden werden, dass die Rückführfeder die Ventilstange in dem einzeln wirkenden Richtungssteuerventil in manchen Fällen instabil zurückführt. Somit können nachteilige Maßnahmen, wie eine verstärkte Vorspannkraft der Rückführfeder vermieden werden.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schnitt durch ein einzeln wirkendes Richtungssteuerventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus 1;
- 3 ist ein Halbschnitt, der einen länglichen Vorsprung mit der ringförmig vorstehenden Wand als Modifikation der ringförmigen vorstehenden Wand darstellt;
- 4 ist ein Schnitt durch ein herkömmliches einzeln wirkendes Richtungssteuerventil.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt ein einzeln wirkendes Richtungssteuerventil als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form eines pilotgesteuerten Richtungssteuerventils. Das einzeln wirkende Richtungssteuerventil als pilotgesteuertes Richtungssteuerventil unterscheidet von dem herkömmlichen einzeln wirkenden Richtungssteuerventil, das in 4 dargestellt ist, hinsichtlich des Aufbaus des Sitzventils 37 der Ventilstange 30. Im Übrigen ist der Aufbau im Wesentlichen der gleiche wie bei dem einzeln wirkenden Richtungssteuerventil, das in 4 gezeigt ist. In 1 werden diejenigen Komponenten, die die gleichen oder äquivalente Komponenten sind wie bei dem Richtungssteuerventil gemäß 4, daher mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Aufbau des einzeln wirkenden Richtungssteuerventils gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend genauer erläutert.
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Das einzeln wirkende Richtungssteuerventil gemäß 1 umfasst einen Ventilkörper 10 und einen darin ausgebildeten Schieberkasten oder Ventilraum 11 in Form einer kreisförmigen Öffnung. Eine Öffnung 11 a an einem Ende des Schieberkastens 11 in der Richtung einer Achse L wird durch einen Deckel 12 verschlossen, der luftdicht an einem Ende des Ventilkörpers 10 angebracht ist, wobei ein O-Ring 12a dazwischen vorgesehen ist. Eine Öffnung 11b an dem anderen Ende des Schieberkastens 11 in der Richtung der Achse L wird durch eine Abdeckung 13 luftdicht verschlossen, die unter Zwischenschaltung eines O-Rings 13a an dem anderen Ende des Ventilkörpers 10 angebracht ist.
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Eine Ventilstange 30 ist in Richtung der Achse L gleitend in den Schieberkasten 11 eingesetzt. Der Schieberkasten 11 steht in Verbindung mit einem Zufuhranschluss 19, einem Ausgangsanschluss 20 und einem Ablassanschluss 21, die jeweils in einer Seitenfläche des Ventilkörpers 10 in einer Richtung senkrecht zu der Achse L ausgebildet sind. Ringförmige Trennwände 15 und 16 sind an der Innenfläche des Schieberkastens 11 zwischen einem Bereich, der in den Zufuhranschluss 19 übergeht, und einem Bereich, der in den Ausgangsanschluss 20 übergeht, bzw. zwischen einem Bereich, der in den Ausgangsanschluss 20 übergeht, und einem Bereich, der in den Ablassanschluss 21 übergeht, ausgebildet. Die ringförmigen Trennwände 15 und 16 stehen zu der Mitte des Schieberkastens 11 vor. Der Zufuhranschluss 19, der Ausgangsanschluss 20 und der Ablassanschluss 21 sind hintereinander von der Öffnung 11 a an einem Ende des Schieberkastens 11 zu der Öffnung 11b an dem anderen Ende aufgereiht.
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Um die gleitende Ventilstange 30 zu halten, ist ein Paar zylindrischer Halteelemente 27 und 28 an dem Inneren des Schieberkastens 11 angebracht. Die Halteelemente 27 und 28 bestehen aus Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, und sind so angeordnet, dass sie einander mit einem bestimmten Abstand zugewandt sind, wobei ihre Mittelachsen zu der Achse L des Schieberkastens 11 ausgerichtet sind. Die Umfangsflächen der beiden Enden des ersten Halteelements 27 werden durch einen zylindrischen Halteelementhalter 12c an der Innenfläche des Deckels 12 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 12b bzw. durch die Trennwand 15 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 15b luftdicht gehalten. Andererseits werden die Umfangsflächen der beiden Enden des zweiten Halteelements 28 durch eine Halteelementhalteöffnung 13c in der Endfläche der Abdeckung 13 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 13b bzw. durch die Trennwand 16 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 16b luftdicht gehalten.
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Der Innenraum der Halteelemente 27 und 28 steht über Öffnungen an ihren einander zugewandten Enden in Verbindung mit dem Ausgangsanschluss 20. Der Innenraum des ersten Halteelements 27 steht über Durchgangsöffnungen 27a des ersten Halteelements 27 in Verbindung mit dem Zufuhranschluss 19, während der Innenraum des zweiten Halteelements 28 über Durchgangsöffnungen 28a des zweiten Halteelements 28 in Verbindung mit dem Ablassanschluss 21 steht. Somit dient der Innenraum des ersten Halteelements 27 als Teil eines Kanals zwischen dem Zufuhranschluss 19 und dem Ausgangsanschluss 20, während der Innenraum des zweiten Halteelements 28 als Teil eines Verbindungskanals zwischen dem Ausgangsanschluss 20 und dem Ablassanschluss 21 dient. Man kann somit davon sprechen, dass der Innenraum der Halteelemente 27 und 28 als Teil des Schieberkastens 11 dient.
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Ein ringförmiger Zufuhrventilsitz 39a und ein ringförmiger Ablassventilsitz 39b sind an den gegenüberliegenden Enden der ersten und zweiten Haltelemente 27 bzw. 28 ausgebildet und stehen parallel zu der Achse L vor, um die oben beschriebenen Kanäle, die durch ihre Innenräume gebildet werden, zu umgeben.
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Die Ventilstange 30 besteht aus Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, und weist geführte Abschnitte 31 und 32 auf, die an ihren beiden Enden in Richtung der Achse L ausgebildet sind. Sie steht in Direktverbindung mit dem Inneren der beiden Halteelemente 27 und 28. In der Mitte der Ventilstange 30 in der Richtung der Achse L ist ein scheibenförmiges Sitzventil 37 ausgebildet, das zwischen den gegenüberliegenden Enden der beiden Halteelemente 27 und 28 angeordnet ist, wobei die schmalen Abschnitte 35 und 36 zwischen dem Sitzventil 37 und den jeweiligen geführten Abschnitten 31 bzw. 32 ausgebildet sind.
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Die geführten Abschnitte 31 und 32 haben jeweils einen Durchmesser, der kleiner ist als der des Sitzventils 37. Die schmalen Abschnitte 35 und 36 haben jeweils einen Durchmesser, der noch kleiner ist als der der geführten Abschnitte 31 und 32. An den geführten Abschnitten 31 und 32 sind Dichtabschnitte 33 und Verschleißringe 34 vorgesehen, die in Gleitkontakt mit den Innenflächen der Halteelemente 27 und 28 stehen.
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Das Sitzventil 37 tritt in Kontakt mit dem Zufuhrventilsitz 39a und dem Ablassventilsitz 39b bzw. hebt von diesen ab, um einen Kanal (Zufuhrkanal) zwischen dem Zufuhranschluss 19 und dem Ausgangsanschluss 20 bzw. einen Kanal (Ablasskanal) zwischen dem Ausgangsanschluss 20 und dem Ablassanschluss 21 zu öffnen und zu schließen. Die rechten und linken Seitenflächen des Sitzventils 37 in Richtung der Achse L, mit anderen Worten eine Seitenfläche 37b, die dem Ablassventilsitz 39b zugewandt ist, und eine Seitenfläche 37a, die dem Zufuhrventilsitz 39a gewandt ist, stehen senkrecht zu der Achse L. Ringförmige Ventilsitze 38a und 38b sind an den Seitenflächen 37a und 37b in der Nähe von deren Umfang ausgebildet und setzen auf dem Zufuhrventilsitz 39a bzw. dem Ablassventilsitz 39b auf und heben von diesem ab. Die Ventilsitze 38a und 38b bestehen aus ringförmigen, dünnen, flachen Dichtelementen, beispielsweise aus synthetischem Gummi, die an den Seitenflächen 37a und 37b des Sitzventils 37 beispielsweise durch Kleben so gehalten werden, dass sie vorstehende Wände 45, die später beschrieben werden, umgeben. Auf die Darstellung der Dichtelemente wird verzichtet.
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Das einzeln wirkende Richtungssteuerventil arbeitet als ein in einer Richtung wirkendes Ventil, bei welchem die Ventilstange 30 durch Betätigung eines Schaltantriebs 50 zu der rechten Seite in 1 verschoben wird, so dass der Zufuhranschluss 19 in Verbindung mit dem Ausgangsanschluss gebracht wird. Die Ventilstange kehrt durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 zu der linken Seite in 1 zurück, wenn der Schaltantrieb 50 nicht betätigt wird. Der Schaltantrieb 50 bei der dargestellten Ausführungsform nutzt einen Pilot- oder Steuerfluiddruck, um die Ventilstange 30 anzutreiben. Der Deckel 12, das Halteelement 27 und die Endfläche des geführten Abschnitts 31, die an einem Ende der Ventilstange 30 vorgesehen sind, definieren eine Pilotdruckkammer 40, die über ein Pilot- oder Steuerventil 50a in Verbindung mit einer Pilotfluiddruckquelle 50b steht. Andererseits ist zwischen dem geführten Abschnitt 32 an dem anderen Ende der Ventilstange 30 und der Abdeckung 13 die Rückführfeder 41 vorgesehen, um die Ventilstange 30 zu der Rückkehrposition zurückzuführen, wenn der Fluiddruck aus der Pilotdruckkammer 40 abgelassen wurde. Der Schaltantrieb 50 ist nicht auf einen Antriebsmechanismus eingeschränkt, der wie in 1 Pilotfluiddruck nutzt. Es können auch mechanische Antriebsmechanismen oder andere Mechanismen eingesetzt werden.
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Die ringförmige vorstehende Wand 45 ist wenigstens an der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 ausgebildet, die aus der linken Seitenfläche 37a und der rechten Seitenfläche 37b ausgewählt wird. Sie steht von der Seitenfläche 37b in Richtung der Achse L vor, wobei die Seitenfläche 37b dem Ablassventilsitz 39b zugewandt ist. Wenn das Sitzventil 37 von dem Ablassventilsitz 39b abhebt, ändert die vorstehende Wand 45 die Richtung eines Luftstroms, der von der Nähe des Ablassventilsitzes 39b entlang der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 zu der Mitte des Schieberkastens 11 strömt, in einem frühen Stadium auf die Richtung der Achse L, so dass das Abheben von der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 gefördert wird. Mit Bezug auf 2 hat die vorstehende Wand 45 eine Umfangsfläche 45a mit einer zylindrischen Fläche 45a' parallel zu der Achse L und einer schrägen Fläche 45a'', die es ermöglicht, dass das Basisende der zylindrischen Fläche 45a' gleichmäßig in die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 übergehen kann. Die Umfangsfläche 45a dient dazu, die Richtung der Luftströmung zu ändern. Die zylindrische Fläche 45a' hat einen Durchmesser D1, der kleiner ist als ein Durchmesser D2 des Sitzventils 37 und größer als ein Durchmesser D3 des schmalen Abschnitts 36 der Ventilstange 30. Die schräge Fläche 45a'' geht in einem Bereich innerhalb des Ventilsitzes 38b in die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 über. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist die schräge Fläche 45a'' so gekrümmt, dass sie einen Bogen bildet (hornförmig). Es ist jedoch auch möglich, eine lineare Form (konische Form) zu wählen.
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Die vorstehende Wand 45 hat eine Höhe H, die es ermöglicht, dass die vorstehende Wand 45 vollständig außerhalb der inneren Öffnung (Innenraum) des Ablassventilsitzes 39b steht, wenn das Sitzventil 37 von dem Ablassventilsitz 39b abhebt und in Kontakt mit dem Zufuhrventilsitz 39a tritt. Die Höhe ist vorzugsweise größer als eine Breite W eines ringförmigen Raumes 46, der zwischen der zylindrischen Fläche 45a' der vorstehenden Wand 45 und der Innenfläche der inneren Öffnung des Ablassventilsitzes 39b gebildet wird, wenn die vorstehende Wand 45 mit dem Inneren der inneren Öffnung in Eingriff tritt.
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Anders als bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Richtungssteuerventil verhindert die ringförmige vorstehende Wand 45 die Erzeugung eines Bereiches mit niedrigem Druck in der Nähe der Seitenfläche 37b an der Seite des Ablassanschlusses 21 des Sitzventils 37 durch eine schnelle Luftströmung entlang der Seitenfläche 37b. Hierdurch wird eine problematische instabile Schaltoperation der Ventilstange 30 vermieden.
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Insbesondere dann, wenn das Sitzventil 37 durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 die Trennung von dem Ablassventilsitz 39b beginnt, beginnt Druckluft mit hohem Druck, schnell aus dem Ausgangsanschluss 20 durch den Spalt zwischen dem Ablassventilsitz 39b und dem Ventilsitz 38b zu der Mitte des Schieberkastens 11 zu strömen. Die Umfangsfläche 45a der vorstehenden Wand 45 an der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 ändert die Richtung des Druckluftstroms in Richtung der Achse L, so dass die Druckluft so strömt, dass sie sich von der Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 entfernt. Somit wird in der
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Nähe des Sitzventils 37 an der Seite des Ablassanschlusses 21 anders als bei den herkömmlichen einzeln wirkenden Richtungssteuerventilen kein Bereich mit niedrigem Druck erzeugt. Dies vermeidet instabile Schaltvorgänge der Ventilstange 30.
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Bei der Ausführungsform in 1 ist die vorstehende Wand 45 integral an der Seitenfläche des Sitzventils 37 ausgebildet, indem eine Dicke des Sitzventils 37 in einem Bereich innerhalb des Ventilsitzes 38b vergrößert wird. Die Seitenfläche der vorstehenden Wand 45 geht integral in ein Ende des schmalen Abschnitts 36 der Ventilstange 30 über. Die vorstehende Wand 45 kann aber, wie bei der in 3 dargestellten Modifikation, auch hohl sein. In diesem Fall geht ein Ende des schmalen Abschnitts 36 der Ventilstange 30 innerhalb der vorstehenden Wand 45 in die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 über. Außerdem kann dann, wenn das Dichtelement als eine Komponente des Ventilsitzes 38b auf die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 geklebt ist, die vorstehende Wand 45 mit dem Dichtelement integriert sein. In diesem Fall geht ein Ende des schmalen Abschnitts 36 der Ventilstange 30 in die Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 über.
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Bei dem Sitzventil 37 gemäß den 1 und 3 sind die vorstehenden Wände 45 symmetrisch sowohl an der dem Ablassventilsitz 39b zugewandten Seitenfläche 37b des Sitzventils 37 als auch an der gegenüberliegenden Seitenfläche, das heißt der dem Zufuhrventilsitz 39a zugewandten Seitenfläche 37a ausgebildet. Dies liegt daran, dass eine Ausgestaltung der Ventilstange 30 mit dem Sitzventil 37 mit den beiden symmetrischen Seitenflächen es ermöglicht, das Sitzventil 37 unabhängig von seiner Orientierung in dem Schieberkasten 11 aufzunehmen. Diese Gestaltung ist daher bei der Ausführungsform in den Zeichnungen nicht notwendig. Vielmehr ist eine solche Gestaltung dann sinnvoll, wenn der Zufuhranschluss 19 durch den Ablassanschluss 21 ersetzt wird, das heißt in dem Fall, in dem der Ablassanschluss 21 als ein Zufuhranschluss und der Zufuhranschluss 19 als ein Ablassanschluss verwendet wird.
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In 1 wird der geführte Abschnitt 32 der Ventilstange 30 in Kontakt mit einem Flansch 43a einer Stange 43 gebracht, so dass die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 über den Flansch 43a auf die Endfläche des geführten Abschnitts 32 der Ventilstange 30 wirkt, während die Stange 43 durch die Abdeckung 13 nach außen geführt wird und mit einem nicht dargestellten Positionsdetektor verbunden ist, der eine Betriebsposition der Ventilstange 30 erfasst. In dem Fall, in dem kein Positionsdetektor vorgesehen sein muss, kann die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 auch direkt auf den geführten Abschnitt 32 der Ventilstange 30 wirken.
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Bei dem einzeln wirkenden Richtungssteuerventil mit dem oben beschriebenen Aufbau wirkt dann, wenn der Pilotdruckkammer 40 Pilotluft zugeführt wird, ein Pilotluftdruck auf die Endfläche des geführten Abschnitts 31, der an einem Ende der Ventilstange 30 vorgesehen ist, um die Ventilstange 30 anzutreiben und in 1 zu der rechten Seite zu verschieben. Der Ventilsitz 38a des Sitzventils 37 hebt von dem Zufuhrventilsitz 39a ab, um einen Zufuhrkanal innerhalb der inneren Öffnung des Zufuhrventilsitzes 39a zu öffnen. Der Ventilsitz 38b wird gegen den Ablassventilsitz 39b gepresst, um einen Ablasskanal in der inneren Öffnung des Ablassventilsitzes 39b zu schließen. Somit wird der Zufuhranschluss 19 in Verbindung mit dem Ausgangsanschluss 20 gebracht und die von dem Zufuhranschluss 19 zugeführte Druckluft wird über den Ausgangsanschluss 20 einer festgelegten Ausrüstung zugeführt.
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In dem Fall, in dem die Pilotluft in der Pilotdruckkammer abgelassen wurde, bewegt sich die Ventilstange 30 von der rechten Seite durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 zu der linken Seite. Der Ventilsitz 38a des Sitzventils 37 wird gegen den Zufuhrventilsitz 39a gepresst, um den Zufuhrkanal zu schließen.
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Der Ventilsitz 38b hebt von dem Ablassventilsitz 39b ab, um den Ablasskanal zu öffnen. Die Druckluft von dem Ausgangsanschluss 20 wird daher über den Ablassanschluss 21 nach außen abgelassen. Wie oben beschrieben wurde, ändert in diesem Fall in dem Stadium, in dem der Ventilsitz 38b des Sitzventils 37 beginnt, sich durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 41 von dem Ablassventilsitz 39b zu trennen, obwohl Druckluft mit hohem Druck von dem Ausgangsanschluss 20 durch den Spalt zwischen dem Ablassventilsitz 39b und dem Ventilsitz 38b zu einem Raum um den schmalen Abschnitt 36 der Ventilstange 30 fließt, die vorstehende Wand 45 die Richtung der Luftströmung in Richtung der Achse L mit der Folge, dass die Luftströmung so fließt, dass sie sich von dem Sitzventil 37 entfernt. Hierdurch wird ein instabiler Schaltvorgang der Ventilstange 30 vermieden.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist das Paar von Halteelementen 27 und 28 innerhalb des Ventilkörpers 10 vorgesehen, und die Ventilstange 30 wird durch die Halteelemente 27 und 28 gleitend getragen. Der Zufuhrventilsitz 39a und der Ablassventilsitz 39b können aber auch direkt an den Ventilkörper 10 ausgebildet sein, ohne die Halteelemente 27 und 28 vorzusehen. Die geführten Abschnitte 31 und 32 der Ventilstange 30 können somit auch direkt durch den Ventilkörper 10 gehalten werden.
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Außerdem können der Zufuhrventilsitz 39a und der Ablassventilsitz 39b aus synthetischem Harz, synthetischem Gummi, Kunststoff oder anderen Materialien hergestellt werden. Die Ventilsitze 38a und 38b können direkt an einem Teil der Seitenflächen 37a und 37b des Sitzventils 37 aus Metall ausgebildet werden. In diesem Fall bestehen auch die Ventilsitze 38a und 38b aus Metall.
