DE102013001134A1

DE102013001134A1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE102013001134A1
Application number: DE201310001134
Authority: DE
Inventors: Harald Röhrig
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-07-24

Abstract

Es wird ein Mehrwegeventil (1) vorgeschlagen, das mindestens eine in ein Ventilgehäuse (2) eingesetzte Steuereinheit (16) aufweist, die sich aus einem axial beweglichen Steuerglied (12) und einer das Steuerglied (12) umschließenden Steuerhülse (18) zusammensetzt. Zur Steuerung einer Fluidströmung weist die Steuereinheit (16) zwei axial beabstandete, erste und zweite Ventilsitzpaare (25, 26) auf, die jeweils einen an der Steuerhülse (18) angeordneten ersten Ventilsitz (25a, 26a) und einen an dem Steuerglied (12) angeordneten zweiten Ventilsitz (25b, 26b) enthalten. Bei dem ersten Ventilsitzpaar (25) ist der erste Ventilsitz (25a) von einem starren Dichtabschnitt (27) und der zweite Ventilsitz (25b) von einer verformbaren Dichtlippe (28) gebildet. Bei dem zweiten Ventilsitzpaar (26) ist der erste Ventilsitz (26a) von einer verformbaren Dichtlippe (28) und der zweite Ventilsitz (26b) von einem starren Dichtabschnitt (27) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem mindestens eine sich entlang einer Hauptachse erstreckende Steuereinheit untergebracht ist, die über eine bezüglich des Ventilgehäuses ortsfeste Steuerhülse und ein sich in der Steuerhülse erstreckendes, diesbezüglich unter Ausführung einer Umschaltbewegung axial bewegbares Steuerglied verfügt, wobei die Steuereinheit zwei in der Achsrichtung der Hauptachse zueinander beabstandete erste und zweite Ventilsitzpaare aufweist, die jeweils aus einem an der Steuerhülse angeordneten ersten Ventilsitz und einem dem ersten Ventilsitz in Achsrichtung der Hauptachse gegenüberliegenden und an dem Steuerglied angeordneten zweiten Ventilsitz bestehen, wobei die ersten Ventilsitze axial voneinander wegweisend an der Steuerhülse angeordnet sind und das Steuerglied in zwei alternativen Schaltstellungen positionierbar ist, in denen jeweils das eine Ventilsitzpaar eine Offenstellung mit voneinander abgehobenen Ventilsitzen und gleichzeitig das andere Ventilsitzpaar eine Schließstellung mit axial aneinander anliegenden Ventilsitzen einnimmt, wobei ein zwischen den beiden Ventilsitzpaaren in den Innenraum der Steuerhülse einmündender Arbeitskanal des Mehrwegeventils zwischen den Ventilsitzen des jeweils in Offenstellung befindlichen Ventilsitzpaares hindurch mit entweder einem Speisekanal oder einem Abführkanal des Mehrwegeventils verbunden ist, und wobei bei dem ersten Ventilsitzpaar der erste Ventilsitz von einem ringförmigen, starren Dichtabschnitt der Steuerhülse und der zweite Ventilsitz von einer ringförmigen, in der Achsrichtung der Hauptachse elastisch verformbaren Dichtlippe des Steuergliedes gebildet ist.
Ein aus der DE 79 24 113 U1 bekanntes Mehrwegeventil dieser Art ist mit einer in einem Ventilgehäuse untergebrachten Steuereinheit ausgestattet, die sich aus einer Steuerhülse und einem sich in der Steuerhülse erstreckenden Steuerglied zusammensetzt, wobei diese beiden Komponenten gemeinsam zwei Ventilsitzpaare definieren, die durch Umschalten des Steuergliedes wechselweise in den Zustand einer Offenstellung oder einer Schließstellung bringbar sind. Auf diese Weise kann ein Arbeitskanal wechselweise mit einem Speisekanal oder einem Abführkanal verbunden werden. Jedes Ventilsitzpaar enthält einen an der Steuerhülse angeordneten ersten Ventilsitz und einen diesbezüglich axial gegenüberliegenden, am Steuerglied angeordneten zweiten Ventilsitz. Bei dem ersten Ventilsitzpaar ist der erste Ventilsitz von einem starren Dichtabschnitt der Steuerhülse und der zweite Ventilsitz von einer elastisch verformbaren Dichtlippe des Steuergliedes gebildet. Beim zweiten Ventilsitzpaar ist der erste Ventilsitz ebenfalls von einem starren Dichtabschnitt der Steuerhülse gebildet, wobei der zweite Ventilsitz von einem tellerförmigen Dichtelement gebildet ist, das auf einem starren Hauptkörper des Steuergliedes axial verschiebbar gelagert ist, um ungeachtet vorhandener Fertigungstoleranzen eine korrekte Schließstellung zu ermöglichen. Der damit verbundene konstruktive Aufwand ist relativ groß.
Aus der DE 70 30 280 U ist ein Ventil bekannt, das über ein als Schieber ausgebildetes Steuerglied verfügt, das an seinem Umfang eingespannte ring- oder scheibenähnliche Abdichtungen trägt, wobei ein zentrales Abdichtungselement über eine biegbare Dichtlippe verfügt.
Aus der DE 73 20 079 U ist ein Mehrwegeventil bekannt, das über ein axial bewegliches Steuerglied verfügt, an dem ein Dichtungsring angeordnet ist, der zwei Dichtlippen aufweist, die jeweils einen Ventilsitz bilden und die jeweils mit einem an einem Ventilgehäuse ausgebildeten starren zweiten Ventilsitz kooperieren.
Die DE 81 07 889 U1 offenbart eine pneumatische Ventilanordnung, bei der ein Ventilglied in zwei axial beabstandet zueinander angeordneten Steuerhülsen verschiebbar gelagert ist. Zur Steuerung einer Fluidströmung weist das Ventilglied an seinem Außenumfang mehrere Dichtelemente auf, die gleitverschieblich an den Steuerhülsen anliegen.
In der DE 10 2006 062 432 B4 ist ein pneumatisches Schieberventil beschrieben, das zwei Steuerglieder aufweist, die mittels eines Verbindungselementes zu einem einheitlichen Ventilglied zusammengefasst werden können.
Aus der DE 44 00 760 A1 ist ein Mehrwegeventil bekannt, bei dem in einer Gehäusebohrung eines Ventilgehäuses wahlweise zwei separate Ventilschieber oder ein einheitlicher Ventilschieber einsetzbar sind, um die Funktionalität des Mehrwegeventils zu verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeventil zu schaffen, das bei einfachem Aufbau ungeachtet vorhandener Fertigungstoleranzen eine zuverlässige Funktionsweise gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass bei dem zweiten Ventilsitzpaar der erste Ventilsitz von einer ringförmigen, in der Achsrichtung der Hauptachse elastisch verformbaren Dichtlippe der Steuerhülse und der zweite Ventilsitz von einem ringförmigen, starren Dichtabschnitt des Steuergliedes gebildet ist.
Somit ist bei beiden Ventilsitzpaaren der Steuereinheit der eine Ventilsitz in Form eines ringförmigen, starren Dichtabschnittes und der andere Ventilsitz als elastisch verformbare Dichtlippe realisiert, wobei eine Besonderheit darin liegt, dass die Zuordnung des starren Dichtabschnittes und der verformbaren Dichtlippe zu dem Steuerglied und zu der Steuerhülse bei den beiden Ventilsitzpaaren vertauscht ist. Indem beide Ventilsitzpaare über eine elastisch verformbare Dichtlippe für einen der Ventilsitze verfügen, kann die Schließstellung beider Ventilsitzpaare selbst dann zuverlässig gewährleistet werden, wenn relativ hohe Fertigungstoleranzen auftreten, was insgesamt eine kostengünstige Herstellung des Mehrwegeventils ermöglicht. Durch die axiale Verformbarkeit der Dichtlippen lässt sich die Steuereinheit so dimensionieren, dass die Dichtlippe jedes Ventilsitzpaares bei Einnahme der Schließstellung aufgrund auf einer gewissen elastischen Verformung unter axialer Vorspannung an dem zugeordneten starren Dichtabschnitt anliegt. Darüber hinaus lässt sich die Steuereinheit aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus sehr einfach und mit geringem Zeitaufwand montieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Steuerglied der Steuereinheit verfügt zweckmäßigerweise über einen starren Hauptkörper, der zum einen die Dichtlippe des ersten Ventilsitzpaares trägt und zum anderen mit dem starren Dichtabschnitt des zweiten Ventilsitzpaares versehen ist. Der starre Dichtabschnitt des zweiten Ventilsitzpaares ist zweckmäßigerweise ein unmittelbarer Bestandteil des Hauptkörpers selbst, was die Herstellungskosten sehr gering hält.
Zum Hervorrufen der Umschaltbewegung ist das Steuerglied zweckmäßigerweise mit einem Antriebskolben versehen, der gesteuert mit einem Antriebsfluid, insbesondere mit Druckluft, beaufschlagbar ist. Dieser Antriebskolben ist bevorzugt so angeordnet, dass er auf der dem ersten Ventilsitzpaar axial entgegengesetzten Seite des zweiten Ventilsitzpaares liegt, wobei er unter Abdichtung gleitverschieblich in der Steuerhülse aufgenommen ist. Der Antriebskolben ist zweckmäßigerweise zur bezüglich der Steuerhülse dynamischen Abdichtung mit einem Dichtungsring versehen, der insbesondere als Lippendichtungsring konzipiert ist, dessen lippenförmiger Dichtabschnitt von den beiden Ventilsitzpaaren wegweist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Steuerglied eine zwischen dem Antriebskolben und dem starren Dichtabschnitt des zweiten Ventilsitzpaares angeordnete Trennwand aufweist, die unter Abdichtung gleitverschieblich mit dem Innenumfang der Steuerhülse zusammenwirkt. Die Trennwand verhindert einen unerwünschten Fluidübertritt des zu steuernden Fluides in den Bereich des Antriebskolbens, so dass fehlerhafte Umschaltvorgänge des Steuergliedes vermieden werden. Die Trennwand ist zweckmäßigerweise zur bezüglich der Steuerhülse dynamischen Abdichtung mit einem Dichtungsring versehen, der insbesondere als Lippendichtungsring konzipiert ist, dessen lippenförmiger Dichtabschnitt den beiden Ventilsitzpaaren zugewandt ist.
Bevorzugt ist die Dichtlippe jedes Ventilsitzes Bestandteil eines ringförmigen Membranelementes, das über einen Halteabschnitt verfügt, mit dem es je nach Zuordnung am Steuerglied oder an der Steuerhülse fixiert ist. Das Membranelement besteht zweckmäßigerweise aus einem gummielastischen Material, insbesondere ein Elastomermaterial.
Der Zusammenbau des Mehrwegeventils lässt sich kostengünstig und zeitsparend verwirklichen, wenn die Steuereinheit als vormontierte patronenartige Baugruppe mit unverlierbar an der Steuerhülse fixiertem Steuerglied in der Achsrichtung der Hauptachse in das Ventilgehäuse eingesetzt ist. Somit kann die Steuereinheit vor dem Einsetzen in das Ventilgehäuse vormontiert werden und dann als Ganzes in einem Arbeitsgang patronenartig in das Ventilgehäuse eingesetzt werden. Man kann die Steuereinheit somit auch als Steuerpatrone bezeichnen.
Um die Steuereinheit als Baugruppe zu realisieren, ist es zweckmäßig, die Komponenten so auszubilden, dass das Steuerglied durch gegenseitige axiale Abstützung des ersten und zweiten Ventilsitzes beider Ventilsitzpaare unverlierbar an der Steuerhülse fixiert ist.
Ein besonders montagefreundlicher Aufbau der Steuereinheit sieht vor, dass die Steuerhülse zwei separate Hülsenkörper aufweist, die in koaxialer Ausrichtung axial aufeinanderfolgend angeordnet sind und die unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Membranelementes aneinander angesetzt sind. Das ringförmige Membranelement bewirkt eine axiale Abdichtung zwischen den beiden Hülsenkörpern und definiert zugleich die zur Steuerhülse gehörende Dichtlippe des zweiten Ventilsitzpaares. Außerdem ist es von Vorteil, wenn das ringförmige Membranelement auch eine Dichtfunktion zur radialen Abdichtung bezüglich der Innenumfangsfläche einer die Steuerhülse aufnehmenden Aufnahmebohrung des Ventilgehäuses übernimmt. Ein und dasselbe Bauteil, nämlich das Membranelement, erfüllt somit eine Mehrfachfunktion, was den Herstellungs- und Montageaufwand für das Mehrwegeventil gering hält.
Hinsichtlich des Aufbaus der Steuereinheit ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Steuerglied einen zum Hervorrufen der Umschaltbewegung mit einem Antriebsfluid beaufschlagbaren Antriebskolben aufweist, der gemeinsam mit der am Steuerglied fixierten Dichtlippe des ersten Ventilsitzpaares als eine Art Halteeinrichtung fungiert, durch die die beiden Hülsenkörper und das zwischen die Hülsenkörper eingegliederte Membranelement vor dem Einsetzen in das Ventilgehäuse zusammengehalten werden, so dass alle Komponenten gemeinsam eine patronenartige Baugruppe bilden, die sich einheitlich in das Ventilgehäuse einsetzen lässt.
Das Mehrwegeventil kann über lediglich eine einzige Steuereinheit verfügen, was insbesondere dann der Fall ist, wenn das Mehrwegeventil als 3/2-Wegeventil konzipiert ist. In diesem Fall kann das Steuerglied zwei Schaltstellungen einnehmen, wobei es den Arbeitskanal in der einen Schaltstellung mit dem Speisekanal und in der anderen Schaltstellung mit dem Abführkanal verbindet und dabei vom jeweils anderen der beiden vorgenannten Kanäle abtrennt.
Eine alternative Bauform des Mehrwegeventils ist mit zwei Steuereinheiten ausgestattet, die im Innern des Ventilgehäuses in Achsrichtung der Hauptachse aufeinanderfolgend koaxial zueinander angeordnet sind. Hier ist dann zweckmäßigerweise durch jede Steuereinheit eine 3/2-Ventilfunktion realisiert, was sich insgesamt in einer 5/2-Ventilfunktion äußert, wenn ein Speisekanal gemeinsam für beide Steuereinheiten genutzt wird und die beiden Steuerglieder in einem einzigen Ventilglied zusammengefasst sind. In diesem Fall liegt dann ein 5/2-Wegeventil vor. Wenn allerdings die beiden Steuereinheiten nicht miteinander gekoppelt sind bzw. werden, können beide Steuereinheiten insbesondere unabhängig voneinander als zwei 3/2-Wegeventile betrieben werden.
Bei einem mit zwei Steuereinheiten ausgestatteten Mehrwegeventil umschließen die beiden Steuerhülsen zweckmäßigerweise ein Ventilglied, das sich aus zwei axial aneinandergereihten Steuergliedern zusammensetzt. Die beiden Steuerglieder können dabei von Hause aus als Baueinheit in Gestalt des Ventilgliedes ausgeführt sein. Als besonders zweckmäßig wird eine Ausführungsform angesehen, bei der die beiden Steuerglieder vor ihrer Montage im Ventilgehäuse separate Bauteile sind, die erst durch mindestens ein Verbindungsmittel axial starr miteinander verbunden werden. Vorzugsweise erfolgt die Vereinigung der Steuerglieder zur Bildung des Ventilgliedes beim von einander entgegengesetzten Seiten her erfolgendem Einstecken der Steuereinheiten in eine durchgehende Aufnahmebohrung des Ventilgehäuses. Dies vereinfacht die Montage des Mehrwegeventils erheblich.
Bei den Steuerhülsen der beiden Steuereinheiten handelt es sich insbesondere um voneinander getrennte Bauteile. Auch im in das Ventilgehäuse eingebauten Zustand bleiben sie zweckmäßigerweise getrennt voneinander. Nur die beiden Steuerglieder sind dann unter Bildung des Ventilgliedes miteinander verbunden.
Das Mehrwegeventil ist zweckmäßigerweise von elektrofluidisch vorgesteuerter Bauart. In diesem Fall ist es mit einer elektrisch betätigbaren Vorsteuerventileinrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe die Umschaltbewegung der Steuerglieder durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung hervorgerufen werden kann. Obwohl auch andere Bauformen möglich sind, empfiehlt sich eine Realisierung des Mehrwegeventils insbesondere als monostabiles Ventil, bei dem das Steuerglied oder Ventilglied durch Federmittel in eine Grundstellung vorgespannt ist und durch Fluidbeaufschlagung in eine andere Schaltstellung umschaltbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils in einer Grundstellung, wobei eine Vorsteuerventileinrichtung des Mehrwegeventils nur schematisch angedeutet ist,
2 das Mehrwegeventil aus 1 in einer weiteren Schaltstellung,
3 die in 1 in dem strichpunktiert umrahmten Bereich III ersichtliche Steuereinheit in einer vergrößerten Einzeldarstellung im Längsschnitt,
4 die Steuereinheit aus 3 in einer perspektivischen Ansicht,
5 die Steuereinheit aus 3 und 4 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, und
6 die Steuereinheit aus 3 und 4 in einer weiteren Explosionsdarstellung im Längsschnitt.
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mehrwegeventil enthält ein Ventilgehäuse 2, in dem eine sich in Achsrichtung einer Hauptachse 3 erstreckende Aufnahmebohrung 4 ausgebildet ist. Die Aufnahmebohrung 4 ist in ihrer axialen Richtung bevorzugt mehrfach abgestuft und kann auf beliebige Art und Weise hergestellt sein, beispielsweise durch spanende Bearbeitung oder vorzugsweise unmittelbar bei der Spritzgießherstellung des Ventilgehäuses 2.
Exemplarisch hat das Ventilgehäuse 2 einen Mittelteil 2a und zwei auf einander entgegengesetzten Seiten stirnseitig daran angebrachte erste und zweite Abschlussteile 2b, 2c. Allerdings ist prinzipiell auch ein anderer Gehäuseaufbau möglich.
Im Innern der Aufnahmebohrung 4 erstreckt sich in Achsrichtung der Hauptachse 3 ein eine Längsgestalt aufweisendes Ventilglied 5. Das Ventilglied 5 ist im Rahmen einer mit der Achsrichtung der Hauptachse 3 zusammenfallenden linearen Umschaltbewegung 6 zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar, in denen einem im Folgenden als Arbeitsfluid bezeichneten fluidischen Druckmedium unterschiedliche Strömungswege durch das Mehrwegeventil 1 hindurch vorgegeben oder auch versperrt werden. Die 1 zeigt eine erste Schaltstellung, die 2 eine diesbezüglich axial verlagerte zweite Schaltstellung des Ventilgliedes 5. Exemplarisch ist die erste Schaltstellung eine Grundstellung, die daraus resultiert, dass das Ventilglied 5 durch zwischen ihm und dem Ventilgehäuse 2 wirkende Federmittel 7 entsprechend beaufschlagt ist. Zum Umschalten in die zweite Schaltstellung gemäß 2 ist die Rückstellkraft der Federmittel 7 zu überwinden.
Das Mehrwegeventil 1 kann prinzipiell von direkt elektrisch oder durch Fluidkraft betätigter Art sein. Bevorzugt handelt es sich allerdings um ein Mehrwegeventil 1 von elektrofluidisch vorgesteuerter Bauart, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Hier enthält das Mehrwegeventil 1 eine nur schematisch angedeutete, elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung 8, die auf der Grundlage eines eingespeisten elektrischen Betätigungssignals in der Lage ist, das Ventilglied 5 mit einem im Folgenden als Antriebsfluid bezeichneten fluidischen Druckmedium zu beaufschlagen und eine Umschaltkraft hervorzurufen, die beim Ausführungsbeispiel ausreichend groß ist, um das Umschalten in die zweite Schaltstellung und das dortige Festhalten zu ermöglichen. Das Antriebsfluid kann separat zugeführt werden oder aus einem später beschriebenen Speisekanal 35 des Mehrwegeventils 1 intern abgezweigt sein. Letzteres ist beim Ausführungsbeispiel der Fall.
Exemplarisch ist die Vorsteuerventileinrichtung 8 von einem 3/2-Wegeventil gebildet. Wenn das Mehrwegeventil 1 so ausgebildet ist, dass das Ventilglied 5 in beiden Umschaltrichtungen aktiv vorgesteuert betätigbar ist, sind zweckmäßigerweise zwei solcher 3/2-Wegeventile als Vorsteuerventile vorhanden. Vorzugsweise verfügt die Vorsteuerventileinrichtung 8 über ein elektromagnetisches Betätigungsprinzip.
Das Ventilglied 5 setzt sich beim Ausführungsbeispiel aus zwei ursprünglich separaten ersten und zweiten Steuergliedern 12, 13 zusammen, die zu einer Baueinheit in Form des Ventilgliedes 5 zusammengefasst sind. Die beiden Steuerglieder 12, 13 sind mit koaxialer Ausrichtung in der Achsrichtung der Hauptachse 3 aufeinanderfolgend angeordnet, wobei sie im Bereich einander zugewandter vorderer Endabschnitte 14 fest und insbesondere unlösbar miteinander verbunden sind. Exemplarisch wird die Verbindung durch ein insbesondere bolzenförmiges Verbindungsmittel 15 hergestellt, das kraftschlüssig und/oder formschlüssig in jeden der beiden vorderen Endabschnitte 14 eingreift. Vorzugsweise ist das Verbindungsmittel 15 in jeden vorderen Endabschnitt 14 eingepresst, wobei es mit einem radial abstehenden Verankerungszahn ausgebildet ist, der in das Material des betreffenden Steuergliedes 12, 13 eingreift.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Steuerglieder 12, 13 von einstückig miteinander verbundenen Längenabschnitten eines einheitlichen Ventilgliedes 5 gebildet.
Das erste Steuerglied 12 ist Bestandteil einer ersten Steuereinheit 16, zu der auch noch eine erste Steuerhülse 18 gehört. Das zweite Steuerglied 13 ist Bestandteil einer zweiten Steuereinheit 17, zu der auch noch eine zweite Steuerhülse 19 gehört. Beide Steuereinheiten 16, 17 sind koaxial aufeinanderfolgend in der Aufnahmebohrung 4 platziert. Während allerdings die beiden Steuerglieder 12, 13 bevorzugt zur Bildung des Ventilgliedes 5 in einer Baueinheit zusammengefasst sind, handelt es sich bei den beiden Steuerhülsen 18, 19 um vor und nach der Montage separate Bauteile.
Das erste Steuerglied 12 ist von der ersten Steuerhülse 18 koaxial umschlossen. Vergleichbar ist das zweite Steuerglied 13 von der zweiten Steuerhülse 19 koaxial umschlossen. Zwischen den beiden Steuerhülsen 18, 19 liegt zweckmäßigerweise ein axialer Abstand, also ein Abstand in der Achsrichtung der Hauptachse 3 vor.
Im von dem Mittelteil 2a abgenommenen Zustand der beiden Abschlussteile 2b, 2c ist der sich in dem Mittelteil 2a erstreckende Längenabschnitt der Aufnahmebohrung 4 von einander axial entgegengesetzten Seiten her frei zugänglich. Die beiden Steuereinheiten 16, 17 sind jeweils als vormontierte patronenartige Baugruppe mit unverlierbar an ihrer Steuerhülse 18, 19 fixiertem Steuerglied 12, 13 in der Achsrichtung der Hauptachse 3 von einander entgegengesetzten Seiten her in die Aufnahmebohrung 4 eingesetzt. Sie sind dabei in die Aufnahmebohrung 4 insbesondere axial eingesteckt.
Die axiale Einsetztiefe der Steuereinheiten 16, 17 bezüglich der Aufnahmebohrung 4 wird durch jeweils eine Ringstufe der Aufnahmebohrung 4 vorgegeben, an der jeweils eine der Steuerhülsen 18, 19 zur Anlage gelangt. In der entgegengesetzten Richtung erfolgt die axiale Fixierung insbesondere durch jeweils einen der Abschlussdeckel 2b, 2c.
Vor dem Einsetzen in die Aufnahmebohrung 4 liegen die beiden Steuereinheiten 16, 17 als vormontierte, individuelle Baugruppen vor. Man kann sie ihres patronenartigen Aufbaus wegen auch als Steuerpatronen bezeichnen. Die 3 und 4 zeigen exemplarisch die erste Steuereinheit 16 als solche individuelle patronenartige Baugruppe vor dem Einsetzen in das Ventilgehäuse 2. Längenmäßig sind die beiden Steuereinheiten 16, 17 so aufeinander abgestimmt, dass sie beim Einsetzen in die Aufnahmebohrung 4 entweder direkt oder unter Mitwirkung eines gesonderten Verbindungsmittels 15 an ihren Steuergliedern 12, 13 in gegenseitigen Eingriff miteinander gelangen, die sich zu der Baueinheit des Ventilgliedes 5 vereinigen.
Vorzugsweise bildet jede Steuerhülse 18, 19 ein Linearführungsmittel für die Umschaltbewegung 6 des zugeordneten Steuergliedes 12, 13. Bevorzugt ist das erste Steuerglied 12 in der ersten Steuerhülse 18 linear verschiebbar geführt, während das zweite Steuerglied 13 in der zweiten Steuerhülse 19 linear verschiebbar geführt ist. Verantwortlich für die Linearführung ist ein als Bestandteil jedes Steuergliedes 12, 13 ausgebildeter Führungsabschnitt 23a, 23b, der an der peripheren Innenumfangsfläche 24a, 24b der zugeordneten Steuerhülse 18, 19 linear verschiebbar abgestützt ist.
Die erste Steuereinheit 16 definiert zwei in Achsrichtung der Hauptachse 3 mit Abstand zueinander angeordnete Ventilsitzpaare, die im Folgenden als erstes Ventilsitzpaar 25 und als zweites Ventilsitzpaar 26 bezeichnet seien. Jedes dieser beiden Ventilsitzpaare 25, 26 besteht aus einem an der ersten Steuerhülse 18 angeordneten ersten Ventilsitz 25a, 26a und aus einem dem ersten Ventilsitz 25a, 26a in Achsrichtung der Hauptachse 3 gegenüberliegenden und an dem ersten Steuerglied 12 angeordneten zweiten Ventilsitz 25b, 26b. Alle diese Ventilsitze 25a, 25b, 26a, 26b sind ringförmig ausgebildet und konzentrisch zu der Hauptachse 3 angeordnet. Die an der ersten Steuerhülse 18 angeordneten ersten Ventilsitze 25a, 26a weisen axial in einander entgegengesetzte Richtungen und dabei voneinander weg. Exemplarisch ist dadurch der erste Ventilsitz 25a des erstens Ventilsitzpaares 25 der zweiten Steuereinheit 17 axial zugewandt, während der erste Ventilsitz 26a des zweiten Ventilsitzpaares 26 axial von der zweiten Steuereinheit 17 wegweist.
Während der erste Ventilsitz 25a des ersten Ventilsitzpaares 25 als ein ringförmiger, starrer Dichtabschnitt 27 ausgeführt ist, ist der erste Ventilsitz 26a des zweiten Ventilsitzpaares 26 von einer ringförmigen, in der Achsrichtung der Hauptachse 3 elastisch verformbaren Dichtlippe 28 gebildet. Bei jedem Ventilsitzpaar 25, 26 kooperieren ein starrer und ein elastisch verformbarer Ventilsitz miteinander, so dass bei dem ersten Ventilsitzpaar 25 der zum ersten Steuerglied 12 gehörende zweite Ventilsitz 25b von einer in der Achsrichtung der Hauptachse 3 elastisch verformbaren Dichtlippe 28 gebildet ist, während bei dem zweiten Ventilsitzpaar 26 der zum ersten Steuerglied 12 gehörende zweite Ventilsitz 26b von einem ringförmigen, starren Dichtabschnitt 27 des ersten Steuergliedes 12 gebildet ist.
Die beiden an dem ersten Steuerglied 12 16 angeordneten zweiten Ventilsitze 25b, 26b sind einander in der Achsrichtung der Hauptachse 3, das heißt axial zugewandt. Die Ventilsitze der beiden Ventilsitzpaare 25, 26 sind derart aufeinander abgestimmt, dass in der aus 1 ersichtlichen ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 das erste Ventilsitzpaar 25 eine Schließstellung und das zweite Ventilsitzpaar 26 eine Offenstellung einnimmt. In der aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung liegen umgekehrte Verhältnisse vor. Jede Schließstellung zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden zum gleichen Ventilsitzpaar 25, 26 gehörenden Ventilsitze 25a, 26a beziehungsweise 25b, 26b entweder unter Abdichtung axial aneinander anliegen (Schließstellung) oder unter Freigabe eines Überströmspaltes 32 axial beabstandet zueinander angeordnet sind (Offenstellung). In der Schließstellung ist die daran beteiligte Dichtlippe 28 durch das Zusammenwirken mit einem starren Dichtabschnitt 27 axial ein Stückweit elastisch umgebogen, was aufgrund der Gummielastizität problemlos möglich ist. Diese Verformbarkeit garantiert aufgrund den materialbedingt auftretenden Rückstellkräften eine sichere Schließstellung unabhängig von toleranzbedingten Positionsabweichungen zwischen dem ersten Steuerglied 12 und der ersten Steuerhülse 13.
In den zwischen den beiden Ventilsitzpaaren 25, 26 befindlichen Abschnitt des von der ersten Steuerhülse 18 umgrenzten Innenraumes 33 – im Folgenden auch als erster Innenraumabschnitt 33a bezeichnet – mündet ein sowohl die erste Steuerhülse 18 als auch das Ventilgehäuse 2 durchsetzender erster Arbeitskanal 34 ein. Ein Speisekanal 35, der das Ventilgehäuse 2 durchsetzt, mündet in den zwischen den beiden Steuerhülsen 18, 19 befindlichen Bereich in die Aufnahmebohrung 4 ein. Ein erster Abführkanal 36 durchsetzt das Ventilgehäuse 2 und die erste Steuerhülse 18 und mündet auf der dem ersten Ventilsitzpaar 25 axial entgegengesetzten Seite des zweiten Ventilsitzpaares 26 in den dort befindlichen Abschnitt des Innenraumes 33 der ersten Steuereinheit 16 ein, der im Folgenden auch als zweiter Innenraumabschnitt 33b bezeichnet wird.
Im Betrieb des Mehrwegeventils 1 ist der Speisekanal 35 an eine externe Druckquelle, insbesondere an eine Druckluftquelle, angeschlossen, während der erste Arbeitskanal 34 mit einem zu betätigenden Verbraucher und der erste Abführkanal 36 mit einer Drucksenke, insbesondere mit der Atmosphäre, verbunden ist. In der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 ist der Speisekanal 35 durch das die Schließstellung einnehmende erste Ventilsitzpaar 25 von dem zwischen den beiden Ventilsitzpaaren 25, 26 liegenden ersten Innenraumabschnitt 33a des Innenraumes 33 fluiddicht abgetrennt. Gleichzeitig gibt das in der Offenstellung befindliche zweite Ventilsitzpaar 26 einen aus 1 ersichtlichen Überströmspalt 32 frei, der eine Verbindung zwischen dem ersten Arbeitskanal 34 und dem ersten Abführkanal 36 herstellt, so dass ein angeschlossener Verbraucher druckentlastet wird.
In der aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung ist der mit dem ersten Abführkanal 36 kommunizierende zweite Innenraumabschnitt 33b des Innenraumes 33 durch das die Schließstellung einnehmende zweite Ventilsitzpaar 26 von dem ersten Innenraumabschnitt 33a fluiddicht abgetrennt, während gleichzeitig durch einen von dem die Offenstellung einnehmenden zweiten Ventilsitzpaar 26 freigegebenen Überströmspalt 32 hindurch eine Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal 35 und dem ersten Arbeitskanal 34 hergestellt ist, so dass der angeschlossene Verbraucher mit Druckmedium versorgt wird.
Wenn das Mehrwegeventil 1 mit der ersten Steuereinheit 16 als einziger Steuereinheit ausgestattet ist, ergibt sich aus den bisher beschriebenen Merkmalen ein Ventil mit 3/2-Ventilfunktion. Hier ist dann je nach Schaltstellung der erste (einzige) Arbeitskanal 34 durch das als Ventilglied fungierende erste Steuerglied 12 wahlweise mit dem Speisekanal 35 oder dem ersten (einzigen) Abführkanal 36 verbindbar. Das Mehrwegeventil kann ohne weiteres in dieser Form aufgebaut sein.
Um ein Mehrwegeventil 1 mit 5/2-Ventilfunktion zu erhalten, ist zusätzlich die zweite Steuereinheit 17 vorhanden, die wie die erste Steuereinheit 16 über ein erstes Ventilsitzpaar 25' und ein diesbezüglich in Achsrichtung der Hauptachse 3 beabstandetes zweites Ventilsitzpaar 26' verfügt. Die beiden Steuereinheiten 16, 17 sind hinsichtlich ihrer jeweils beiden Ventilsitzpaare 25, 26; 25', 26' bevorzugt spiegelbildlich bezüglich einer das Ventilglied 5 zwischen den beiden Steuergliedern 12, 13 durchsetzenden Spiegelebene ausgebildet, die rechtwinkelig zu der Hauptachse 3 ausgerichtet ist. Insofern gelten die bisher zu der ersten Steuereinheit 16 gemachten Ausführungen in vergleichbarer Weise für die zweite Steuereinheit 17, wobei einander entsprechende Komponenten bei der zweiten Steuereinheit 17 mit einem Apostroph versehen sind. Ausführungen zur ersten Steuereinheit 16 gelten entsprechend für die Komponenten der zweiten Steuereinheit 17, sofern im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden.
Somit enthält die zweite Steuereinheit 17 ein erstes Ventilsitzpaar 25' mit einem als starrer Dichtabschnitt 27 ausgebildeten ersten Ventilsitz 25'a und einem als elastisch verformbare Dichtlippe 28 ausgebildeten zweiten Ventilsitz 25'b. Außerdem setzt sich das zweite Ventilsitzpaar 26' der zweiten Steuereinheit 17 aus einem als elastische Dichtlippe 28 konzipierten ersten Ventilsitz 26'a und einem als starrer Dichtabschnitt 27 ausgebildeten zweiten Ventilsitz 26'b zusammen. Die ersten Ventilsitze 25'a, 26'a sind Bestandteile der zweiten Steuerhülse 19, während die zweiten Ventilsitze 25'b, 26'b Bestandteile des zweiten Steuergliedes 13 sind.
Ein zweiter Arbeitskanal 34' durchsetzt das Ventilgehäuse 2 und die zweite Steuerhülse 19 und mündet in einen ersten Innenraumabschnitt 33'a des Innenraumes 33' der zweiten Steuerhülse 19 ein. Ein zweiter Abführkanal 36' durchsetzt das Ventilgehäuse 2 und die zweite Steuerhülse 19 und mündet in einen zweiten Innenraumabschnitt 33'b des Innenraumes 33' der zweiten Steuerhülse 19 ein.
In der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 ergibt sich somit gemäß 1 zusätzlich zu der oben anhand der ersten Steuereinheit 16 beschriebenen Konstellation eine Fluidverbindung des Speisekanals 35 durch das offene erste Ventilsitzpaar 25' der zweiten Steuereinheit 17 hindurch zu dem zweiten Arbeitskanal 34', wobei der zweite Abführkanal 36' zugleich abgetrennt ist. In der zweiten Schaltstellung gemäß 2 ist der Speisekanal 35 von dem ersten Innenraumabschnitt 33'a der zweiten Steuerhülse 19 aufgrund des geschlossenen ersten Ventilsitzpaares 25' fluiddicht abgetrennt, während gleichzeitig das offene zweite Ventilsitzpaar 26' der zweiten Steuereinheit 17 eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Arbeitskanal 34' und dem zweiten Abführkanal 36' herstellt.
Ersichtlich ist hierbei der Speisekanal 35 ein Fluidkanal, der beiden Steuereinheiten 16, 17 gemeinsam zugeordnet ist. Er steht in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 mit dem ersten Arbeitskanal 34 und in der zweiten Schaltstellung des Ventilgliedes 5 mit dem zweiten Arbeitskanal 34' in Fluidverbindung.
Nachstehend wird, insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 bis 6, eine bevorzugte Ausführungsform der ersten Steuereinheit 16 beschrieben. Diese Ausführungen gelten, sofern im Einzelfall keine anderen Angaben gemacht werden, auch für die optional vorhandene zweite Steuereinheit 17. Auf diese Weise erübrigt sich eine zusätzliche detaillierte Beschreibung dieser zweiten Steuereinheit 17.
Das erste Steuerglied 12 verfügt zweckmäßigerweise über einen sich in Achsrichtung der Hauptachse 3 erstreckenden starren Hauptkörper 37, der den vorderen Endabschnitt 14 definiert und der im Bereich seines entgegengesetzten rückwärtigen Endabschnittes 38 den Führungsabschnitt 23a bildet. Bevorzugt ist der rückwärtige Endabschnitt 38 als Antriebskolben 42 konzipiert, der rückseitig eine axial orientierte Antriebsfläche 43 aufweist, die von dem seitens der Vorsteuerventileinrichtung 8 steuerbaren Antriebsfluid beaufschlagbar ist, um die Umschaltbewegung 6 in Richtung der zweiten Schaltstellung hervorzurufen.
Bei der zweiten Steuereinheit 17 fungiert der rückwärtige Endabschnitt 38' nicht als fluidbeaufschlagbarer Antriebskolben, sondern lediglich als Führungsabschnitt 23b und/oder als Abstützmittel für die Federmittel 7. Aufgrund der für die Rückstellung des Ventilgliedes 5 vorhandenen Federmittel 7 kann hier auf einen Antriebskolben verzichtet werden. Allerdings kann der rückwärtige Endabschnitt 38' des zweiten Steuergliedes 13 bei einer in beiden Richtungen durch aktive Fluidbeaufschlagung umschaltbaren Variante des Ventilgliedes 5 ebenfalls als Antriebskolben ausgeführt sein.
Der Antriebskolben 42 ist in der ersten Steuerhülse 18 abgedichtet gleitverschieblich aufgenommen. Er trägt exemplarisch einen bevorzugt als Lippendichtring ausgebildeten Dichtungsring 44, der an der Innenumfangsfläche 24a der ersten Steuerhülse 18 gleitverschieblich anliegt. Der Dichtungsring 44 hat einen zu der Hauptachse 3 konzentrischen lippenförmigen Dichtungsabschnitt 44a, der von den beiden Ventilsitzpaaren 25, 26 und insbesondere von dem zweiten Innenraumabschnitt 33b axial abgewandt ist.
Der Antriebskolben 42 befindet sich auf der der Dichtlippe 28 des ersten Ventilsitzpaares 25 axial entgegengesetzten Seite des starren Dichtabschnittes 27 des zweiten Ventilsitzpaares 26. Anders ausgedrückt befindet sich das zweite Ventilsitzpaar 26 axial zwischen dem Antriebskolben 42 und dem ersten Ventilsitzpaar 25.
Der Hauptkörper 37 trägt die Dichtlippe 28 des ersten Ventilsitzpaares 25. Außerdem weist er den starren Dichtabschnitt 27 des zweiten Ventilsitzpaares 26 auf. Bevorzugt ist der starre Dichtabschnitt 27 unmittelbar von dem Hauptkörper 37 gebildet. Exemplarisch weist der Hauptkörper 37 zur Bildung des starren Dichtabschnittes 27 einen zu der Hauptachse 3 konzentrischen, radial abstehenden Ringbund 45 auf.
Um zuverlässig zu verhindern, dass das erste Steuerglied 12 unbeabsichtigt aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung umschaltet, weist das erste Steuerglied 12 zweckmäßigerweise eine unter Abdichtung gleitverschieblich mit der Innenumfangsfläche 24a der ersten Steuerhülse 18 zusammenwirkende Trennwand 46 auf, die axial zwischen dem Antriebskolben 42 und dem zweiten Ventilsitz 26b des zweiten Ventilsitzpaares 26 angeordnet ist. Die Trennwand 46 ist so platziert, dass der erste Abführkanal 36 in jeder Schaltstellung des ersten Steuergliedes 12 auf der dem ersten Ventilsitzpaar 26 zugewandten Seite der Trennwand 46 in den Innenraum 33 der ersten Steuerhülse 18 einmündet. Die Trennwand 46 ist zweckmäßigerweise von einem radial abstehenden Ringbund des Hauptkörpers 37 gebildet und trägt einen Dichtungsring 47, der so gestaltet ist, dass er zumindest in der Richtung zum Antriebskolben 42 kein Fluid durchlässt. Er ist vorzugsweise als Lippendichtring gestaltet und enthält dabei einen zu der Hauptachse 3 konzentrischen lippenförmigen Dichtungsabschnitt 47a, der den beiden Ventilsitzpaaren 25, 26 und insbesondere dem zweiten Innenraumabschnitt 33b axial zugewandt ist.
Auf diese Weise ist ausgeschlossen, dass aus dem mit dem ersten Abführkanal 36 kommunizierenden zweiten Innenraumabschnitt 33b des Innenraumes 33 Arbeitsfluid zu dem Antriebskolben 42 gelangt, diesen umströmt und ein Umschalten des ersten Steuergliedes 12 in die zweite Schaltstellung hervorruft.
Da das zweite Steuerglied 13 exemplarisch keinen Antriebskolben 42 aufweist, erübrigt sich dort die Realisierung einer Trennwand 46.
Allen vorhandenen Dichtlippen 28 der diversen Ventilsitze ist gemeinsam, dass sie bevorzugt aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehen, insbesondere aus einem Elastomermaterial. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn jede Dichtlippe 28 einstückiger Bestandteil eines ringförmigen Membranelementes 48 ist, das außerdem auch noch einen zu seiner Fixierung dienenden ringförmigen Halteabschnitt 52 aufweist und das zweckmäßigerweise zur Gänze aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht.
Bei demjenigen Membranelement 48, das die Dichtlippe 28 des zweiten Ventilsitzes 25b des ersten Ventilsitzpaares 25 bildet, befindet sich der Halteabschnitt 52 zweckmäßigerweise im Bereich des Innenumfanges des Membranelementes 48, wobei das Membranelement 48 mit dem Halteabschnitt 52 zweckmäßigerweise in einer am Außenumfang des Hauptkörpers 37 ausgebildeten Befestigungsnut 53 gehalten ist.
Bei dem die Dichtlippe 28 des ersten Ventilsitzes 26a des zweiten Ventilsitzpaares 26 bildenden Membranelement 48 befindet sich der Halteabschnitt 52 radial außerhalb der Dichtlippe 28, wobei das Membranelement 48 mit diesem Halteabschnitt 52 an mindestens einem starren Hülsenkörper der ersten Steuerhülse 18 fixiert ist.
Die zum zweiten Ventilsitzpaar 26 gehörende Dichtlippe 28 ragt konzentrisch radial in den Innenraum 33 der ersten Steuerhülse 18 hinein. Die zum ersten Ventilsitzpaar 25 gehörende Dichtlippe 28 ist der ersten Steuerhülse 18 axial außen vorgelagert.
Die erste Steuerhülse 18 setzt sich zweckmäßigerweise aus zwei separaten, koaxial aufeinanderfolgend angeordneten ersten und zweiten Hülsenkörpern 54a, 54b zusammen. Der erste Hülsenkörper 54a bildet dabei zweckmäßigerweise unmittelbar den starren Dichtabschnitt 27 des ersten Ventilsitzpaares 25. Bevorzugt ist die Wandung des ersten Hülsenkörpers 54a von dem ersten Arbeitskanal 34 radial durchsetzt.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die erste Steuerhülse 18 nur einen einzigen Hülsenkörper, an dem das Membranelement 48 des zweiten Ventilsitzpaares 26 fixiert ist.
Der erste Abführkanal 36 durchsetzt zweckmäßigerweise die Wandung des zweiten Hülsenkörpers 54b. Dieser zweite Hülsenkörper 54b umschließt zweckmäßigerweise auch den Antriebskolben 42 und die optionale Trennwand 46.
Zwischen die beiden Hülsenkörper 54a, 54b ist das den ersten Ventilsitz 26a des zweiten Ventilsitzpaares 26 bildende Membranelement 48 axial mit koaxialer Ausrichtung eingegliedert. Es stützt sich mit seinem ringförmigen Halteabschnitt 52 axial an den beiden einander zugewandten Stirnflächen der beiden Hülsenkörper 54a, 54b ab. Dabei übt es eine Abdichtfunktion aus, weil es bevorzugt aus einem gummielastischen Material besteht und zwischen den beiden Hülsenkörpern 54a, 54b verpresst wird. Mit anderen Worten ist das Membranelement 48 zwischen den beiden Hülsenkörpern 54a, 54b axial dichtend eingespannt.
Gleichzeitig ragt die Dichtlippe 28 des Membranelementes 48 radial nach innen.
Damit das Membranelement 48 nicht zerquetscht wird, weist es beim Ausführungsbeispiel im Bereich seines Halteabschnittes 52 mehrere entlang seines Umfanges verteile axiale Durchbrechungen 55 auf, durch die jeweils ein axialer Abstandshaltervorsprung 56 eines Hülsenkörpers 54a hindurchragt, um durch Anlage am anderen Hülsenkörper 54b einen den Halteabschnitt 52 aufnehmenden Zwischenraum zu definieren, der eine vorgegebene Breite nicht unterschreiten kann.
Am Außenumfang mindestens eines und bevorzugt beider Hülsenkörper 54a, 54b ist zweckmäßigerweise mindestens ein Dichtungsring 57 angeordnet, der bei montierter erster Steuereinheit 16 abdichtend an der Innenumfangsfläche 58 der Aufnahmebohrung 4 anliegt, um die Aufnahmebohrung 4 fluiddicht in mehrere axial aufeinanderfolgende Abschnitte zu unterteilen. Auf diese Weise wird ein Fluidübertritt zwischen den einzelnen fluidführenden Bereichen zwischen dem Außenumfang der ersten Steuerhülse 18 und der Innenumfangsfläche 58 der Aufnahmebohrung 4 verhindert.
Dem gleichen Zweck dient vorzugsweise auch ein radial außen angeordneter Randabschnitt des Membranelementes 48 des zweiten Ventilsitzpaares 26. Dieser fungiert als ringförmige Dichtung und liegt ebenfalls radial dichtend an der Innenumfangsfangsfläche 58 der Aufnahmebohrung 4 an.
Das erste Steuerglied 12 sorgt dafür, dass die erste Steuereinheit 16 vor der Montage im Ventilgehäuse 2 eine eigenstabile Montagebaugruppe bildet, die ohne Gefahr eines Zerfallens in einzelne Komponenten einheitlich handhabbar ist. In diesem Zusammenhang fungieren der Antriebskolben 42 und die am ersten Steuerglied 12 angeordnete, zu dem ersten Ventilsitzpaar 25 gehörende Dichtlippe 28 als Haltemittel, durch die die beiden Hülsenkörper 54a, 54b und das dazwischen eingegliederte Membranelement 48 axial zusammengehalten werden. Das besagte Dichtelement 28 ragt vor die Stirnfläche des ersten Hülsenkörpers 54a und der Antriebskolben 42 hintergreift eine an der Innenumfangsfläche 24a des zweiten Hülsenkörpers 54b ausgebildete ringförmige Anschlagschulter 63. Dadurch werden alle Komponenten axial zusammengehalten.
Bevorzugt ist das erste Steuerglied 12 durch die gegenseitige axiale Abstützung zwischen dem ersten und zweiten Ventilsitz 25a, 26a; 25b, 26b jedes Ventilsitzpaares 25, 26 unverlierbar an der ersten Steuerhülse 18 fixiert.
Der Zusammenbau der ersten Steuereinheit 16 erfolgt zweckmäßigerweise derart, dass vor dem Einsetzen in das Ventilgehäuse 2 zunächst der noch nicht mit dem Membranelement 48 bestückte Hauptkörper 37 von der Rückseite her in den zweiten Hülsenkörper 54b eingesteckt wird, so dass er mit seinem vorderen Endabschnitt 14 vorne aus dem zweiten Hülsenkörper 54b herausragt. Anschließend wird das zum zweiten Ventilsitzpaar 26 gehörende Membranelement 48 angesetzt und dann der erste Hülsenkörper 54a angesetzt. Daran anschließend wird das zum ersten Ventilsitzpaar 25 gehörende Membranelement 48 montiert. Die auf diese Weise erzeugte Montagebaugruppe kann dann als Einheit patronenartig axial in die Aufnahmebohrung 4 des Ventilgehäuses 2 eingesetzt werden.
Wie schon erwähnt, gelten die vorstehend bezüglich des ersten Steuergliedes 12 gemachten Ausführungen entsprechend für das optional vorhandene zweite Steuerglied 13. Dort übernimmt allerdings anstelle des Antriebskolbens 42 der nicht als Antriebskolben fungierende Führungsabschnitt 23b gemeinsam mit dem am vorderen Endabschnitt 14 installierten Membranelement 48 die Funktion einer Halteeinrichtung zum axialen Zusammenhalten der Komponenten der zweiten Steuerhülse 19 zwecks Bildung einer patronenartigen Montagebaugruppe.
Vorteile des beispielhaften Mehrwegeventils 1 bestehen unter anderem darin, dass es spanlos oder zumindest mit nur geringem Anteil an spanender Bearbeitung herstellbar ist. Es lässt sich vollständig aus Kunststoffmaterial realisieren und arbeitet extrem reibungsarm. Der besondere Aufbau der beiden Ventilsitzpaare 25, 26 ermöglicht eine zumindest weitestgehend überschneidungsfreie Schaltfunktion, so dass eine gleichzeitige Fluidverbindung eines Arbeitskanals 34, 34' mit sowohl einem Abführkanal 36, 36' als auch dem Speisekanal 35 zumindest im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann. Das Mehrwegeventil 1 lässt sich unter Verwendung vieler Gleichteile und daher kostengünstig herstellen. Der Aufbau des Mehrwegeventils 1 ist sehr toleranzunempfindlich, was für eine hohe Prozesssicherheit bei der Herstellung sorgt. Je nach Anzahl der verwendeten Steuereinheiten 16, 17 lassen sich sehr einfach unterschiedliche Ventilfunktionalitäten realisieren. Bei einer elektro-fluidisch vorgesteuerten Bauart können als Vorsteuerventile anstelle von Magnetventilen auch Piezoventile oder andere elektrisch betätigbare Ventilarten eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 7924113 U1 [0002]
DE 7030280 U [0003]
DE 7320079 [0004]
DE 8107889 U1 [0005]
DE 102006062432 B4 [0006]
DE 4400760 A1 [0007]

Claims

Mehrwegeventil, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem mindestens eine sich entlang einer Hauptachse (3) erstreckende Steuereinheit (16) untergebracht ist, die über eine bezüglich des Ventilgehäuses (2) ortsfeste Steuerhülse (18) und ein sich in der Steuerhülse (18) erstreckendes, diesbezüglich unter Ausführung einer Umschaltbewegung (6) axial bewegbares Steuerglied (12) verfügt, wobei die Steuereinheit (16) zwei in der Achsrichtung der Hauptachse (3) zueinander beabstandete erste und zweite Ventilsitzpaare (25, 26) aufweist, die jeweils aus einem an der Steuerhülse (18) angeordneten ersten Ventilsitz (25a, 26a) und einem dem ersten Ventilsitz (25a, 26a) in Achsrichtung der Hauptachse (3) gegenüberliegenden und an dem Steuerglied (12) angeordneten zweiten Ventilsitz (25b, 26b) bestehen, wobei die ersten Ventilsitze (25a, 26a) axial voneinander wegweisend an der Steuerhülse (18) angeordnet sind und das Steuerglied (12) in zwei alternativen Schaltstellungen positionierbar ist, in denen jeweils das eine Ventilsitzpaar (25, 26) eine Offenstellung mit voneinander abgehobenen Ventilsitzen (25a, 25b; 26a, 26b) und gleichzeitig das andere Ventilsitzpaar (26, 25) eine Schließstellung mit axial aneinander anliegenden Ventilsitzen (26a, 26b; 25a, 25b) einnimmt, wobei ein zwischen den beiden Ventilsitzpaaren (25, 26) in den Innenraum (33) der Steuerhülse (18) einmündender Arbeitskanal (34) des Mehrwegeventils (1) zwischen den Ventilsitzen (25a, 25b; 26a, 26b) des jeweils in Offenstellung befindlichen Ventilsitzpaares (25, 26) hindurch mit entweder einem Speisekanal (35) oder einem Abführkanal (36) des Mehrwegeventils (1) verbunden ist, und wobei bei dem ersten Ventilsitzpaar (25) der erste Ventilsitz (25a) von einem ringförmigen, starren Dichtabschnitt (27) der Steuerhülse (18) und der zweite Ventilsitz (25b) von einer ringförmigen, in der Achsrichtung der Hauptachse (3) elastisch verformbaren Dichtlippe (28) des Steuergliedes (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zweiten Ventilsitzpaar (26) der erste Ventilsitz (26a) von einer ringförmigen, in der Achsrichtung der Hauptachse (3) elastisch verformbaren Dichtlippe (28) der Steuerhülse (18) und der zweite Ventilsitz (26b) von einem ringförmigen, starren Dichtabschnitt (27) des Steuergliedes (12) gebildet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (12) einen starren Hauptkörper (37) aufweist, der sowohl die Dichtlippe (28) des ersten Ventilsitzpaares (25) trägt als auch mit dem starren Dichtabschnitt (27) des zweiten Ventilsitzpaares (26) versehen ist, wobei der starre Dichtabschnitt (27) zweckmäßigerweise unmittelbar von dem Hauptkörper (37) selbst gebildet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (12) einen auf der der Dichtlippe (28) des ersten Ventilsitzpaares (25) axial entgegengesetzten Seite des starren Dichtabschnittes (27) des zweiten Ventilsitzpaares (26) angeordneten Antriebskolben (42) aufweist, der in der Steuerhülse (18) abgedichtet gleitverschieblich aufgenommen ist und der zum Hervorrufen der Umschaltbewegung (6) des Steuergliedes (12) mit einem Antriebsfluid beaufschlagbar ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (12) eine zwischen dem Antriebskolben (42) und dem starren Dichtabschnitt (27) des zweiten Ventilsitzpaares (26) angeordnete, unter Abdichtung gleitverschieblich mit der Innenumfangsfläche (24a) der Steuerhülse (18) zusammenwirkende Trennwand (46) aufweist, die den mit dem Abführkanal (36) kommunizierenden Innenraumabschnitt (33b) der Steuerhülse (18) unabhängig von der Schaltstellung des Steuergliedes (12) von dem Antriebskolben (42) fluiddicht abtrennt.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtlippe (28) Bestandteil eines insbesondere aus einem gummielastischen Material bestehenden ringförmigen Membranelementes (48) ist, das über einen zu seiner Fixierung dienenden Halteabschnitt (52) verfügt.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) als vormontierte patronenartige Baugruppe mit unverlierbar an der Steuerhülse (18) fixiertem Steuerglied (12) in Achsrichtung der Hauptachse (3) in das Ventilgehäuse (2) eingesetzt ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (12) durch die sich gegenseitig axial abstützenden ersten und zweiten Ventilsitze (25a, 25b; 26a, 26b) der beiden Ventilsitzpaare (25, 26) an der Steuerhülse (18) unverlierbar fixierbar oder fixiert ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (18) zwei separate, koaxial aufeinanderfolgend angeordnete Hülsenkörper (54a, 54b) aufweist, zwischen denen ein ringförmiges Membranelement (48) axial dichtend eingespannt ist, das die zur Steuerhülse (18) gehörende Dichtlippe (28) des zweiten Ventilsitzpaares (26) bildet und das zweckmäßigerweise auch radial dichtend an einer Innenumfangsfläche (58) einer die Steuerhülse (18) aufnehmenden Aufnahmebohrung (4) des Ventilgehäuses (2) anliegt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied (12) einen zum Hervorrufender Umschaltbewegung (6) mit einem Antriebsfluid beaufschlagbaren Antriebskolben (42) aufweist, der gemeinsam mit der am Steuerglied (12) fixierten Dichtlippe (28) des ersten Ventilsitzpaares (25) die beiden Hülsenkörper (54a, 54b) und somit auch das zwischen diese Hülsenkörper (54a, 54b) eingegliederte Membranelement (48) schon vor dem Einsetzen in das Ventilgehäuse (2) unter Bildung einer patronenartigen Baugruppe axial zusammenhält.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilgehäuse (2) in Achsrichtung der Hauptachse (3) koaxial aufeinanderfolgend zwei Steuereinheiten (16, 17) angeordnet sind, die hinsichtlich ihrer jeweils beiden Ventilsitzpaare (25, 26; 25', 26') derart spiegelbildlich ausgebildet sind, dass die beiden ersten Ventilsitzpaare (25, 25') in der Achsrichtung der Hauptachse (3) zwischen den beiden zweiten Ventilsitzpaaren (26, 26') angeordnet sind, wobei die beiden Steuerglieder (12, 13) zweckmäßigerweise nur einheitlich bewegbar als Baueinheit zu einem einzigen Ventilglied (5) zusammengefasst sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidkanal des Mehrwegeventils (1) beiden Steuereinheiten (16, 17) gemeinsam als Speisekanal (35) zugeordnet ist, der je nach Schaltstellung des Ventilgliedes (5) mit dem Arbeitskanal (34, 34') entweder der einen Steuereinheit (16) oder der anderen Steuereinheit (17) in Fluidverbindung steht.
Mehrwegeventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerglieder (12, 13) vor ihrer Montage im Ventilgehäuse (2) separate Bauteile sind, die zur Bildung des Ventilgliedes (5) durch mindestens ein Verbindungsmittel (15) axial starr miteinander verbindbar oder verbunden sind, wobei das Verbindungsmittel (15) zweckmäßigerweise stirnseitig in mindestens eines der Steuerglieder (12, 13) eingreift und wobei die Verbindung ferner zweckmäßigerweise beim von einander entgegengesetzten Seiten her erfolgenden Einstecken der beiden Steuereinheiten (16, 17) in eine durchgehende Aufnahmebohrung (4) des Ventilgehäuses (2) herstellbar oder hergestellt ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülsen (18, 19) der beiden Steuereinheiten (16, 17) gesondert voneinander ausgebildete Bauteile sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuereinheiten (16, 17) von einander entgegengesetzten Seiten her jeweils patronenartig in eine durchgehende Aufnahmebohrung (4) des Ventilgehäuses (2) eingesetzt sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es von elektro-fluidisch vorgesteuerter Bauart ist und eine elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung (8) zum fluidisch gesteuerten Hervorrufen der Umschaltbewegung (6) des Steuergliedes (12) aufweist.