DE102013020312B4 - valve assembly - Google Patents
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Abstract
Ventilanordnung, mit einem Ventilgehäuse (2), mit einem unter Ausführung einer Umschaltbewegung (8) bezüglich des Ventilgehäuses (2) in einer Schwenkebene (7) um ein Schwenkzentrum (6) verschwenkbaren Ventilglied (3), und mit einem mit dem Ventilglied (3) antriebsmäßig zusammenwirkenden Aktuator (26) zur Erzeugung der Umschaltbewegung (8), wobei das Ventilglied (3) mindestens einen Schließkörper (4) aufweist, der in einem Abstand zu dem Schwenkzentrum (6) drehbar an einer die Umschaltbewegung (8) mitmachenden Tragstruktur (14) des Ventilgliedes (3) angeordnet und von einer an der Tragstruktur (14) um eine zu der Schwenkebene (7) rechtwinkelige Drehachse (15) verdrehbar gelagerten Rolle (4a) gebildet ist, deren radial bezüglich der Drehachse (15) orientierte Außenumfangsfläche (48a) eine Schließfläche (48) bildet, wobei der Schließkörper (4) im Rahmen der Umschaltbewegung (8) wahlweise in einer einen ersten steuerbaren Ventilkanal (24a) verschließenden ersten Schaltstellung oder in mindestens einer den ersten steuerbaren Ventilkanal (24a) freigebenden weiteren Schaltstellung positionierbar ist, wobei er in der ersten Schaltstellung mit seiner Schließfläche (48) an einem eine Kanalmündung (47) des ersten steuerbaren Ventilkanals (24a) umrahmenden ersten Ventilsitz (52a) dichtend anliegt, wobei diese Kanalmündung (47) an einer am Ventilgehäuse (2) ausgebildeten, der Schließfläche (48) zugewandten Abstützfläche (56) ausmündet und wobei der erste Ventilsitz stützfläche (52a) von der Schwenkebene (7) geschnitten wird und zum Schwenkzentrum (6) weist, derart, dass der Schließkörper (4) an dem ersten Ventilsitz (52a) und der Abstützfläche (56) abrollt, wenn das Ventilglied (3) in die erste Schaltstellung und aus der ersten Schaltstellung bewegt wird, wobei dem drehbar gelagerten Schließkörper (4) am Ventilgehäuse (2) zusätzlich zu dem ersten steuerbaren Ventilkanal (24a) mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal (24b, 24c) zugeordnet ist, der über eine von einem in der Schwenkebene (7) liegenden weiteren Ventilsitz (52b, 52c) umrahmte Kanalöffnung (47) verfügt, die in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung (8) mit Abstand zur Kanalöffnung (47) des ersten steuerbaren Ventilkanals (24a) angeordnet ist und die in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes (3) offen ist, wobei die Kanalöffnung (47) des mindestens einen weiteren steuerbaren Ventilkanals (24b, 24c) in einer von der ersten Schaltstellung abweichenden weiteren Schaltstellung des Ventilgliedes (3) durch die an dem ihr zugeordneten weiteren Ventilsitz (52b, 52c) dichtend anliegende Schließfläche (48) des Schließkörpers (4) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der weitere steuerbare Ventilkanal (24b, 24c) ein zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal (24c) ist, der außerhalb der Abstützfläche (56) an einer Wandfläche (58) des Ventilgehäuses (2) ausmündet, die eine Ventilammer (5) begrenzt, in der zumindest der den Schließkörper (4) aufweisende Abschnitt des Ventilgliedes (3) aufgenommen ist, wobei die Kanalmündung (47) des zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanals (24c) so orientiert ist, dass ihre zentrale Längsachse (53) zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig zu einer sich zwischen dem Schwenkzentrum (6) des Ventilgliedes (3) und der Drehachse (15) der Rolle (4a) erstreckenden linearen Achsverbindungslinie (46) orientiert ist, wenn das Ventilglied (3) eine den zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanal (24c) verschließende Schaltstellung einnimmt.Valve arrangement, with a valve housing (2), with a valve member (3) which can be pivoted in a pivot plane (7) about a pivot center (6) while performing a switching movement (8) with respect to the valve housing (2), and with a valve member (3 ) actuator (26) cooperating in terms of drive to generate the switching movement (8), the valve member (3) having at least one closing body (4) which, at a distance from the pivot center (6), can be rotated on a supporting structure ( 14) of the valve member (3) and is formed by a roller (4a) which is mounted on the support structure (14) such that it can rotate about an axis of rotation (15) at right angles to the pivot plane (7) and whose outer peripheral surface ( 48a) forms a closing surface (48), wherein the closing body (4) as part of the switching movement (8) optionally in a first switching position closing a first controllable valve channel (24a) or in at least at least one further switch position releasing the first controllable valve channel (24a) can be positioned, wherein in the first switch position it rests sealingly with its closing surface (48) on a first valve seat (52a) surrounding a channel opening (47) of the first controllable valve channel (24a), this channel opening (47) opening out on a support surface (56) formed on the valve housing (2) and facing the closing surface (48) and the first valve seat support surface (52a) being intersected by the pivoting plane (7) and pointing towards the pivoting center (6). , such that the closing body (4) rolls on the first valve seat (52a) and the support surface (56) when the valve member (3) is moved into the first switching position and out of the first switching position, the rotatably mounted closing body (4) on the valve housing (2) in addition to the first controllable valve channel (24a) at least one further controllable valve channel (24b, 24c) is assigned, which has an in de r pivot plane (7) lying further valve seat (52b, 52c) framed channel opening (47), which is arranged in the direction of movement of the switching movement (8) at a distance from the channel opening (47) of the first controllable valve channel (24a) and in the first switching position of the valve member (3) is open, the channel opening (47) of the at least one further controllable valve channel (24b, 24c) in a further switching position of the valve member (3) deviating from the first switching position by the further valve seat (52b , 52c) sealingly abutting closing surface (48) of the closing body (4) is closed, characterized in that at least the further controllable valve channel (24b, 24c) is a second further controllable valve channel (24c) which is outside the support surface (56) on a Wall surface (58) of the valve housing (2) opens out, which delimits a valve chamber (5), in which at least the section of the valve member having the closing body (4). of (3), the channel opening (47) of the second further controllable valve channel (24c) being oriented in such a way that its central longitudinal axis (53) is at least essentially at right angles to a axis between the pivot center (6) of the valve member (3) and the linear axis connecting line (46) extending along the axis of rotation (15) of the roller (4a) when the valve member (3) assumes a switching position closing the second further controllable valve channel (24c).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, mit einem unter Ausführung einer Umschaltbewegung bezüglich des Ventilgehäuses in einer Schwenkebene um ein Schwenkzentrum verschwenkbaren Ventilglied, und mit einem mit dem Ventilglied antriebsmäßig zusammenwirkenden Aktuator zur Erzeugung der Umschaltbewegung, wobei das Ventilglied mindestens einen Schließkörper aufweist, der in einem Abstand zu dem Schwenkzentrum drehbar an einer die Umschaltbewegung mitmachenden Tragstruktur des Ventilgliedes angeordnet und von einer an der Tragstruktur um eine zu der Schwenkebene rechtwinkelige Drehachse verdrehbar gelagerten Rolle gebildet ist, deren radial bezüglich der Drehachse orientierte Außenumfangsfläche eine Schließfläche bildet, wobei der Schließkörper im Rahmen der Umschaltbewegung wahlweise in einer einen ersten steuerbaren Ventilkanal verschließenden ersten Schaltstellung oder in mindestens einer den ersten steuerbaren Ventilkanal freigebenden weiteren Schaltstellung positionierbar ist, wobei er in der ersten Schaltstellung mit seiner Schließfläche an einem eine Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals umrahmenden ersten Ventilsitz dichtend anliegt, wobei diese Kanalmündung an einer am Ventilgehäus ausgebildeten, der Schließfläche zugewandten Abstützfläche ausmündet und wobei der erste Ventilsitz von der Schwenkebene geschnitten wird und zum Schwenkzentrum weist, derart, dass der Schließkörper an dem ersten Ventilsitz und der Abstützfläche abrollt, wenn das Ventilglied in die erste Schaltstellung und aus der ersten Schaltstellung bewegt wird, wobei dem drehbar gelagerten Schließkörper am Ventilgehäuse zusätzlich zu dem ersten steuerbaren Ventilkanal mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal zugeordnet ist, der über eine von einem in der Schwenkebene liegenden weiteren Ventilsitz umrahmte Kanalöffnung verfügt, die in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung mit Abstand zur Kanalöffnung des ersten steuerbaren Ventilkanals angeordnet ist und die in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes offen ist, wobei die Kanalöffnung des mindestens einen weiteren steuerbaren Ventilkanals in einer von der ersten Schaltstellung abweichenden weiteren Schaltstellung des Ventilgliedes durch die an dem ihr zugeordneten weiteren Ventilsitz dichtend anliegende Schließfläche des Schließkörpers verschlossen ist.The invention relates to a valve arrangement, with a valve member that can be pivoted about a pivot center in a pivot plane with respect to the valve housing in a pivot plane, and with an actuator that interacts drivingly with the valve member to generate the switch-over movement, the valve member having at least one closing body which is spaced apart rotatable to the pivot center on a supporting structure of the valve member that participates in the switching movement and is formed by a roller mounted on the supporting structure such that it can rotate about an axis of rotation at right angles to the pivot plane, the outer peripheral surface of which is oriented radially with respect to the axis of rotation and forms a closing surface, the closing body being part of the switching movement can be optionally positioned in a first switch position closing a first controllable valve channel or in at least one further switch position releasing the first controllable valve channel, wob when in the first switching position it rests sealingly with its closing surface on a first valve seat framing a channel opening of the first controllable valve channel, with this channel opening opening out on a support surface formed on the valve housing and facing the closing surface, and with the first valve seat being intersected by the pivot plane and towards the pivot center in such a way that the closing body rolls on the first valve seat and the support surface when the valve member is moved into the first switching position and out of the first switching position, with the rotatably mounted closing body on the valve housing being assigned at least one further controllable valve channel in addition to the first controllable valve channel which has a channel opening framed by a further valve seat lying in the pivoting plane, which channel opening is arranged at a distance from the channel opening of the first controllable valve channel in the direction of movement of the switching movement and which in the first n switching position of the valve member is open, the channel opening of the at least one further controllable valve channel being closed in a further switching position of the valve member deviating from the first switching position by the closing surface of the closing body sealingly resting on the further valve seat assigned to it.
Eine aus der
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Aus dem Artikel „Experimental characterization of the hysteretic and rate-dependent electromechanical behavior of dieletric electro-active polymer actuators“ A. York, J. Dunn und S. Seelecke, veröffentlicht in „Smart Materials and Structures“, 2010, Seiten 1 bis 9, wird der Aufbau dielektrischer elektroaktiver Polymer-Aktuatoren beschrieben, die im Vergleich zu piezoeleketrischen Aktuatoren den Vorteil haben, dass sie bei gleicher Baugröße höhere Stellwege erzeugen können. Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem Anlegen einer Betätigungsspannung an Paare von jeweils eine Elastomerschicht flankierenden Elektroden, woraus elektrostatische Kräfte resultieren, die die jeweilige Elastomerschicht zusammendrücken und dabei einen mit einer Querdehnung rechtwinkelig zur Wirkrichtung der elektrostatischen Kräfte einhergehenden Aktuatorhub hervorrufen.From the article "Experimental characterization of the hysteretic and rate-dependent electromechanical behavior of dieletric electro-active polymer actuators" A. York, J. Dunn and S. Seelecke, published in "Smart Materials and Structures", 2010,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen eine Generierung hoher Schließkräfte ermöglicht.The invention is based on the object of creating a valve arrangement which, with compact dimensions, enables high closing forces to be generated.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal ein zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal ist, der außerhalb der Abstützfläche an einer Wandfläche des Ventilgehäuses ausmündet, die eine Ventilammer begrenzt, in der zumindest der den Schließkörper aufweisende Abschnitt des Ventilgliedes aufgenommen ist, wobei die Kanalmündung des zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanals so orientiert ist, dass ihre zentrale Längsachse zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig zu einer sich zwischen dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes und der Drehachse der Rolle erstreckenden linearen Achsverbindungslinie orientiert ist, wenn das Ventilglied eine den zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanal verschließende Schaltstellung einnimmt.To solve this problem, in connection with the features mentioned at the beginning, it is provided that at least one further controllable valve channel is a second further controllable valve channel, which opens out outside the support surface on a wall surface of the valve housing, which delimits a valve chamber, in which at least the valve chamber having the closing body section of the valve member, with the channel opening of the second further controllable valve channel being oriented in such a way that its central longitudinal axis is oriented at least substantially at right angles to a linear axis connecting line extending between the pivot center of the valve member and the axis of rotation of the roller when the valve member is a den second further controllable valve channel occluding switching position.
Bei einer solchen Ventilanordnung rollt bzw. wälzt sich der Schließkörper des Ventilgliedes beim Übergang zwischen der ersten Schaltstellung und einer von der ersten Schaltstellung abweichenden weiteren Schaltstellung an dem dem ersten steuerbaren Ventilkanal zugeordneten ersten Ventilsitz ab und führt gleichzeitig eine Drehbewegung relativ zu der ihn tragenden Tragstruktur des Ventilgliedes aus. Der abrollende Kontakt zwischen der Schließfläche des rollenförmigen Schließkörpers und dem ersten Ventilsitz erlaubt es, den Schließkörper mit einer hohen Kraft an den ersten Ventilsitz anzudrücken und dennoch die Umschaltbewegung mittels einer relativ geringen Betätigungskraft hervorzurufen. Die in der ersten Schaltstellung zwischen dem Schließkörper und dem ersten Ventilsitz wirkende Schließkraft ist in der Schwenkebene des Ventilgliedes quer zur Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung orientiert und kann ohne Mitwirkung des Aktuators durch eine gehäuseseitige Abstützung der Tragstruktur im Bereich des Schwenkzentrums realisiert werden, sodass der Aktuator durch die aufzubringende Schließkraft nicht oder nur wenig beansprucht wird und folglich relativ klein dimensioniert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Baugröße und die Herstellungskosten auswirkt. Die Verschwenkbarkeit des Ventilgliedes bietet überdies die Möglichkeit, durch entsprechende Wahl des Angriffspunktes des Aktuators Einfluss auf das zum Erzeugen der Umschaltbewegung in das Ventilglied einzuleitende Drehmoment zu nehmen. Um komplexe Ventilfunktionen zu generieren, kann das Ventilglied durchaus auch mit mehreren jeweils zur Steuerung mindestens eines steuerbaren Ventilkanals dienenden Schließkörpern ausgestattet sein, die in Form einer bezüglich der Tragstruktur verdrehbar gelagerten Rolle ausgeführt sind. Die Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals mündet an einer der peripheren Schließfläche des Schließkörpers zugewandten Abstützfläche aus, die bezüglich des Ventilgehäuses ortsfest angeordnet ist. Bei Ausführung der Schwenkbewegung kann der Schließkörper an der Abstützfläche abrollen und auf diese Weise zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen bewegt werden. Dem drehbar gelagerten Schließkörper ist zusätzlich zu dem ersten steuerbaren Ventilkanal mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal zugeordnet, der auch über eine von einem in der Schwenkebene liegenden Ventilsitz umrahmte Kanalöffnung verfügt, die in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung in einem Abstand zur Kanalöffnung des ersten steuerbaren Ventilkanals angeordnet ist. Wenn der Schließkörper in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes die Kanalöffnung des ersten steuerbaren Ventilkanals verschließt, indem er mit seiner Schließfläche am ersten Ventilsitz anliegt, ist jede weitere Kanalöffnung unabgedeckt und der zugeordnete weitere steuerbare Ventilkanal folglich unverschlossen. Darüber hinaus kann das Ventilglied in diesem Fall in mindestens einer weiteren Schaltstellung positioniert werden, in der es mit dem Schließkörper die Kanalmündung eines weiteren steuerbaren Ventilkanals absperrt, gleichzeitig aber die Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals freigibt. Die Anzahl der derart durch den Schließkörper steuerbaren Kanalöffnungen ist prinzipiell beliebig. Mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal, der als zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal bezeichnet wird, mündet nicht zu der Abstützfläche aus, an der der Schließkörper bei der Umschaltbewegung abrollt.In such a valve arrangement, the closing body of the valve member rolls or rolls during the transition between the first switching position and a further switching position deviating from the first switching position on the first valve seat assigned to the first controllable valve channel and at the same time performs a rotary movement relative to the supporting structure of the valve carrying it valve member off. The rolling contact between the closing surface of the roller-shaped closing body and the first valve seat makes it possible to press the closing body against the first valve seat with a high force and still bring about the switching movement using a relatively small actuating force. The closing force acting in the first switching position between the closing body and the first valve seat is oriented in the pivoting plane of the valve member transversely to the direction of movement of the switching movement and can be implemented without the involvement of the actuator by supporting the supporting structure on the housing side in the area of the pivoting center, so that the actuator can be closing force to be applied is not or only slightly stressed and can therefore be dimensioned relatively small, which has an advantageous effect on the size and the manufacturing costs. The pivotability of the valve member also offers the possibility of influencing the torque to be introduced into the valve member to generate the switching movement by appropriately selecting the point of application of the actuator. In order to generate complex valve functions, the valve member can also be equipped with a plurality of closing bodies, each serving to control at least one controllable valve channel, which are designed in the form of a roller rotatably mounted with respect to the supporting structure. The duct opening of the first controllable valve duct opens out at a support surface which faces the peripheral closing surface of the closing body and is arranged stationary with respect to the valve housing. When the pivoting movement is carried out, the closing body can roll on the support surface and in this way be moved between different switching positions. In addition to the first controllable valve channel, the rotatably mounted closing body is assigned at least one further controllable valve channel, which also has a channel opening framed by a valve seat lying in the pivot plane, which is arranged at a distance from the channel opening of the first controllable valve channel in the direction of movement of the switching movement . If the closing body closes the channel opening of the first controllable valve channel in the first switching position of the valve member by resting with its closing surface on the first valve seat, each further channel opening is uncovered and the associated further controllable valve channel is therefore not closed. In this case, the valve member can also be positioned in at least one other switching position in which it shuts off the channel opening of a further controllable valve channel with the closing body, but at the same time opens the channel opening of the first controllable valve channel. The number of channel openings that can be controlled in this way by the closing body is in principle arbitrary. At least one further controllable valve channel, which is referred to as the second further controllable valve channel, does not open out to the support surface on which the closing body rolls during the switching movement.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention emerge from the dependent claims.
Vorzugsweise ist die von dem ersten Ventilsitz umrahmte Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals so angeordnet, dass ihre zentrale Längsachse mit dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes zusammentrifft. Auf diese Weise ergibt sich in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes eine ideale Abstützung des Schließkörpers bezüglich des Ventilgehäuses, die kein Drehmoment generiert, sodass der am Ventilglied angreifende Aktuator diesbezüglich entlastet ist.The channel opening of the first controllable valve channel, which is framed by the first valve seat, is preferably arranged in such a way that its central longitudinal axis coincides with the pivot center of the valve member. In this way, in the first switching position of the valve member, the closing body is ideally supported with respect to the valve housing, which does not generate any torque, so that the actuator acting on the valve member is relieved in this respect.
Eine besonders einfache Möglichkeit zur Realisierung der Schwenklagerung der Tragstruktur besteht darin, das Schwenkzentrum durch eine zu der Schwenkebene rechtwinkelige und bezüglich des Ventilgehäuses ortsfeste Schwenkachse zu definieren. Abweichend hiervon kann das Schwenkzentrum allerdings auch durch eine komplexe Hebelstruktur erzeugt werden.A particularly simple way of realizing the pivot mounting of the support structure consists in defining the pivot center by a pivot axis which is at right angles to the pivot plane and is stationary with respect to the valve housing. Deviating from this, however, the pivot center can also be generated by a complex lever structure.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist der drehbare Schließkörper zwar drehbar, jedoch ortsfest an der Tragstruktur gelagert. Auf diese Weise macht der Schließkörper die Schwenkbewegung der Tragstruktur unmittelbar mit und bewegt sich bei der Umschaltbewegung entlang einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen Bahnkurve. Der radiale Abstand zwischen der Drehachse der den Schließkörper bildenden Rolle und dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes bleibt dabei zweckmäßigerweise stets konstant.In a preferred embodiment of the valve arrangement, the rotatable closing body is rotatable, but mounted in a stationary manner on the support structure. In this way, the closing body follows the pivoting movement of the supporting structure directly and, during the switching movement, moves along an arcuate, in particular arcuate, trajectory. The radial distance between the axis of rotation of the roller forming the closing body and the center of pivoting of the valve member expediently always remains constant.
Bevorzugt ist die Abstützfläche an der dem Schließkörper zugewandten Seite bogenförmig konkav gekrümmt.The support surface is preferably curved concavely on the side facing the closing body.
Die Ventilanordnung kann beispielsweise die Funktionalität eines 2/2-Wegeventils haben, wobei der erste steuerbare Ventilkanal in eine Ventilkammer einmündet, die außerdem noch mit mindestens einem weiteren Ventilkanal kommuniziert, der durch das Ventilglied nicht steuerbar ist. Das Ventilglied kann hier wahlweise eine von zwei Schaltstellungen einnehmen, um den ersten steuerbaren Ventilkanal entweder mit dem weiteren Ventilkanal zu verbinden oder diesbezüglich abzutrennen.The valve arrangement can, for example, have the functionality of a 2/2-way valve, with the first controllable valve channel opening into a valve chamber that also communicates with at least one other valve channel that cannot be controlled by the valve member. The valve member can optionally assume one of two switching positions in order to either connect the first controllable valve channel to the further valve channel or to separate it in this respect.
Es besteht die Möglichkeit, mindestens einen ersten weiteren steuerbaren Ventilkanal vorzusehen, der wie der erste steuerbare Ventilkanal zu der Abstützfläche ausmündet, und zwar an einer in der Umschaltrichtung des Ventilgliedes mit Abstand zur Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals angeordneten Stelle, sodass das Ventilglied in mehreren Schaltstellungen positionierbar ist, in denen es abwechselnd die an der Abstützfläche ausmündenden steuerbaren Ventilkanäle verschließt oder freigibt.It is possible to provide at least one first further controllable valve channel, which, like the first controllable valve channel, opens out to the support surface, namely at a point arranged in the switching direction of the valve member at a distance from the channel opening of the first controllable valve channel, so that the valve member can be in several switch positions can be positioned, in which it alternately closes or releases the controllable valve channels opening out on the support surface.
Die Schließfläche des von einer Rolle gebildeten Schließkörpers ist zweckmäßigerweise aus einem über Dichteigenschaften verfügenden Material realisiert, insbesondere aus einem Elastomermaterial. Die Rolle kann insbesondere einen starren Rollenkörper aufweisen, der am Außenumfang mit einem die Schließfläche definierenden dichtenden Material ganz oder teilweise ummantelt ist.The closing surface of the closing body formed by a roller is expediently made from a material that has sealing properties, in particular from an elastomeric material. In particular, the roller can have a rigid roller body, which is completely or partially encased on the outer circumference with a sealing material that defines the closing surface.
Um zwischen dem Schließkörper und zumindest dem ersten Ventilsitz die gewünschte Schließkraft aufzubringen, kann auch mindestens eine dynamische Systemkomponente vorhanden sein, insbesondere in Gestalt von Federmitteln. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Schließkörper an der Tragstruktur nicht nur um eine zur Schwenkachse rechtwinkelige Drehachse verdrehbar gelagert ist, sondern auch noch mindestens einen Translationsfreiheitsgrad aufweist, der ihm eine relative Ausgleichsbewegung bezüglich der Tragstruktur in der Schwenkebene ermöglicht. Insbesondere zwischen der Tragstruktur und dem Schließkörper wirkende Federmittel rufen eine Vorspannung des Schließkörpers bezüglich der Tragstruktur hervor, sodass der Schließkörper in der ersten Schaltstellung durch die Federmittel aktiv an den ersten Ventilsitz angedrückt wird. Mündet die vom ersten Ventilsitz umrahmte Kanalmündung zu einer Abstützfläche aus, an der der Schließkörper mit seiner Schließfläche bei der Umschaltbewegung abrollt, können die Federmittel bewirken, dass der Schließkörper unabhängig von der momentanen Schwenkposition des Ventilgliedes mit einer hohen Andrückkraft an die Abstützfläche und jeden dort eventuell vorhandenen Ventilsitz angepresst wird.In order to apply the desired closing force between the closing body and at least the first valve seat, there can also be at least one dynamic system component, in particular in the form of spring means. In this context, an expedient embodiment provides that the closing body is not only mounted on the support structure such that it can rotate about an axis of rotation at right angles to the pivot axis, but also has at least one degree of translational freedom that enables it to perform a relative compensating movement with respect to the support structure in the pivot plane. In particular, spring means acting between the support structure and the closing body cause the closing body to be prestressed with respect to the support structure, so that the closing body is actively pressed against the first valve seat by the spring means in the first switching position. If the channel opening framed by the first valve seat opens out to a support surface on which the closing body rolls with its closing surface during the switchover movement, the spring means can cause the closing body to press against the support surface and anyone there, with a high pressing force, regardless of the current pivoting position of the valve member existing valve seat is pressed.
Vorzugsweise ist der Schließkörper an der Tragstruktur linear verschiebbar gelagert. Diese Lagerung ist insbesondere so ausgeführt, dass die Ausgleichsbewegung eine Linearbewegung in einer bezüglich des Schwenkzentrums radialen Richtung ist.The closing body is preferably mounted in a linearly displaceable manner on the supporting structure. This bearing is designed in particular in such a way that the compensating movement is a linear movement in a radial direction with respect to the pivot center.
Auch wenn der Schließkörper durch Federmittel vorgespannt ist, kann eine dem Schließkörper zugewandte, mit mindestens einer Kanalmündung versehene Abstützfläche eine konkav gewölbte Fläche sein. Da der Schließkörper jedoch in der Lage ist, eine relative Ausgleichsbewegung bezüglich der Tragstruktur auszuführen, kann der Krümmungsradius der Abstützfläche von einem Abstandsmaß abweichen, das sich aus einerseits dem Abstand zwischen dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes und der Drehachse des Schließkörpers und zum anderen dem Radius der Rolle zusammensetzt. Es besteht überdies die Möglichkeit, eine ebene Abstützfläche vorzusehen, und zwar insbesondere eine Abstützfläche, die in einer zur Schwenkebene rechtwinkeligen Ebene verläuft und die in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes insbesondere rechtwinkelig zu einer Achse ausgerichtet ist, die das Schwenkzentrum mit der Drehachse der den Schließkörper definierenden Rolle verbindet. In beiden Fällen führt der rollenförmige Schließkörper bei der Umschaltbewegung des Ventilgliedes eine Rotationsbewegung um seine Längsachse relativ zur Tragstruktur aus, wobei dieser Drehbewegung eine translatorische Ausgleichsbewegung überlagert ist, die der rollenförmige Schließkörper relativ zur Tragstruktur ausführt, um bei der Schwenkbewegung der Tragstruktur den Kontakt zur Abstützfläche nicht zu verlieren.Even if the closing body is prestressed by spring means, a support surface facing the closing body and provided with at least one channel opening can be a concavely curved surface. However, since the closing body is able to perform a relative compensating movement with respect to the supporting structure, the radius of curvature of the support surface can deviate from a distance dimension that results from the distance between the pivot center of the valve member and the axis of rotation of the closing body on the one hand and the radius of the roller on the other composed. There is also the possibility of providing a flat support surface, in particular a support surface which runs in a plane at right angles to the pivot plane and which, in the first switching position of the valve member, is aligned in particular at right angles to an axis which aligns the pivot center with the axis of rotation of the closing body defining role. In both cases, during the switching movement of the valve member, the roller-shaped closing body performs a rotational movement about its longitudinal axis relative to the support structure, with this rotary movement being superimposed by a translatory compensating movement which the roller-shaped closing body performs relative to the support structure in order to avoid contact with the support surface during the pivoting movement of the support structure not to lose.
Die von mindestens einem weiteren Ventilsitz umrahmte Kanalmündung ist vorzugsweise so angeordnet, dass ihre zentrale Längsachse auf die Drehachse des Schließkörpers trifft, wenn Letzterer eine am betreffenden weiteren Ventilsitz dichtend anliegende Schaltstellung einnimmt. Auf diese Weise ist eine optimale Abdichtung gewährleistet.The channel opening framed by at least one further valve seat is preferably arranged in such a way that its central longitudinal axis meets the axis of rotation of the closing body when the latter assumes a switching position sealingly resting against the relevant further valve seat. In this way, an optimal seal is guaranteed.
Wenigstens zwei Kanalmündungen sind auch derart zu einer gehäusefesten Abstützfläche ausmündend platzierbar, dass sie beide gleichzeitig bei ein und derselben Schaltstellung des Ventilgliedes abgesperrt werden.At least two channel openings can also be placed such that they open out to a support surface fixed to the housing such that they are both shut off at the same time in one and the same switching position of the valve member.
Der Aktuator stützt sich einerseits am Ventilgehäuse ab und greift andererseits zweckmäßigerweise an der Tragstruktur des Ventilgliedes an. Je nach Ausgestaltung kann der Aktuator drückend oder ziehend an der Tragstruktur angreifen.On the one hand, the actuator is supported on the valve housing and, on the other hand, it expediently acts on the support structure of the valve member. Depending on the design, the actuator can press or pull on the supporting structure.
Als besonders vorteilhaft wird eine Realisierung der Tragstruktur in Form einer zweiarmigen Hebelstruktur angesehen, wobei ein erster Hebelarm den Schließkörper trägt und ein zweiter Hebelarm einen Antriebsarm bildet, an dem der Aktuator angreift. Durch Wahl entsprechender Längenverhältnisse der beiden Hebelarme kann hier die auf den Schließkörper einwirkende Betätigungskraft des Aktuators nach Bedarf vorgegeben werden.A realization of the support structure in the form of a two-armed lever structure is considered to be particularly advantageous, with a first lever arm carrying the closing body and a second lever arm forming a drive arm on which the actuator acts. By choosing appropriate length ratios of the two lever arms, the actuation force of the actuator acting on the closing body can be specified as required.
Der Aktuator kann auch so platziert werden, dass er an demjenigen Hebelarm der Tragstruktur angreift, der den Schließkörper trägt.The actuator can also be placed in such a way that it acts on that lever arm of the supporting structure which carries the closing body.
Der Aktuator kann prinzipiell von jedem beliebigen Typ sein. Es könnte sich bei ihm beispielsweise um einen Magnetaktuator oder um einen Piezoaktuator handeln. Als besonders vorteilhaft wird allerdings eine Realisierung als sogenannter elektroaktiver Polymer-Aktuator angesehen. Eine solche Bauform hat den Vorteil, dass ein Betrieb mit einer hohen Dynamik möglich ist. Außerdem lassen sich bei einem entsprechenden Schichtaufbau deutlich höhere Stellwege realisieren als bei Piezo-Stapelaktuatoren. Ein elektroaktiver Polymer-Aktuator hat außerdem den Vorteil, dass er proportional ansteuerbar ist.In principle, the actuator can be of any type. It could be a magnetic actuator or a piezo actuator, for example. However, implementation as a so-called electroactive polymer actuator is considered to be particularly advantageous. Such a design has the advantage that operation with high dynamics is possible. In addition, with a corresponding layer structure, significantly higher adjustment paths can be realized than with piezo stack actuators. An electroactive polymer actuator also has the advantage that it can be controlled proportionally.
Bei dem elektroaktiven Polymer-Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen dielektrischen elektroaktiven Polymer-Aktuator. Im Vergleich zu ionischen Polymer-Aktuatoren, bei denen das Aktuatormaterial aufgrund einer elektrochemischen Reaktion eine Formänderung erfährt, haben elektroaktive Polymer-Aktuatoren den Vorteil, dass sie schnell sehr hohe Dehnungen erreichen können und in ihrem Verformungsverhalten kaum begrenzt sind. Außerdem ist ihre elektrische Ansteuerung einfacher zu realisieren.The electroactive polymer actuator is preferably a dielectric electroactive polymer actuator. Compared to ionic polymer actuators, in which the actuator material undergoes a change in shape due to an electrochemical reaction, electroactive polymer actuators have the advantage that they can quickly reach very high levels of strain and are hardly limited in their deformation behavior. In addition, their electrical control is easier to implement.
Als besonders vorteilhaft wird ein Aufbau des Polymer-Aktuators als dielektrischer Elastomeraktuator angesehen. Derartige Polymer-Aktuatoren enthalten zweckmäßigerweise mindestens eine Elastomermaterialschicht, die auf ihren beiden Seiten mit jeweils einer ebenfalls elastischen Elektrode beschichtet ist, wobei an den auf diese Weise vorhandenen Elektrodenschichten eine die Aktivierung des Polymer-Aktuators bewirkende Betätigungsspannung anlegbar ist. Es besteht die vorteilhafte Möglichkeit, durch Variation der Betätigungsspannung den Arbeitshub des Polymer-Aktuators zu variieren und dementsprechend auf den Schwenkwinkel des Ventilgliedes Einfluss zu nehmen.A construction of the polymer actuator as a dielectric elastomer actuator is considered to be particularly advantageous. Such polymer actuators expediently contain at least one layer of elastomeric material, which is coated on both sides with a likewise elastic electrode, it being possible to apply an actuating voltage causing activation of the polymer actuator to the electrode layers present in this way. There is the advantageous possibility of varying the working stroke of the polymer actuator by varying the actuating voltage and accordingly influencing the pivoting angle of the valve member.
Der Polymer-Aktuator wird zweckmäßigerweise mit einem Multilayeraufbau realisiert, der über mehrere, quasi gestapelte Elastomermaterialschichten verfügt, die jeweils durch eine Elektrodenschicht voneinander getrennt sind. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, bei weiterhin kompakten Abmessungen eine hohe Energiedichte beziehungsweise sehr hohe Betätigungskräfte zu erzielen. Die Schichtdicke der einzelnen Elastomermaterialschichten kann bei einem solchen Mehrschichtaufbau problemlos verkleinert werden, um mit geringeren Betriebsspannungen ein vergleichbar großes Arbeitsvermögen zu realisieren. Durch eine Mehrzahl von aufeinandergestapelten Elastomermaterialschichten kann in Verbindung mit den zugehörigen, zwischen benachbarten Elastomermaterialschichten platzierten Elektrodenschichten eine höhere Kraft für die Umschaltbewegung des Ventilgliedes zur Verfügung gestellt werden, wodurch sich die Dynamik der Ventilanordnung weiter erhöhen lässt.The polymer actuator is expediently implemented with a multi-layer structure, which has several, quasi-stacked layers of elastomeric material, each of which is separated from one another by an electrode layer. In this way, it is possible to achieve a high energy density or very high actuation forces while still having compact dimensions. The layer thickness of the individual layers of elastomeric material can be reduced without any problems in such a multi-layer structure in order to achieve a comparably large working capacity with lower operating voltages. A higher force for the switchover movement of the valve member can be made available by a plurality of elastomer material layers stacked on top of one another in connection with the associated electrode layers placed between adjacent elastomer material layers, whereby the dynamics of the valve arrangement can be further increased.
Durch eine entsprechende Anzahl und Verteilung von mittels des Ventilgliedes steuerbaren Ventilkanälen bietet die Erfindung auch die Möglichkeit, strömende Fluide in Kammersystemen, beispielsweise in fluidbetätigten Zylindern, energieeffizient anzusteuern und zu betreiben. Beispielsweise können zwei Kammern eines doppeltwirkenden fluidbetätigten Arbeitszylinders an jeweils einen von zwei steuerbaren Ventilkanälen angeschlossen sein, bei denen es sich um weitere steuerbare Ventilkanäle handelt, die abwechselnd mit dem in der ersten Schaltstellung verschlossenen ersten steuerbaren Ventilkanal verbindbar sind. Hier können die Kanalmündungen der beiden weiteren steuerbaren Ventilkanäle so angeordnet sein, dass sie in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes offen sind und miteinander kommunizieren können. Auf diese Weise ergibt sich ein fluidischer Kurzschluss zwischen den beiden weiteren steuerbaren Ventilkanälen, was einen Druckausgleich zwischen den angeschlossenen Kammern des fluidbetätigten Arbeitszylinders zur Folge hat, sodass im Anschluss daran ein schneller Druckaufbau mit geringem Fluidverbrauch möglich ist.With a corresponding number and distribution of valve channels that can be controlled by means of the valve member, the invention also offers the possibility of controlling and operating flowing fluids in chamber systems, for example in fluid-actuated cylinders, in an energy-efficient manner. For example, two chambers of a double-acting, fluid-actuated working cylinder can each be connected to one of two controllable valve channels, which are further controllable valve channels that can be alternately connected to the first controllable valve channel, which is closed in the first switching position. Here the channel openings of the two further controllable valve channels can be arranged in such a way that they are open in the first switching position of the valve member and can communicate with one another. This results in a fluidic short circuit between the two other controllable valve channels, which results in a pressure equalization between the connected chambers of the fluid-actuated working cylinder, so that a rapid pressure build-up with low fluid consumption is then possible.
Die Tragstruktur des Ventilgliedes kann auch in Form einer zweiarmigen Hebelstruktur realisiert werden, sodass quasi eine doppelte Wippe vorliegt. Jeder Hebelarm trägt einen als drehbare Rolle konzipierten Schließkörper, dem eigene Ventilkanäle zur Steuerung zugeordnet sind. Ein besonders vorteilhafter Aufbau in diesem Zusammenhang ergibt sich durch eine Spiegelung des weiter oben geschilderten Ventilaufbaus.The support structure of the valve member can also be realized in the form of a two-armed lever structure, so that there is a quasi double rocker. Each lever arm carries a closing body designed as a rotatable roller, which is assigned its own control valve channels. A particularly advantageous structure in this context results from mirroring the valve structure described above.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, -
2 einen horizontalen Längsschnitt durch die Ventilanordnung gemäß Schnittebene II-II aus 1 und3 , -
3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Ventilanordnung gemäß Schnittebene III-III aus 2 , -
4 den in3 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IV in einer vergrößerten Darstellung, -
5 dieVentilanordnung der 1 bis4 ineiner Schnittdarstellung entsprechend 3 , wobei das Ventilglied bei Einnahme einer anderen Schaltstellung gezeigt ist, -
6 den in5 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt VI in einer vergrößerten Darstellung, -
7 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einerden 3 und5 entsprechenden Schnittdarstellung, -
8 den in7 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt VIII in einer vergrößerten Darstellung, und -
9 einen dem in4 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IX entsprechenden Ausschnitt eines erneuten weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem der rollenförmige Schließkörper an der Tragstruktur nicht nur drehbar, sondern auch translatorisch bewegbar gelagert ist.
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1 a side view of a preferred embodiment of the valve assembly according to the invention, -
2 a horizontal longitudinal section through the valve assembly according to section plane II-II 1 and3 , -
3 a vertical longitudinal section through the valve assembly according to section plane III-III 2 , -
4 the in3 dot-dash framed section IV in an enlarged view, -
5 thevalve assembly 1 until4 in a sectional view accordingly3 , wherein the valve member is shown assuming a different switching position, -
6 the in5 dot-dash framed section VI in an enlarged view, -
7 another embodiment of the valve assembly according to the invention in aden 3 and5 corresponding sectional view, -
8th the in7 dot-dashed framed section VIII in an enlarged representation, and -
9 one dem in4 dash-dotted framed section IX corresponding section of another further embodiment of the device according to the invention, in which the roller-shaped closing body is not only rotatably mounted on the support structure, but also movable translationally.
Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventilanordnung verfügt über ein bevorzugt mehrteiliges Ventilgehäuse 2 und über ein an dem Ventilgehäuse 2 verschwenkbar gelagertes Ventilglied 3. Das Ventilglied 3 enthält mindestens einen Schließkörper 4, wobei es zumindest mit seinem den Schließkörper 4 aufweisenden Abschnitt in einer von dem Ventilgehäuse 2 begrenzten Ventilkammer 5 aufgenommen ist. Zweckmäßigerweise befindet sich das gesamte Ventilglied 3 im Innern dieser Ventilkammer 5, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.The valve arrangement, designated in its entirety by the
Das Ventilglied 3 ist um ein Schwenkzentrum 6 herum in einer Schwenkebene 7 verschwenkbar. Weil die Schwenkbewegung ein Umschalten des Schaltzustandes der Ventilanordnung 1 hervorruft, wird sie im Folgenden auch als Umschaltbewegung 8 bezeichnet. In der Zeichnung ist die Umschaltbewegung 8 durch einen bogenförmigen Doppelpfeil illustriert.The
Das Schwenkzentrum 6 ist zweckmäßigerweise durch eine zu der Schwenkebene 7 rechtwinkelige, in der Zeichnung strichpunktiert angedeutete Schwenkachse 12 definiert, die rechtwinkelig zu ihrer Achsrichtung bevorzugt sowohl relativ zum Ventilglied 3 als auch relativ zum Ventilgehäuse 2 ortsfest ist. Dementsprechend behält das Schwenkzentrum 6 bei der Umschaltbewegung 8 seine räumliche Lage vorzugsweise unverändert bei.The pivot center 6 is expediently defined by a pivot axis 12 at right angles to the
Exemplarisch resultiert die Schwenkachse 12 aus einem im Ventilgehäuse 2 verankerten Lagerbolzen 13, der das Ventilglied 3 quer durchsetzt und bezüglich dessen das Ventilglied 3 verschwenkbar ist.For example, the pivot axis 12 results from a bearing
Das Ventilglied 3 hat einen mehrteiligen Aufbau, wobei es sich insbesondere aus dem schon erwähnten Schließkörper 4 und einer den Schließkörper 4 tragenden Tragstruktur 14 zusammensetzt. Die Tragstruktur 14 ist bevorzugt eine starre Struktur. Die Schwenklagerung des Ventilgliedes 3 erfolgt an der Tragstruktur 14 in einem Abstand zu dem Schließkörper 4. Auf diese Weise macht auch der Schließkörper 4 die Umschaltbewegung 8 mit.The
Eine Besonderheit des Schließkörpers 4 besteht darin, dass er von einer an der Tragstruktur 14 frei drehbar gelagerten Rolle 4a gebildet ist. Der Schließkörper 4 ist also relativ zur Tragstruktur 14 verdrehbar. Die Drehachse 15 des von der Rolle 4a gebildeten Schließkörpers 4 verläuft rechtwinkelig zur Schwenkebene 7 und ist beim Ausführungsbeispiel parallel zu der Schwenkachse 12 ausgerichtet.A special feature of the closing body 4 is that it is formed by a roller 4a mounted on the
Wenn im Folgenden von dem Schließkörper 4 die Rede ist, ist damit automatisch auch die den Schließkörper 4 bildende Rolle 4a gemeint. Die Begriffe „Schließkörper“ und „Rolle“ seien daher im Folgenden als Synonyme zu verstehen.When the closing body 4 is mentioned below, this automatically also means the roller 4a forming the closing body 4. The terms "closing body" and "roller" are therefore to be understood as synonyms in the following.
Bevorzugt resultiert die Drehachse 15 aus einem die Tragstruktur 14 mit Abstand zu dem Lagerbolzen 13 durchsetzenden weiteren Lagerbolzen 16, der auch die Rolle 4a durchsetzt, wobei Letztere auf dem weiteren Lagerbolzen 16 verdrehbar ist.The axis of
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der weitere Lagerbolzen 16 ein einstückiger Bestandteil der Rolle 4a und drehbar in der Tragstruktur 14 gehalten. Es besteht außerdem die Möglichkeit, den die Schwenkachse 12 definierenden Lagerbolzen 13 einstückig mit der Tragstruktur 14 auszubilden.In an exemplary embodiment that is not shown, the further bearing
Die Drehachse 15 des Schließkörpers 4 ist zu dem Schwenkzentrum 6 beziehungsweise zu der das Schwenkzentrum 6 definierenden Schwenkachse 12 in einem Abstand angeordnet, der im Folgenden als Achsabstand A bezeichnet wird. Im Rahmen der Umschaltbewegung 8 ist das Ventilglied 3 in unterschiedlichen, als Schaltstellungen bezeichneten Schwenkpositionen positionierbar, wobei der Achsabstand A bei allen Ausführungsbeispielen mit Ausnahme des in
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Um die Ausgleichsbewegung 17 zu ermöglichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel der
Wenn der Schließkörper 4 mit variablem Achsabstand A an der Tragstruktur 14 gelagert ist, verfügt das Ventilglied 3 zweckmäßigerweise auch noch über Federmittel 22, die den Schließkörper 4 relativ zur Tragstruktur 14 ständig im Sinne einer Vergrößerung des Achsabstandes A beaufschlagen beziehungsweise vorspannen. Diese Federmittel 22 sind beim Ausführungsbeispiel der
In die Ventilkammer 5 münden mehrere die Wandung des Ventilgehäuses 2 durchsetzende steuerbare Ventilkanäle 24 ein. Mindestens einer dieser steuerbaren Ventilkanäle 24 und vorzugsweise mehrere dieser steuerbaren Ventilkanäle 24 sind durch das Ventilglied 3 dahingehend steuerbar, dass sie in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Ventilgliedes 3 durch den Schließkörper 4 jeweils entweder fluiddicht verschlossen oder zur Ermöglichung eines Fluiddurchtrittes freigegeben sind. Bei den Ausführungsbeispielen trifft diese Steuerungsmöglichkeit auf sämtliche in die Ventilkammer 5 einmündende Ventilkanäle 24 zu, die deshalb auch als steuerbare Ventilkanäle 24 bezeichnet werden.A plurality of
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist mindestens ein durch das Ventilglied 3 nicht steuerbarer Ventilkanal 25 vorhanden, der in
Zur Erzeugung der Umschaltbewegung 8 ist die Ventilanordnung 1 mit einem Aktuator 26 ausgestattet, der antriebsmäßig mit dem Ventilglied 3 und dabei insbesondere mit dessen Tragstruktur 14 zusammenwirkt. Der Aktuator 26 ist in der Lage, an dem Ventilglied 3 ein in der Umschaltbewegung 8 resultierendes Drehmoment hervorzurufen. Der Aktuator 26 ist zweckmäßigerweise auch im Innern des Ventilgehäuses 2 angeordnet, wobei er entweder in der Ventilkammer 5 oder in einer von der Ventilkammer 5 abgetrennten und bezüglich der Ventilkammer 5 insbesondere abgedichteten Antriebskammer 27 untergebracht sein kann.In order to generate the
Als Aktuator 26 kommt vorzugsweise ein elektroaktiver Polymer-Aktuator 26a zum Einsatz. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen dielektrischen Elastomeraktuator, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.An electroactive polymer actuator 26a is preferably used as the
Der elektroaktive Polymer-Aktuator 26a enthält mehrere in der Zeichnung nicht näher abgebildete und in Achsrichtung einer Hochachse 28 unter Zwischenschaltung je einer elastischen Elektrodenschicht aufeinandergestapelte Elastomermaterialschichten. Die jeweils dieselbe Elastomermaterialschicht auf entgegengesetzten Seiten flankierenden Elektrodenschichten sind an unterschiedliche elektrische Leiterelemente 32a, 32b angeschlossen, die zu einer außen am Ventilgehäuse 2 zugänglichen elektromechanischen Schnittstelleneinrichtung 33 führen und an die ein voneinander abweichendes Potential anlegbar ist. Aus der Potentialdifferenz resultiert ein die jeweils dazwischen angeordnete Elastomerschicht durchsetzendes elektrostatisches Feld, das dazu führt, dass die Elektrodenschichten zueinandergezogen werden, wobei die jeweils dazwischen liegende Elastomerschicht in Achsrichtung der Hochachse 28 zusammengedrückt wird. Auf diese Weise verringert sich die Höhe des Aktuators 26. Durch Deaktivierung des Polymer-Aktuators 26a wird erreicht, dass sich die Höhe des Polymer-Aktuators 26a wieder vergrößert. Die hiermit zusammenhängende Aktuatorverformung sei im Folgenden als Antriebsbewegung 34 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert.The electroactive polymer actuator 26a contains a plurality of elastomer material layers, not shown in more detail in the drawing, which are stacked on top of one another in the axial direction of a
Durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Aktuators 26 kann erreicht werden, dass das Ventilglied eine aus
Der Aktuator 26 erstreckt sich zwischen einer an der Tragstruktur 14 ausgebildeten Krafteinleitungsstelle 35 und einem am Ventilgehäuse 2 angeordneten Lagersockel 36. Bei der Ausführungsform als Polymer-Aktuator 26a liegt die Tragstruktur 14 mit ihrer Krafteinleitungsstelle 35 an einer in Achsrichtung der Hochachse 28 orientierten ersten Stirnfläche 37 des Aktuators 26 an, während die entgegengesetzte zweite Stirnfläche 37b des Aktuators 26 auf dem Lagersockel 36 abgestützt ist. Die Krafteinleitungsstelle 35 kann bei einem einen Mehrschichtaufbau aufweisenden Polymer-Aktuator 26a unmittelbar an der obersten Aktuatorschicht anliegen oder kann auch alternativ über ein starres oder elastisches Zwischenelement kraftschlüssig mit dem Aktuator 26 verbunden sein.The
Zweckmäßigerweise ist zusätzlich eine von dem Aktuator 26 unabhängige Federeinrichtung 38 vorhanden, die zwischen dem Ventilgehäuse 2 und der Tragstruktur 14 wirksam ist und die durch Federbeaufschlagung der Tragstruktur 14 ständig ein Drehmoment in die Tragstruktur 14 einleitet, das dafür verantwortlich ist, dass die Tragstruktur 14 mit ihrer Krafteinleitungsstelle 35 ständig an den Aktuator 26 angedrückt wird. Auf diese Weise ist eine ständige Interaktion zwischen der Tragstruktur 14 und dem Aktuator 26 gewährleistet.A
Bei Aktivierung des Aktuators 26 zieht selbiger sich in seiner Höhenrichtung zusammen, wobei die Tragstruktur 14 unter Ausführung der Umschaltbewegung 8 aufgrund der Federbeaufschlagung der Federeinrichtung 38 verzögerungsfrei nachgeführt und verschwenkt wird. Bei den Ausführungsbeispielen bewegt sich der Schließkörper 4 dabei nach oben. Ein Deaktivieren des Aktuators 26 hat zur Folge, dass der Aktuator 26 unter Überwindung der Federkraft der Federeinrichtung 38 wieder expandiert und die Tragstruktur 14 in der Gegenrichtung verschwenkt wird.When the
Zweckmäßigerweise ist der Federeinrichtung 38 eine Vorspanneinrichtung 42 zugeordnet, die beim Ausführungsbeispiel in Form einer im Ventilgehäuse 2 verankerten und auf die Federeinrichtung 38 einwirkenden Stellschraube realisiert ist. Mit ihr lässt sich die Federvorspannung der Federeinrichtung 38 von außen her sehr einfach justieren.Expediently, the
In den Lagersockel 36 ist zweckmäßigerweise eine Positioniereinrichtung 43 integriert, die es ermöglicht, die Lage des Aktuators 26 in Achsrichtung der Hochachse 28 relativ zum Ventilgehäuse 2 zu justieren. Auf diese Weise besteht insbesondere die Möglichkeit, die im deaktivierten Zustand des Aktuators 26 bezüglich des Ventilgehäuses 2 eingenommene Grundstellung des Ventilgliedes 3 einzustellen.A
Die Tragstruktur 14 ist zweckmäßigerweise als zweiarmige Hebelstruktur 14a realisiert, was auf sämtliche Ausführungsbeispiele zutrifft. Hier hat die Tragstruktur 14 einen vom Schwenkzentrum 6 wegragenden und beabstandet zu dem Schwenkzentrum 6 den drehbaren Schließkörper 4 tragenden ersten Hebelarm 44 und außerdem einen ebenfalls in der Schwenkebene 7, jedoch in einer anderen Richtung als der erste Hebelarm 44 von dem Schwenkzentrum 6 abstehenden zweiten Hebelarm 45, der mit dem Aktuator 26 kooperiert und deshalb auch als Antriebsarm bezeichnet werden kann. Der zweite Hebelarm 45 weist beim Ausführungsbeispiel die Krafteinleitungsstelle 35 auf.The
Vorzugsweise ist der Achsabstand A, der von dem ersten Hebelarm 44 definiert wird, größer als ein Krafteinleitungsabstand K, der zwischen dem Schwenkzentrum 6 und der Krafteinleitungsstelle 35 gemessen wird, und zwar in einer Richtung in Verlängerung einer linearen Achsverbindungslinie 46, die sich zwischen der Drehachse 15 und dem Schwenkzentrum 6 erstreckt und die in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.The axis distance A, which is defined by the
Mit Hilfe der zweiarmigen Hebelstruktur 14a kann der Hub des Aktuators 26 in einem gewünschten Verhältnis entsprechend dem Hebelgesetz auf den von dem Schließkörper 4 auszuübenden Schwenkhub übersetzt werden.With the help of the two-armed lever structure 14a, the stroke of the
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel greift der Aktuator 26 an demjenigen Abschnitt der Tragstruktur 14 an, der sich zwischen dem Schwenkzentrum 6 und dem Schließkörper 4 erstreckt.In an exemplary embodiment that is not shown, the actuator 26 acts on that section of the
Um einen der steuerbaren Ventilkanäle 24 abzusperren und seine Verbindung zur Ventilkammer 5 zu unterbrechen, wird die der Ventilkammer 5 zugewandte Kanalmündung 47 des betreffenden steuerbaren Ventilkanals 24 durch eine an dem Schließkörper 4 angeordnete Schließfläche 48 fluiddicht abgedeckt. Eine Schaltstellung, in der das Ventilglied 3 mit seinem Schließkörper 4 die Kanalmündung 47 mindestens eines steuerbaren Ventilkanals 24 verschließt, sei als Schließstellung bezeichnet. In Abhängigkeit davon, wie viele steuerbare Ventilkanäle 24 vorhanden sind, kann das Ventilglied 3 in mehreren jeweils eine Schließstellung definierenden Schaltstellungen positioniert werden.In order to shut off one of the
Die sich zur Ventilkammer 5 öffnende Kanalmündung 47 jedes steuerbaren Ventilkanals 24 ist von einem dem Schließkörper 4 zugewandten Ventilsitz 52 umrahmt. Der Ventilsitz 52 muss nicht zwingend erhaben strukturiert sein, ist dies jedoch zweckmäßigerweise, wobei er bevorzugt kragenförmig strukturiert ist. Die Erhabenheit der Ventilsitze 52 ist bei den Ausführungsbeispielen allerdings so gering, dass sie in den Abbildungen mit dem bloßen Auge nicht erkennbar ist.The
Der Ventilsitz 52 jedes steuerbaren Ventilkanals 24 wird von der Schwenkebene 7 geschnitten. Gleiches gilt für die zugeordnete Kanalmündung 47. Jede Kanalmündung 47 hat eine zentrale Längsachse 53, bei der es sich zweckmäßigerweise auch um eine zentrale Längsachse 53 des zugeordneten Ventilsitzes 52 handelt. Vorzugsweise ist jede zentrale Längsachse 53 vom zugeordneten Ventilsitz 52 konzentrisch umschlossen. The valve seat 52 of each
Die Kanalmündungen 47 der steuerbaren Ventilkanäle 24 sind so ausgerichtet, dass ihre zentralen Längsachsen 53 parallel zur Schwenkebene 7 verlaufen und insbesondere mit der Schwenkebene 7 zusammenfallen.The
In Verbindung mit der genannten Ausrichtung der Kanalmündungen 47 und Ventilsitze 52 der steuerbaren Ventilkanäle 24 kommt dem Umstand Bedeutung zu, dass die Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 von der radial bezüglich der Drehachse 15 des Schließkörpers 4 orientierten Außenumfangsfläche 48a der Rolle 4a gebildet ist. Diese Außenumfangsfläche 48a ist zweckmäßigerweise entsprechend der Mantelfläche eines Kreiszylinders gestaltet. Vorzugsweise erstreckt sich die Schließfläche 48 rings um die Drehachse 15 herum und ist eine in sich geschlossene Ringfläche. Allerdings ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der nur ein in der Umfangsrichtung der Drehachse 15 gemessener Teilumfang der Außenumfangsfläche 48a als Schließfläche 48 fungiert. Letztlich kommt es darauf an, dass in jeder Schließstellung des Ventilgliedes 3 ein Abschnitt der Schließfläche 48 in der Lage ist, zum Verschließen einer Kanalmündung 47 unter Abdichtung am zugeordneten Ventilsitz 52 anzuliegen.In connection with the aforementioned alignment of the
Die den Schließkörper 4 bildende Rolle 4a hat bevorzugt einen Mehrkomponentenaufbau. Exemplarisch enthält sie einen starren Rollenkörper 54, der an der Tragstruktur 14 drehbar gelagert ist und der an seinem peripheren Außenumfang eine Dichtmaterialschicht 55 trägt, die die Schließfläche 48 definiert. Diese Dichtmaterialschicht 55 besteht insbesondere aus einem Elastomermaterial und ist daher zumindest geringfügig nachgiebig, was einen optimalen Dichtkontakt mit den Ventilsitzen 52 gewährleistet. Vorzugsweise ist die Dichtmaterialschicht 55 durch Spritzgießen auf den Rollenkörper 54 aufgebracht. The roller 4a forming the closing body 4 preferably has a multi-component structure. By way of example, it contains a
Die Schließfläche 48 am Schließkörper 4 ist so angeordnet, dass ihre Flächennormalen ebenfalls parallel zu der Schwenkebene 7 verlaufen oder mit dieser zusammenfallen.The closing
Einer der steuerbaren Ventilkanäle 24 der Ventilanordnung 1, bei dem es sich auch um den einzigen steuerbaren Ventilkanal 24 der Ventilanordnung 1 handeln kann und der im Folgenden auch als erster steuerbarer Ventilkanal 24a bezeichnet wird, ist so ausgebildet, dass der ihm zugeordnete, im Folgenden auch als erster Ventilsitz 52a bezeichnete Ventilsitz 52 in Richtung zum Schwenkzentrum 6 des Ventilgliedes 3 weist. Entsprechendes gilt auch für die Kanalmündung 47 dieses ersten steuerbaren Ventilkanals 24a. Im Rahmen der Umschaltbewegung 8 kann das Ventilglied 3 in einer aus
Wenn das Ventilglied 3 in die erste Schaltstellung verschwenkt wird oder aus der ersten Schaltstellung in eine andere Schaltstellung verschwenkt wird, rollt der Schließkörper 4 mit seiner Schließfläche 48 an dem ersten Ventilsitz 52a ab. Auf diese Weise wird zum einen die Schließfläche 48 geschont und anders als bei einem reinen Verschieben nicht mit einem Abriebproblem konfrontiert. Außerdem hat die Möglichkeit des Abrollens der Rolle 4a an dem ersten Ventilsitz 52a den Effekt, dass das Ventilglied 3 mit geringer Betätigungskraft umschaltbar ist, obgleich der Schließkörper 4 mit einer hohen Kraft an den ersten Ventilsitz 52a angedrückt wird.When the
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die von dem ersten Ventilsitz 52a umrahmte Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a so angeordnet ist, dass ihre zentrale Längsachse 53 mit dem Schwenkzentrum 6 des Ventilgliedes 3 zusammentrifft. In der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 3 verlaufen die zentrale Längsachse 53 der Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a und die geradlinige Achsverbindungslinie 46 bevorzugt koaxial zueinander. Auf diese Weise übt die Schließkraft, mit der der Schließkörper 4 an den ersten Ventilsitz 52a angedrückt wird, kein Drehmoment auf das Ventilglied 3 aus, sodass ein Umschalten mit einer geringen Aktuatorkraft möglich ist.It is particularly advantageous in this context if the
Zumindest die Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a mündet zweckmäßigerweise an einer am Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Abstützfläche 56 aus, die der Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 zugewandt ist. Eine rechtwinkelig auf der Abstützfläche 56 stehende Normalenebene, die zugleich rechtwinkelig zur Drehachse 15 des Schließkörpers 4 ausgerichtet ist, verläuft parallel zu der Schwenkebene 7 oder fällt mit dieser zusammen. Das Ventilglied 3 liegt mit der Schließfläche 48 seines Schließkörpers 4 an der Abstützfläche 56 an und rollt bei der Umschaltbewegung 8 an der Abstützfläche 56 ab.At least the
Bei allen Ausführungsbeispielen mit Ausnahme des Ausführungsbeispiels der
Auch beim Ausführungsbeispiel der
Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass die Ventilanordnung 1 über mehrere durch das Ventilglied 3 steuerbare Ventilkanäle 24 verfügen kann, was auf sämtliche Ausführungsbeispiele zutrifft. In diesem Zusammenhang besteht die vorteilhafte Möglichkeit, einen oder mehrere steuerbare Ventilkanäle 24 so auszubilden, dass seine oder ihre Kanalmündung(en) 47 auch zu der Abstützfläche 56 ausmünden und beim Umschalten des Ventilgliedes 3 ebenfalls von dem Schließkörper 4 überrollbar sind. Exemplarisch trifft dies auf das Ausführungsbeispiel der
Gemäß
Die
Jede von einem ersten weiteren Ventilsitz 52b umrahmte Kanalmündung 47 ist zweckmäßigerweise so orientiert, dass ihre zentrale Längsachse 53 die Drehachse 15 des Schließkörpers 4 schneidet, wenn sich der Schließkörper 4 in der entsprechenden Schließstellung befindet.Each
Dem Schließkörper 4 kann auch mindestens ein steuerbarer Ventilkanal 24 zugeordnet sein, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal 24c bezeichnet wird und der nicht zu der als Abrollfläche bezeichenbaren Abstützfläche 56 ausmündet. Eine solche Kanalgestaltung ist bei allen illustrierten Ausführungsbeispielen gegeben.At least one
Jeder zweite weitere steuerbare Ventilkanal 24c mündet mittels einer Kanalmündung 47 zu einer die Ventilkammer 5 begrenzenden Wandfläche 58 des Ventilgehäuses 2 aus und ist dort von einem zweiten weiteren Ventilsitz 52c umrahmt. Die zugeordneten Kanalmündungen 47 sind dabei insbesondere so orientiert, dass ihre jeweilige zentrale Längsachse 53 zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig zu der Achsverbindungslinie 46 orientiert ist, wenn das Ventilglied 3 eine den zugeordneten zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanal 24c verschließende Schaltstellung einnimmt.Every second further controllable valve channel 24c opens out by means of a
Die in den
Auf alle Ausgestaltungen der Ventilanordnung 1 trifft vorzugsweise zu, dass der von einer Rolle 4a gebildete Schließkörper 4 mit seiner peripheren Schließfläche 48 bei der Umschaltbewegung 8 auf einer Abstützfläche 56 abrollt, die einen gekrümmten oder aber auch einen geradlinigen Verlauf haben kann und zu der mindestens ein steuerbarer Ventilkanal 24, 24a, 24b ausmündet, der durch die darüber hinwegrollende Schließfläche 48 je nach Schaltstellung des Ventilgliedes 3 freigegeben oder verschlossen ist.It preferably applies to all configurations of the
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