-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetbetriebenes vorgesteuertes Schieberventil, das eine Spule mit einem über einen Elektromagneten (Solenoid) betätigten Pilot- oder Vorsteuerventil schaltet.
-
Elektromagnetbetätigte vorgesteuertes Schieberventile, die einen Schieber (Spule) über ein mittels eines Elektromagneten betätigtes Pilot- oder Vorsteuerventil umschalten, sind bekannt und beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift JP H09- 42 525 A beschrieben. Derartige Schieberventile umfassen auch doppelt wirkende vorgesteuerte Schieberventile mit zwei Pilot- oder Vorsteuerventilen, und einzeln vorgesteuerte Schieberventile mit nur einem Pilot- oder Vorsteuerventil.
-
Hierbei wird bei einem doppelt wirkenden vorgesteuerten Schieberventil Pilot- oder Steuerluft abwechselnd auf Pilot- oder Vorsteuerkolben aufgebracht, die an beiden Seiten eines Schiebers vorgesehen sind, indem die beiden Vorsteuerventile abwechselnd an- und ausgeschaltet werden, um den Schieber hin und her zu bewegen. Dadurch werden Strömungsdurchgänge zwischen mehreren Anschlüssen umgeschaltet.
-
Andererseits sind bei einem einzeln wirkenden vorgesteuerten Schieberventil Vorsteuerkolben mit zueinander unterschiedlichem Durchmesser an einem bzw. dem anderen Ende eines Schiebers vorgesehen. Durch die Zufuhr und Abfuhr von Vorsteuerluft zu und von dem Vorsteuerkolben mit großem Durchmesser durch Ein- und Ausschalten des Vorsteuerventils, während die Vorsteuerluft auf den Vorsteuerkolben mit kleinem Durchmesser aufgebracht wird, werden die Strömungsdurchgänge zwischen mehreren Anschlüssen umgeschaltet, indem der Schieber aufgrund der Differenz der aufgebrachten Kraft entsprechend dem Unterschied der Druckaufnahmeflächen der beiden Vorsteuerkolben hin und her bewegt wird.
-
Wie in der JP H09- 45 525 A beschrieben ist, sind üblicherweise in dem Schieberventil der oben beschriebenen Art Kolbengehäuse mit beiden Enden eines Ventilkörpers verbunden, in dem ein Schieber eingebaut ist. Die Vorsteuerkolben sind in den Kolbengehäusen aufgenommen. Von einem Einlassanschluss in dem Ventilkörper wird Vorsteuerluft durch einen Vorsteuerdurchgang, der durch das Innere des Ventilkörpers hindurchtritt, den Kolbengehäusen zugeführt, so dass die Vorsteuerluft durch die in den Kolbengehäusen ausgebildeten Durchgänge auf die Vorsteuerkolben wirken kann.
-
Dementsprechend muss bei den oben beschriebenen herkömmlichen Schieberventilen der Vorsteuerdurchgang innerhalb des Ventilkörpers ausgebildet sein, der zudem mehrere Anschlüsse für die Zufuhr, Abfuhr und den Auslass sowie Vertiefungen und Löcher zum Anbringen verschiedener Anbauelemente und mehrere Einsetzöffnungen zum Anbringen an einer Verteilerbasis aufweist. Hierdurch wird der innere Aufbau des Ventilkörpers komplex, was zu Komplexitätsproblemen bei der designerischen Ausgestaltung und der Herstellung führt.
-
Aus der
DE 10 2012 013 284 A1 ist ein Energiesparventil mit einer Spulenantriebseinheit bekannt, die an einem Ende eines Hauptventilkörpers vorgesehen ist und die Position einer Spule zu einer Position ändert, an welcher Druckluft ohne Drucksteuerung von einem ersten Ausgangsanschluss abgelassen wird, und eine Drucksteuereinheit, die an dem anderen Ende des Hauptventilkörpers vorgesehen ist und die Position der Spule zu einer Position ändert, an welcher Druckluft durch eine Drucksteuerung mit einem festgelegten Druckniveau von einem zweiten Ausgangsanschluss abgelassen wird. Die Drucksteuereinheit umfasst einen Drucksteuerkolben, der mit der Spule integriert ist, eine Druckaufnahmefläche, über welche Luftdruck in dem zweiten Ausgangsanschluss auf den Drucksteuerkolben wirken kann, eine Zylinderkammer, die der Druckaufnahmefläche zugewandt ist, einen Drucksteuerkanal, über welchen die Zylinderkammer mit dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden werden kann, und ein elastisches Element, das eine Vorspannkraft auf den Drucksteuerkolben in einer Richtung entgegen der Wirkung des Luftdrucks auf die Druckaufnahmefläche aufbringt, um einen Druck festzulegen.
-
Die
US 3 913 620 A beschreibt ein Kontaktventil mit zwei entgegengesetzt montierten Elektromagnetoperatoren an jedem Ende des Ventilgehäuses. Konische Ventilsitze, die an die Enden des Ventilgehäuses angrenzen, sind durch eine Durchgangsbohrung verbunden. Ein Stößel mit konischen Ventilstopfen an den entgegengesetzten Enden weist wenigstens drei senkrechte Anschlüsse zur Fluidverbindung mit der Durchgangsbohrung auf. Das Ventil kann als ein 3- oder 4 Wegeventil betrieben werden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetbetätigtes vorgesteuertes Schieberventil vorzuschlagen, bei dem kein Vorsteuerdurchgang in einem Ventilkörper ausgebildet werden muss, so dass ein einfacher innerer Aufbau des Ventilkörpers ermöglicht wird. Hierdurch sollen das Design und die Herstellung des elektromagnetbetätigten vorgesteuerten Schieberventils vereinfacht werden.
-
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektromagnetbetätigtes vorgesteuertes Schieberventil einen Hauptventilabschnitt mit einem Ventilkörper, der Eingangs-, Ausgangs- und Auslassanschlussöffnungen aufweist, einer in dem Ventilkörper ausgebildeten Ventilöffnung (nachfolgend „Ventilbohrung“), die den Ventilkörper durchtritt und in Verbindung mit den Anschlüssen steht, einem Schieber, der in die Ventilbohrung so eingesetzt ist, dass er in einer Axialrichtung der Ventilbohrung gleiten kann, wobei die Schieberöffnungs- und -schließdurchgänge die Anschlüsse miteinander verbinden, und einem Pilot- oder Vorsteuerdurchgang, der in dem Schieber ausgebildet ist, wobei der Vorsteuerdurchgang unabhängig von einer Betriebsposition des Schiebers immer in Verbindung mit einem Eingangsanschluss der Eingangsanschlüsse steht; einen Vorsteuerventilabschnitt, der an einem Endabschnitt des Ventilkörpers vorgesehen ist, wobei der Vorsteuerventilabschnitt ein Kolbengehäuse aufweist, das mit dem Ventilkörper verbunden ist, einen Vorsteuerkolben, der so ausgebildet ist, dass er in einen Endabschnitt des Schiebers übergeht, und der in dem Kolbengehäuse gleitend aufgenommen ist, wobei der Vorsteuerkolben einen Durchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser des Schiebers, eine erste Druckaufnahmekammer und eine zweite Druckaufnahmekammer, die an den beiden Seiten des Vorsteuerkolbens abgeteilt sind, einen immer offenen Verbindungsdurchgang, der in einem Übergangsbereich zwischen dem Schieber und dem Vorsteuerkolben so ausgebildet ist, dass er den Vorsteuerdurchgang immer mit der zweiten Druckaufnahmekammer verbindet, einen Öffnungs-/ Schließverbindungsdurchgang, der in dem Kolbengehäuse ausgebildet ist und den Vorsteuerdurchgang über ein Vorsteuerventil mit der ersten Druckaufnahmekammer verbindet, und das Vorsteuerventil, welches über einen Elektromagneten betrieben wird und den Öffnung-/Schließverbindungsdurchgang öffnet und schließt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung steht ein Ende des Öffnungs-/ Schließdurchgangs in Verbindung mit der zweiten Druckaufnahmekammer und daher durch die zweite Druckaufnahmekammer und den immer offenen Verbindungsdurchgang in Verbindung mit dem Vorsteuerdurchgang.
-
Außerdem ist der Vorsteuerkolben vorzugsweise als ein von dem Schieber getrennter Körper ausgebildet, der mit dem Schieber gekoppelt ist. Der immer offene Verbindungsdurchgang wird durch eine Lücke gebildet, die zwischen dem Schieber und dem Vorsteuerkolben vorgesehen ist.
-
Bei dem oben beschriebenen Fall weisen eine Druckaufnahmefläche einer ersten Druckaufnahmeoberfläche des Vorsteuerkolbens, welche der ersten Druckaufnahmekammer zugewandt ist, und eine Druckaufnahmefläche einer zweiten Druckaufnahmeoberfläche des Vorsteuerkolbens, welche der zweiten Druckaufnahmekammer zugewandt ist, einen äquivalente Flächeninhalt auf, während eine Druckaufnahmefläche einer Schieberdruckaufnahmeoberfläche des Schiebers, welche der zweiten Druckaufnahmekammer zugewandt ist, kleiner ist als die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmeoberfläche des Vorsteuerkolbens.
-
Alternativ können der Vorsteuerkolben und der Schieber einstückig aus einem einzigen Material geformt sein, und der immer offene Verbindungsdurchgang kann sich an einer seitlichen Seite des Vorsteuerkolbens oder an einer seitlichen Seite des Schiebers öffnen und durch eine Durchgangsöffnung gebildet werden, die in Verbindung mit der zweiten Druckaufnahmekammer steht.
-
Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kolbendichtung, die an einem Außenumfang des Vorsteuerkolbens angebracht ist, vorzugsweise eine Lippendichtung mit einer definierten Dichtungsrichtung, und die Kolbendichtung ist in einer Richtung angeordnet, in welcher sie Luft, die von der ersten Druckaufnahmekammer zu der zweiten Druckaufnahmekammer fließt, durchlässt, aber Luft, die von der zweiten Druckaufnahmekammer zu der ersten Druckaufnahmekammer fließt, blockiert.
-
In Weiterbildung der Erfindung kann der Vorsteuerventilabschnitt an beiden Enden des Hauptventilabschnitts ausgebildet sein, oder der Vorsteuerventilabschnitt kann lediglich an einem Ende des Hauptventilabschnitts vorgesehen sein.
-
Vorteile der Erfindung
-
Da bei der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit besteht, den Vorsteuerdurchgang in dem Ventilkörper des Hauptventilabschnitts auszubilden, wird die Verteilung des Strömungsdurchgangs erleichtert und der innere Aufbau des Ventilkörpers vereinfacht. Dementsprechend werden das Design und die Herstellung des Ventilkörpers vereinfacht.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer elektromagnetbetriebenen vorgesteuerten Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Schaltzustand dargestellt ist, wenn das Vorsteuerventil ausgeschaltet ist.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Ausschnitts aus 1.
- 3 ist ein Schnitt, der einen Schaltzustand darstellt, wenn das in 1 gezeigte Vorsteuerventil eingeschaltet ist.
- 4 umfasst Schnitte, die einen wesentlichen Teil einer ersten Modifikation des Schieberventils gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, wobei 4(a) einen Betriebszustand darstellt, wenn das Vorsteuerventil ausgeschaltet ist, und 4(b) einen Betriebszustand zeigt, wenn das Vorsteuerventil eingeschaltet ist.
- 5 zeigt Schnitte, die einen wesentlichen Teil einer zweiten Modifikation des Schieberventils gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, wobei 5(a) einen Betriebszustand darstellt, wenn das Vorsteuerventil ausgeschaltet ist, und 5(b) einen Betriebszustand darstellt, wenn das Vorsteuerventil eingeschaltet ist.
- 6 ist ein Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des elektromagnetbetriebenen vorgesteuerten Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung und stellt einen Schaltzustand dar, wenn ein Vorsteuerventil ein- und das andere Vorsteuerventil ausgeschaltet ist.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform eines elektromagnetbetätigten vorgesteuerten Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Schieberventil mit Einzelvorsteuerung, das ein einziges Vorsteuerventil 4 aufweist und einen Hauptventilabschnitt 2, der als ein Fünf-Wege-Ventil arbeitet, und einen Vorsteuerventilabschnitt 3 umfasst, der an einer Endseite des Hauptventilabschnitts 2 vorgesehen ist.
-
Fünf Anschlussöffnungen P, A1, A2, R1 und R2 für den Eingang, Ausgang und Auslass sind in dem Ventilkörper 10 des Hauptventilabschnitts 2 ausgebildet. Die fünf Anschlüsse sind so angeordnet, dass die ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse A1 und A2 an beiden Seiten eines in der Mitte angeordneten Eingangsanschlusses P positioniert sind, und so, dass erste und zweite Auslassanschlüsse R1 und R2 an den Außenseiten der ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse A1 und A2 positioniert sind. Außerdem ist eine kreisförmige Ventilöffnung oder Ventilbohrung 11, die in Verbindung mit den fünf Anschlüssen P, A1, A2, R1 und R2 steht, so in dem Ventilkörper 10 ausgebildet, dass sie den Ventilkörper 10 von einem ersten Ende 10a bis zu einem zweiten Ende 10b durchtritt.
-
Ein Schieber (Spule) 12, welcher die benachbarte Anschlüsse miteinander verbindenden Strömungsdurchgänge öffnet und schließt, ist gleitend in die Ventilbohrung 11 entlang der L-Achse der Ventilbohrung 11 eingesetzt. Der Schieber 12 umfasst einen ersten Kolbenabschnitt 12a, der einen Strömungsdurchgang öffnet und schließt, welcher den Eingangsanschluss P mit dem ersten Ausgangsanschluss A1 verbindet, einen zweiten Kolbenabschnitt 12b, der einen Strömungsdurchgang öffnet und schließt, welcher den Eingangsanschluss P mit dem zweiten Ausgangsanschluss A2 verbindet, einen dritten Kolbenabschnitt 12c, der einen Strömungsdurchgang öffnet und schließt, welcher den ersten Ausgangsanschluss A1 mit dem ersten Auslassanschluss R1 verbindet, und einen vierten Kolbenabschnitt 12d, der einen Strömungsdurchgang öffnet und schließt, welcher den zweiten Ausgangsanschluss A2 mit dem zweiten Auslassanschluss R2 verbindet. Ein Dichtelement 13 ist an dem Außenumfang jedes der Kolbenabschnitte 12a bis 12d angebracht.
-
Außerdem umfasst der Schieber 12 einen ersten Dichtkolbenabschnitt 12e an einem Endabschnitt außerhalb des dritten Kolbenabschnitts 12c, wobei der erste Dichtkolbenabschnitt 12e ein Öffnungsende der Ventilbohrung 11 an der Seite des ersten Endes 10a immer verschließt, und einen zweiten Dichtkolbenabschnitt 12f an einem Endabschnitt außerhalb des vierten Kolbenabschnitts 12d, wobei der zweite Dichtkolbenabschnitt 12f ein Öffnungsende der Ventilbohrung 11 an der Seite des zweiten Endes 10b verschließt. Ein Dichtelement 14 ist an dem Außenumfang jedes der Dichtkolbenabschnitte 12e und 12f angebracht.
-
Außerdem ist innerhalb des Schiebers 12 ein Pilot- oder Vorsteuerdurchgang 15 ausgebildet, der sich in der Richtung der L-Achse durch die Mitte des Schiebers 12 erstreckt. Ein Ende 15a des Vorsteuerdurchgangs 15 öffnet sich zu einem Endabschnitt des Schiebers 12 an der Seite des ersten Endes 10a des Ventilkörpers 10 geöffnet, und das andere Ende des Vorsteuerdurchgangs 15 steht an einer Position zwischen dem ersten Kolbenabschnitt 12a und dem zweiten Kolbenabschnitt 12b in Verbindung mit einer Vorsteuereingangsöffnung 15b, die sich zu einer seitlichen (lateralen) Seite des Schiebers 12 öffnet und durch die Vorsteuereingangsöffnung 15b in Verbindung mit dem Eingangsanschluss P steht. Die Position, an welcher sich die Vorsteuereingangsöffnung 15b öffnet, ist eine Position, an welcher die Vorsteuereingangsöffnung 15b immer in Verbindung mit dem Eingangsanschluss P steht, auch in einem Zustand, in dem der erste Kolbenabschnitt 12a oder der zweite Kolbenabschnitt 12b den Strömungsdurchgang öffnet oder schließt. Dementsprechend steht der Vorsteuerdurchgang 15 unabhängig von der Betriebsposition des Schiebers 12 immer in Verbindung mit dem Eingangsanschluss P.
-
Der Vorsteuerventilabschnitt 3 umfasst ein Kolbengehäuse 20, das mit dem ersten Ende 10a des Ventilkörpers 12 verbunden ist, und das Vorsteuerventil 4, das mit dem Kolbengehäuse 20 gekoppelt ist.
-
Eine Kolbenkammer 21, die in Verbindung mit einem Endabschnitt der Ventilbohrung 11 steht, ist in dem Kolbengehäuse 20 ausgebildet. Ein Vorsteuerkolben 22 ist in der Kolbenkammer 21 so aufgenommen, dass er in der Richtung der L-Achse gleiten kann. Die Kolbenkammer 21 hat einen Durchmesser, der größer ist als der der Ventilbohrung 11, und dementsprechend hat der Vorsteuerkolben 22 einen Durchmesser, der größer ist als der des Schiebers 12.
-
Ein Kolbenschaft 23 mit einer zylindrischen Form und einem Durchmesser, der etwas kleiner ist als der der Ventilbohrung 11, ist in einer Oberfläche des Vorsteuerkolbens 22 an der Seite ausgebildet, die dem Schieber 12 gegenüberliegt. Durch Verriegeln eines flanschförmigen Abschnitts 25, der an dem Endabschnitt des Schiebers 12 ausgebildet ist, in einer nutenförmigen Vertiefung 24, welche den Kolbenschaft 23 in einer diametralen Richtung quert, werden der Vorsteuerkolben 22 und der Schieber 12 durch eine Lücke 26, die als ein später beschriebener, immer offener Verbindungsdurchgang 35 dient, einstückig miteinander gekoppelt. Außerdem tritt der Kolbenschaft 23 bei einem Schaltvorgang des Schiebers 12, der durch den Vorsteuerkolben 22 bewirkt wird, in die Ventilbohrung 11 ein oder aus dieser heraus. Wenn der Kolbenschaft 23 in die Ventilbohrung 11 eingesetzt ist, ist ein ringförmiger Spalt 27 (vgl. 3), der in Verbindung mit der Lücke 26 steht, zwischen einem Außenumfang des Kolbenschaftes 23 und einem Innenumfang der Ventilbohrung 11 ausgebildet.
-
An einem Außenumfang des Vorsteuerkolbens 22 ist eine Kolbendichtung 28 angebracht. Mittels der Kolbendichtung 28 werden eine erste Druckaufnahmekammer 29 und eine zweite Druckaufnahmekammer 30 an einer Seite bzw. der anderen Seite des Vorsteuerkolbens 22 abgeteilt. Außerdem sind eine erste Druckaufnahmeoberfläche 31, die der ersten Druckaufnahmekammer 29 zugewandt ist, und eine zweite Druckaufnahmeoberfläche 32, die der zweiten Druckaufnahmekammer 30 zugewandt ist, an der einen Oberfläche bzw. der anderen Oberfläche des Vorsteuerkolbens 22 ausgebildet. Die zweite Druckaufnahmeoberfläche 32 ist eine Oberfläche, welche eine ringförmige Fläche, die einen Abschnitt um den Kolbenschaft 23 umgibt, und eine Endfläche des Kolbenschaftes 23 umfasst. Die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmeoberfläche 32 ist genauso groß wie die Druckaufnahmefläche der ersten Druckaufnahmeoberfläche 31. Dagegen ist die Druckaufnahmefläche einer Schieberdruckaufnahmeoberfläche 33, die an dem Endabschnitt des Schiebers 12 vorgesehen ist und der zweiten Druckaufnahmekammer 30 zugewandt ist, kleiner als die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmeoberfläche 32.
-
Die Kolbendichtung 28 ist eine Lippendichtung mit einer Dichtungsdirektionalität. Indem die Lippe zu der Seite der zweiten Druckaufnahmekammer 30 gerichtet wird, wird die Kolbendichtung 28 in einer Richtung angeordnet, in welcher sie Vorsteuerluft daran hindert, von der zweiten Druckaufnahmekammer 30 zu der ersten Druckaufnahmekammer 29 zu strömen, während Vorsteuerluft, die von der ersten Druckaufnahmekammer 29 zu der zweiten Druckaufnahmekammer 30 strömt, nicht blockiert wird. Die Kolbendichtung 28 kann aber auch ein O-Ring sein.
-
Der Vorsteuerdurchgang 15 und die zweite Druckaufnahmekammer 30 stehen durch den konstant geöffneten Verbindungsdurchgang 35 immer miteinander in Verbindung. Der Vorsteuerdurchgang 15 und die erste Druckaufnahmekammer 29 stehen durch einen Öffnung-/Schließverbindungsdurchgang 36, welcher mit dem Vorsteuerventil 4 geöffnet und geschlossen wird, miteinander in Verbindung.
-
Der immer offene Verbindungsdurchgang 35 wird durch die Lücke 26 gebildet, die in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Schieber 12 und dem Vorsteuerkolben 22 ausgebildet ist. Hierbei kann der Spalt 27, der zwischen dem Außenumfang des Kolbenschaftes 23 und dem Innenumfang der Ventilbohrung 11 gebildet wird, wenn der Kolbenschaft 23 in die Ventilbohrung 11 eingesetzt ist, auch als ein Abschnitt des immer offenen Verbindungsdurchgangs 35 bezeichnet werden.
-
Der Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgang 36 ist in dem Kolbengehäuse 20 ausgebildet und in einen ersten Verbindungsdurchgangsabschnitt 37, welcher die zweite Druckaufnahmekammer 30 mit dem Vorsteuerventil 4 verbindet, und einen zweiten Verbindungsdurchgangsabschnitt 38, welcher das Vorsteuerventil mit der ersten Druckaufnahmekammer 29 verbindet, unterteilt. Der erste Verbindungsdurchgangsabschnitt 37 ist über eine erste Verbindungsöffnung 39 mit der zweiten Druckaufnahmekammer 30 verbunden und steht durch die zweite Druckaufnahmekammer 30 und den immer offenen Verbindungsdurchgang 39 immer mit dem Vorsteuerdurchgang 15 in Verbindung. Der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 ist über eine zweite Verbindungsöffnung 40, die in einer Betätigungsöffnung 43 eines manuellen Betätigungsabschnitts 41 ausgebildet ist, mit der ersten Druckaufnahmekammer 29 verbunden.
-
Das Vorsteuerventil 4 ist ein Drei-Wege-Elektromagnetventil. Wenn das Vorsteuerventil 4 eingeschaltet wird, stehen der erste Verbindungsdurchgangsabschnitt 37 und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 des Öffnungs-/ Schließverbindungsdurchgangs 36 miteinander in Verbindung, so dass die Vorsteuerluft von der zweiten Druckaufnahmekammer 30 der ersten Druckaufnahmekammer 29 zugeführt wird. Wenn das Vorsteuerventil abgeschaltet wird, werden der erste Verbindungsdurchgangsabschnitt 37 und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 des Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgangs 36 voneinander abgeschnitten, und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 wird zur Umgebung geöffnet, so dass die Vorsteuerluft aus der ersten Druckaufnahmekammer 29 in die Umgebung abgegeben wird.
-
Das Kolbengehäuse 20 weist den manuellen Betätigungsabschnitt 41 auf. Der manuelle Betätigungsabschnitt 41 ist ein Abschnitt, der dazu dient, den gleichen Zustand herzustellen, als wäre das Vorsteuerventil 4 eingeschaltet, indem im Falle eines Stromausfalls oder während Wartungsarbeiten ein Betätigungselement 42 von Hand betätigt wird. Das Betätigungselement 42 ist innerhalb der Betätigungsöffnung 43 aufgenommen, und kann durch Runterdrücken betätigt werden. Die Betätigungsöffnung 43 steht über einen manuellen Vorsteuerströmungsdurchgang 44 in Verbindung mit der zweiten Druckaufnahmekammer 30. Die zweite Verbindungsöffnung 40 des zweiten Verbindungsdurchgangsabschnitts 38 ist in einem Abschnitt der Betätigungsöffnung 43 ausgebildet.
-
Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, wird das Betätigungselement 42 normalerweise durch eine Rückführfeder 45 zu einer nicht betätigten Position gedrückt und angehoben. Da zu dieser Zeit ein O-Ring 46 des Betätigungselements 42 oberhalb der zweiten Verbindungsöffnung 40 (auf der Seite des manuellen Vorsteuerströmungsdurchgangs 44) positioniert ist, wird der manuelle Vorsteuerströmungsdurchgang 44 blockiert. Der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 ist jedoch nicht blockiert.
-
Wenn ausgehend von dem oben beschriebenen Zustand das Betätigungselement 42 nach unten gedrückt wird, so bewegt sich der O-Ring 46 zu einer Position unterhalb der zweiten Verbindungsöffnung 40 (auf der Seite des zweiten Verbindungsdurchgangsabschnitts 38). Dementsprechend wird der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 von der zweiten Verbindungsöffnung 40 abgeschnitten und der manuelle Vorsteuerströmungsdurchgang 44 wird in Verbindung mit der zweiten Verbindungsöffnung 40 gebracht. Dementsprechend wird die Vorsteuerluft durch den manuellen Vorsteuerströmungsdurchgang 44 der zweiten Druckaufnahmekammer 30 zugeführt und der Vorsteuerkolben 22 wird betätigt.
-
Nun wird die Funktionsweise des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform, das den oben beschriebenen Aufbau hat, erläutert. 1 zeigt einen Schaltzustand, wenn das Vorsteuerventil 4 ausgeschaltet ist. Zu dieser Zeit sind bei dem Vorsteuerventil 4 der erste Verbindungsdurchgangsabschnitt 37 und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 des Öffnungs-/ Schließverbindungsdurchgangs 36 blockiert und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 ist zur Umgebung geöffnet, so dass die Vorsteuerluft der ersten Druckaufnahmekammer 29 in die Umgebung abgeführt wird. Dementsprechend wird der Vorsteuerkolben 22 durch die Vorsteuerluft, die von dem Eingangsanschluss P durch den Vorsteuerdurchgang 15 und den immer offenen Verbindungsdurchgang 35 der zweiten Druckaufnahmekammer 30 zugeführt wird, nach links gedrückt und nimmt zusammen mit dem Schieber 12 in der Zeichnung eine erste Schaltposition ein. Hierbei werden in dem Hauptventilabschnitt 2 der Eingangsanschluss 2 und der zweite Ausgangsanschluss A2 in Verbindung miteinander gebracht. Der erste Ausgangsanschluss A1 steht mit dem ersten Auslassanschluss R1 in Verbindung, und der zweite Ausgangsanschluss R2 ist blockiert.
-
Wenn ausgehend von dem oben beschriebenen Zustand das Vorsteuerventil 4 eingeschaltet wird, treten der erste Verbindungsdurchgangsabschnitt 37 und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38 des Öffnungs-/ Schließverbindungsdurchgangs 36 miteinander in Verbindung. Dementsprechend wird Luft durch den Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgang 36 der ersten Druckaufnahmekammer 29 zugeführt, so dass ein Druck der Luft auf die erste Druckaufnahmeoberfläche 31 wirkt. Da die Druckaufnahmefläche der ersten Druckaufnahmeoberfläche 31 genauso groß ist wie die Druckaufnahmefläche der zweiten Druckaufnahmeoberfläche 32 sind die Betätigungskräfte auf beiden Seiten des Vorsteuerkolbens 22, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirken, miteinander im Gleichgewicht. In dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Schieber 12 und dem Vorsteuerkolben 22 wird aber mit dem Luftdruck, der in der Zeichnung nach rechts und auf die an der Endfläche des Schiebers 12 ausgebildete Schieberdruckaufnahmeoberfläche 33 wirkt, der Schieber 12 zusammen mit dem Vorsteuerkolben 22 nach rechts verschoben und nimmt dadurch die zweite Schaltposition gemäß 3 ein. Hierdurch werden in dem Hauptventilabschnitt 2 der Eingangsanschluss P und der erste Ausgangsanschluss A1 miteinander in Verbindung gebracht. Der zweite Ausgangsanschluss A2 wird mit dem zweiten Auslassanschluss R2 in Verbindung gebracht, und der erste Ausgangsanschluss R1 wird blockiert.
-
Wie oben beschrieben wurde, ist bei dem Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform der Vorsteuerdurchgang 15 in dem Schieber 12 ausgebildet. Die zweite Druckaufnahmekammer 30 an einer Seite des Vorsteuerkolbens 22 wird immer über den Vorsteuerdurchgang 15 mit dem Eingangsanschluss P in Verbindung gebracht. Die Vorsteuerluft wird durch die zweite Druckaufnahmekammer 30 über den Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgang 36, der durch das Vorsteuerventil 4 geöffnet und geschlossen wird, der ersten Druckaufnahmekammer 29 an der anderen Seite zugeführt. Dementsprechend kann der Schieber 12 umgeschaltet werden, indem die Vorsteuerluft mit dem einzeln wirkenden Vorsteuerventil 4 beiden Seiten des einzigen Vorsteuerkolbens 22 zugeführt wird. Da es nicht notwendig ist, den Vorsteuerdurchgang 15 innerhalb des Ventilkörpers 10 des Hauptventilabschnitts 2 auszubilden, wird außerdem die Verteilung des Strömungsdurchgangs erleichtert und der innere Aufbau des Ventilkörpers 10 wird vereinfacht. Dementsprechend werden das Design und die Herstellung des Ventilkörpers 10 erleichtert.
-
Die 4(a) und 4(b) zeigen einen wesentlichen Teil einer ersten Modifikation des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Bei der ersten Modifikation ist eine Anzeige (Indikator) 50 zur Überprüfung der Schaltposition des Schiebers 12 in dem Schieberventil 1A vorgesehen. Die Anzeige 50 wird durch eine transparente Abdeckung 51 gebildet, die an einem Endabschnitt des Ventilkörpers 10 an der Seite des zweiten Endes 10b angebracht ist, und durch einen zu detektierenden Abschnitt 52, der an dem Endabschnitt des Schiebers 12 ausgebildet ist.
-
Die Abdeckung 51 umfasst an einem Abschnitt, der dem Endabschnitt der Ventilbohrung 11 zugewandt ist, einen transparenten Abschnitt 51 a mit halbkugeliger Oberfläche, der in konvexer Weise nach außen gebogen ist. Eine Öffnung 51b, welche den transparenten Abschnitt 51a zur Umgebung öffnet, ist in dem zentralen Bereich des transparenten Abschnitts 51 a ausgebildet.
-
Der zu detektierende Abschnitt 52 wird durch den halbkugeligen Abschnitt des Endabschnitts des Schiebers 12 gebildet. Der zu detektierende Abschnitt 52 kann in das Innere des transparenten Abschnitts 51a eintreten oder sich hieraus entfernen. Der zu detektierende Abschnitt 52 kann mit einer Farbe eingefärbt sein, die leicht erkennbar ist, wie rot, orange oder dergleichen.
-
Wenn das Vorsteuerventil 4 wie in 1 ausgeschaltet ist und der Schieber 12 an der ersten Schaltposition steht, ist außerdem, wie in 4(a) gezeigt ist, der zu detektierende Abschnitt 52 innerhalb der Ventilbohrung 11 positioniert und durch den transparenten Abschnitt 51a nicht sichtbar, da er nicht in das Innere des transparenten Abschnitts 51a eingesetzt ist. Dementsprechend kann visuell bestätigt werden, dass der Schieber 12 in der ersten Schaltposition steht.
-
Wenn andererseits das Vorsteuerventil 4 wie in 3 eingeschaltet ist und der Schieber 12 an der zweiten Schaltposition steht, so wird, wie in 4(b) gezeigt ist, der zu detektierende Abschnitt 52 in das Innere des transparenten Abschnitts 51a eingesetzt und ist durch den transparenten Abschnitt 51a sichtbar. Dementsprechend kann visuell bestätigt werden, dass der Schieber 12 an der zweiten Schaltposition steht.
-
Die 5(a) und 5(b) zeigen einen wesentlichen Abschnitt einer zweiten Modifikation des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Modifikation ist eine Positionsdetektionsvorrichtung 55 zur Erfassung der Schaltposition des Schiebers 12 in dem Schieberventil 1A vorgesehen.
-
Bei der Positionsdetektionsvorrichtung 55 ist ein Umschaltventil 57, das über einen Druckknopf 57a ein-und ausgeschaltet wird, an einer Klammer 56, die an dem zweiten Ende 10b des Ventilkörpers 10 angebracht ist, befestigt. Der Druckknopf oder Schalter 57a des Umschaltventils 57 ist so angeordnet, dass er einem halbkugelförmigen Druckabschnitt 58 des Endabschnitts des Schiebers 12 gegenüberliegt.
-
Wenn das Vorsteuerventil 4 wie in 1 ausgeschaltet ist und der Schieber 12 an der ersten Schaltposition steht, wird außerdem, wie in 5(a) gezeigt ist, der Druckknopf 57a durch den Pressabschnitt 58 des Schiebers 12 nicht gedrückt. Dementsprechend ist das Umschaltventil 57 in einem Aus-Zustand und von dem Umschaltventil 57 wird kein Positionsdetektionssignal ausgegeben.
-
Wenn andererseits das Vorsteuerventil 4 wie in 3 eingeschaltet ist und der Schieber 12 an der zweiten Schaltposition steht, so wird der Druckknopf 57a wie in 5(b) gezeigt durch den Pressabschnitt 58 des Schiebers 12 gedrückt und verschoben. Dementsprechend wird das Umschaltventil 57 eingeschaltet und von dem Umschaltventil 57 wird ein Positionsdetektionssignal an eine Steuervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) ausgegeben.
-
6 zeigt eine zweite Ausführungsform des elektromagnetbetätigten vorgesteuerten Schieberventils gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Schieberventil 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass das Schieberventil 1 B ein doppelt wirkendes vorgesteuertes Schieberventil mit zwei Vorsteuerventilen ist. Mit anderen Worten umfasst das Schieberventil 1B gemäß der zweiten Ausführungsform einen Vorsteuerventilabschnitt sowohl an der Seite des ersten Endes 10a als auch an der Seite des zweiten Endes 10b des Ventilkörpers 10 des Hauptventilabschnitts 2.
-
Ein erster Vorsteuerventilabschnitt 3a, der an der Seite des ersten Endes 10a des Ventilkörpers 10 vorgesehen ist, und ein zweiter Vorsteuerventilabschnitt 3b, der an der Seite des zweiten Endes 10b vorgesehen ist, sind einander gegenüberliegend an den linken und rechten Seiten angeordnet. Der erste Vorsteuerventilabschnitt 3a und der zweite Vorsteuerventilabschnitt 3b haben im Wesentlichen den gleichen Aufbau und auch im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Vorsteuerventilabschnitt 3 des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
-
Außerdem ist der Hauptventilabschnitt 2 in gleicher Weise aufgebaut wie der Hauptventilabschnitt 2 des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform bis auf die Tatsache, dass der Vorsteuerdurchgang 15 so in dem Schieber 12 ausgebildet ist, dass er den Schieber 12 in der Richtung der L-Achse durchtritt.
-
Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden dementsprechend in 6 die Hauptkomponenten des Hauptventilabschnitts 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die entsprechenden Elemente des Hauptventilabschnitts 2 des Schieberventils 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Die Hauptkomponenten des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a werden um den Index „a“ ergänzt, während die Hauptkomponenten des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b um den Index „b“ ergänzt werden. Ansonsten werden, wie gesagt, die gleichen Bezugszeichen wie bei dem Vorsteuerventilabschnitt 3 des Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform verwendet, und auf die erneute detaillierte Beschreibung dieses Aufbaus wird hier verzichtet.
-
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Schieberventils 1B gemäß der zweiten Ausführungsform, das den oben beschriebenen Aufbau hat, erläutert. 6 zeigt einen Schaltzustand, in dem ein Vorsteuerventil 4a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a ausgeschaltet ist und in dem ein Vorsteuerventil 4b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b eingeschaltet ist.
-
Hierbei werden bei dem ersten Vorsteuerventilabschnitt 3a mit dem Vorsteuerventil 4a ein erster Verbindungsdurchgangsabschnitt 37a und ein zweiter Verbindungsdurchgangsabschnitt 38a eines Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgangs 36a blockiert und der zweite Verbindungsdurchgangsabschnitt 38a wird zur Umgebung geöffnet, so dass die Vorsteuerluft einer ersten Druckaufnahmekammer 29a in die Umgebung abgeführt wird.
-
Dagegen stehen bei dem zweiten Vorsteuerventilabschnitt 3b ein erster Verbindungsdurchgangsabschnitt 37b und ein zweiter Verbindungsdurchgangsabschnitt 38b eines Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgangs 36b miteinander in Verbindung. Dementsprechend wird Vorsteuerluft durch den Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgang 36b einer ersten Druckaufnahmekammer 29b zugeführt, so dass der Druck der Vorsteuerluft auf eine erste Druckaufnahmeoberfläche 31 b eines Vorsteuerkolbens 22b wirkt.
-
Obwohl die Vorsteuerluft von dem Eingangsanschluss P durch den Vorsteuerdurchgang 15 immer einer zweiten Druckaufnahmekammer 30a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a und einer zweiten Druckaufnahmekammer 30b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b zugeführt wird und die Luftdrücke auf zweite Druckaufnahmeoberflächen 32a und 32b von Vorsteuerkolben 22a und 22b in einander entgegengesetzten Richtungen wirken, werden die Kräfte, die jeweils auf die Vorsteuerkolben 22a und 22b in zueinander entgegengesetzten Richtung wirken, miteinander im Gleichgewicht stehen, weil die beiden Vorsteuerkolben 22a und 22b jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen und die Druckaufnahmeflächen der zweiten Druckaufnahmeoberflächen 32a und 32b gleich groß sind. Außerdem werden auch die wirkenden Kräfte, die auf Schieberdruckaufnahmeoberflächen 33a und 33b an beiden Enden des Schiebers 12 in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirken, ebenfalls miteinander ins Gleichgewicht gebracht.
-
Dementsprechend wird der Schieber 12 über den Vorsteuerkolben 22b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b nach links gedrückt, so dass er in der Zeichnung die erste Schaltposition einnimmt.
-
Zu dieser Zeit stehen in dem Hauptventilabschnitt 2 der Eingangsanschluss P und der zweite Ausgangsanschluss A2 in Verbindung miteinander, und der erste Ausgangsanschluss A1 und der erste Auslassanschluss R1 stehen in Verbindung miteinander, während der zweite Auslassanschluss R2 blockiert ist.
-
Wenn ausgehend von diesem Zustand das Vorsteuerventil 4a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a eingeschaltet wird und das Vorsteuerventil 4b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b ausgeschaltet wird, wird die Vorsteuerluft in der ersten Druckaufnahmekammer 29b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b zur Umgebung abgeführt und die Vorsteuerluft wird der ersten Druckaufnahmekammer 29a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a zugeführt. Dementsprechend wird der Schieber 12 in 6 mit dem Vorsteuerkolben 22a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a nach rechts gedrückt und in die zweite Schwenkposition umgeschaltet, die der von 6 entgegengesetzt ist.
-
Zu dieser Zeit stehen in dem Hauptventilabschnitt 2 der Eingangsanschluss P und der erste Ausgangsanschluss A1 miteinander in Verbindung, der zweite Ausgangsanschluss A2 und der zweite Auslassanschluss R2 stehen miteinander in Verbindung, und der erste Auslassanschluss R1 ist blockiert.
-
Wie in 6 dargestellt ist, behält außerdem in einem Zustand, in welchem das Vorsteuerventil 4a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a ausgeschaltet und das Vorsteuerventil 4b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b eingeschaltet ist, während der Schieber 12 die erste Schaltposition einnimmt, der Schieber 12 die erste Schaltposition ohne irgendeine Änderung bei, wenn das Vorsteuerventil 4b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b ausgeschaltet wird. In ähnlicher Weise behält der Schieber 12 in einem Zustand, in dem das Vorsteuerventil 4a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a eingeschaltet und das Vorsteuerventil 4b des zweiten Vorsteuerventilabschnitts 3b ausgeschaltet ist, während der Schieber 12 die zweite Schaltposition einnimmt, die zweite Schaltposition ohne Änderung bei, wenn das Vorsteuerventil 4a des ersten Vorsteuerventilabschnitts 3a ausgeschaltet wird.
-
Da auch bei der zweiten Ausführungsform keine Notwendigkeit besteht, den Vorsteuerdurchgang 15 innerhalb des Ventilkörpers 10 des Hauptventilabschnitts 2 auszubilden, wird die Verteilung des Strömungsdurchgangs erleichtert und der innere Aufbau des Ventilkörpers 10 wird vereinfacht. Dementsprechend lassen sich das Design und die Herstellung des Ventilkörpers 10 vereinfachen.
-
Man beachte, dass bei dem einzeln betätigten vorgesteuerten Schieberventil 1A gemäß der ersten Ausführungsform der Vorsteuerkolben 22 als ein von dem Schieber 12 getrennter Körper ausgebildet und einstückig mit dem Schieber 12 gekoppelt ist. Der Schieber 12 und der Vorsteuerkolben 22 können aber auch einstückig aus einem einzigen Material hergestellt sein. In einem solchen Fall kann der immer offene Verbindungsdurchgang 35, welcher den Vorsteuerdurchgang 15 innerhalb des Schiebers 12 mit der zweiten Druckaufnahmekammer 30 verbindet, durch eine Durchgangsöffnung gebildet werden, die in Verbindung mit der zweiten Druckaufnahmekammer 30 steht und sich zu einem Außenumfang des Schiebers 12 oder des Vorsteuerkolbens 22 an einem Übergangsbereich zwischen dem Schieber 12 und dem Vorsteuerkolben 22 öffnet.
-
In dem Fall, dass das doppelt wirkende vorgesteuerte Schieberventil 1B gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, können ebenfalls ein Vorsteuerkolben 22a und der Schieber 12 einstückig aus einem einzigen Material hergestellt sein, während der andere Vorsteuerkolben 22b als ein von dem Schieber 12 getrennter Körper ausgebildet sein kann, der mit dem Schieber 12 gekoppelt ist.
-
Obwohl in den Zeichnungen jeweils Ausführungsformen von Fünf-Wege-Schieberventilen dargestellt sind, kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch bei Schieberventilen mit anderen Anschlusszahlen eingesetzt werden, beispielsweise einem Drei-Wege-Ventil, einem Vier-Wege-Ventil und dergleichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1A, 1B
- Schieberventil
- 2
- Hauptventilabschnitt
- 3
- Vorsteuerventilabschnitt
- 4
- Vorsteuerventil
- 10
- Ventilkörper
- 10a
- erstes Ende
- 10b
- zweites Ende
- 11
- Ventilbohrung
- 12
- Schieber
- 15
- Vorsteuerdurchgang
- 20, 20a, 20b
- Kolbengehäuse
- 21, 21 a, 21b
- Kolbenkammer
- 22, 22a, 22b
- Vorsteuerkolben
- 26
- Lücke
- 28
- Kolbendichtung
- 29, 29a, 29b
- erste Druckaufnahmekammer
- 30, 30a, 30b
- zweite Druckaufnahmekammer
- 35, 35a, 35b
- immer offener Verbindungsdurchgang
- 36, 36a, 36b
- Öffnungs-/Schließverbindungsdurchgang
- P
- Eingangsanschluss
- A1, A2
- Ausgangsanschluss
- R1, R2
- Auslassanschluss
- L
- Achse
