-
Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluides, mit einem in einem Ventilgehäuse zur Ermöglichung einer hin- und hergehenden Hubbewegung linear verschiebbar geführten Ventilglied, das einen Verschlusskörper aufweist, der einem eine Kanalöffnung eines Ventilkanals umrahmenden Ventilsitz gegenüberliegt und bei der Hubbewegung zwischen einer an dem Ventilsitz anliegenden Schließstellung und mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen Offenstellung bewegbar ist, wobei das Ventilglied mindestens ein eine Endstück-Längsachse aufweisendes axiales Endstück aufweist, das an einem sich axial daran anschließenden, eine Stangenkörper-Längsachse aufweisenden Stangenkörper befestigt ist, wobei das axiale Endstück bezüglich dem Stangenkörper allseits begrenzt verkippbar und dadurch der zwischen der Endstück-Längsachse und der Stangenkörper-Längsachse vorhandene Winkel veränderbar ist
-
Ein aus der
DE 10 2008 009 714 A1 bekanntes Gasventil dieser Art verfügt über ein längliches Ventilglied mit einem Stangenkörper und einem schwenkbeweglich daran angebrachten Endstück, das einen tellerförmigen Verschlusskörper bildet, der einem Ventilsitz axial gegenüberliegt. Das Ventilglied kann eine hin- und hergehende Hubbewegung ausführen, um den Verschlusskörper wahlweise in einer an dem Ventilsitz anliegenden Schließstellung oder in mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen Offenstellung zu positionieren. Die Schwenkbarkeit ermöglicht es dem Verschlusskörper, sich bezüglich des Stangenkörpers allseits begrenzt zu verkippen, so dass er sich in der Schließstellung stets plan an den Ventilsitz anlegen kann. Ein mit der Kippbarkeit des Verschlusskörpers einhergehendes axiales Spiel zwischen dem Verschlusskörper und dem Stangenkörper beeinträchtigt allerdings die exakte axiale Positionierbarkeit des von einem Endstück des Ventilgliedes gebildeten Verschlusskörpers.
-
Aus der
DE 11 97 294 B ist eine Ventilarmatur bekannt, bei der ein eine gewölbte Außenfläche aufweisendes Verschlussteil über zwei jeweils ein Kugelgelenk definierende Flächenpaare in verkippbarer Weise an einem Trägerteil gelagert ist. Um die relative Beweglichkeit zu erhalten, ist das Verschlussteil an das Trägerteil mit sanfter Reibung ohne Spiel dosiert angedrückt.
-
Die
DE 847 238 B offenbart ein Regelventil, dessen Ventilglied einen Ventilkegel aufweist, der mit einem axial beweglichen Ventilsitz zusammenarbeitet.
-
Die
AT 285 265 B beschreibt ein Absperrventil mit einem Ventilglied, das einen Tauchkolben aufweist, der zwei Kolbenteile enthält, die als elastisch verformbare Teile ausgebildet sind.
-
In der
DE 27 53 018 A1 ist eine elektromagnetische Zündsicherung offenbart, die einen Ventilteller aufweist, der an einem kugelförmigen Endabschnitt einer Abtriebsstange befestigt ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um ungeachtet von Fertigungstoleranzen eine exakte Positionierung des Ventilglieds einschließlich einer zuverlässig abdichtenden Schließstellung zu ermöglichen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangsgenannten Merkmalen vorgesehen, dass das Endstück koaxial von einer Befestigungsbohrung durchsetzt ist und mittels eines diese Befestigungsbohrung von der dem Stangenkörper axial entgegengesetzten Außenseite her mit radialem Spiel koaxial durchsetzenden und mit einem Befestigungsschaft stirnseitig in den Stangenkörper eingreifenden Befestigungselementes axial mit dem Stangenkörper verspannt ist, wobei axial zwischen dem Endstück und dem diesbezüglich axial beabstandeten Stangenkörper ein gummielastisches Ringelement eingespannt ist und sich das Endstück mit einer von dem Stangenkörper wegweisenden ringförmigen Gegenabstützfläche axial an einer dem Stangenkörper zugewandten, nach Art einer Kugelzone gestalteten Abstützfläche des Befestigungselements abstützt.
-
Bevorzugt ist der Verschlusskörper von einem an einem axialen Endbereich des Ventilgliedes angeordneten Endstück gebildet, das mittels eines Befestigungselementes in der vorgenannten Art und Weise an dem sich daran anschließenden Stangenkörper fixiert ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein kippbar am Stangenkörper angebrachtes Endstück von einem Antriebskolben gebildet sein, der mit einem Betätigungsfluid beaufschlagbar ist, um die Hubbewegung des Ventilgliedes zu erzeugen. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Ventilglied über einen Stangenkörper verfügt, der an beiden axialen Endbereichen mit je einem in der geschilderten Weise kippbar fixierten Endstück ausgestattet ist, wobei das eine dieser Endstücke den Verschlusskörper und das andere Endstück den Antriebskolben bildet. Die erfindungsgemäße Befestigung des mindestens einen Endstückes an dem sich axial daran anschließenden Stangenkörper definiert quasi eine kardanische Aufhängung des Endstückes mit allseitig möglicher begrenzter Kippbarkeit, so dass sich Stangenkörper und Endstück relativ zueinander ausrichten können, wenn sie gleichzeitig mit unterschiedlichen Flächen kooperieren, die nicht mit der erforderlichen Genauigkeit aufeinander abgestimmt sind. Dies gilt insbesondere für Fälle, in denen das Ventilglied mit seinem Stangenkörper linear verschiebbar im Ventilgehäuse des Ventils geführt ist und der von einem Endstück gebildete Verschlusskörper mit einem Ventilsitz zu kooperieren hat, der aufgrund von Fluchtungsfehlern oder sonstigen Fertigungstoleranzen nicht exakt in einer zur Hubrichtung rechtwinkligen Ebene ausgerichtet ist, auch weil er beispielsweise an einem eigenständigen Ventilsitzkörper angeordnet ist, der ein bezüglich des Ventilgehäuses separates Bauteil ist. Das Endstück ist mittels des Befestigungselementes unter Zwischenfügung des gummielastischen Ringelementes spielfrei mit dem Stangenkörper verspannt, so dass im Rahmen der Hubbewegung eine exakte Positionierung des Verschlusskörpers möglich ist. Dadurch, dass das Endstück an der nach Art einer Kugelzone, also nach Art der Mantelfläche einer Kugelschicht gestalteten Abstützfläche des Befestigungselementes axial anliegt und ferner bedingt dadurch, dass das Befestigungselement das Endstück mit radialem Spiel durchsetzt, ist mit einfachen Mitteln eine allseitige Kippbarkeit bzw. Schwenkbarkeit des Endstückes bezüglich des Stangenkörpers gewährleistet.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Das Befestigungselement könnte beispielsweise durch eine Einpressbefestigung im Stangenkörper fixiert sein. Als vorteilhafter wird es jedoch angesehen, wenn es sich bei dem Befestigungselement um eine Befestigungsschraube handelt, deren Befestigungsschaft als Gewindeschaft ausgebildet und mit einem Außengewinde versehen ist und die mit diesem Befestigungsschaft koaxial von der Stirnseite her in den Stangenkörper eingeschraubt ist. Der Zusammenbau des Ventilgliedes ist auf diese Weise besonders einfach.
-
Die als Abschnitt einer Kugelmantelfläche gestaltete Abstützfläche ist bei einer Ausbildung des Befestigungselementes als Befestigungsschraube vorzugsweise am Schraubenkopf der Befestigungsschraube ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Befestigungselementes.
-
Zweckmäßigerweise taucht der Schraubenkopf der Befestigungsschraube axial in das Endstück ein, wobei er insbesondere vollständig in dem Endstück versenkt ist. Auf diese Weise kann das Verschlussglied mit einer relativ kurzen Baulänge ausgeführt werden und das Befestigungselement wirkt sich nicht störend auf die Funktion des Ventilgliedes aus.
-
Die an der Abstützfläche des Befestigungselementes anliegende und aufgrund des zwischen dem Endstück und dem Stangenkörper eingespannten gummielastischen Ringelementes mit der Abstützfläche des Befestigungselementes verspannte Gegenabstützfläche des Endstücks ist zweckmäßigerweise von einem ringförmigen Abschnitt der Wandfläche der das Endstück durchsetzenden Befestigungsbohrung gebildet. Bevorzugt befindet sich die Gegenabstützfläche in einem abgestuften Übergangsbereich zwischen einem dem Stangenkörper zugeordneten inneren Bohrungsabschnitt und einem diesbezüglich einen größeren Durchmesser aufweisenden äußeren Bohrungsabschnitt der Befestigungsbohrung, wobei der innere Bohrungsabschnitt zur Gewährleistung der Schwenkbeweglichkeit des Endstücks mit radialem Spiel vom Befestigungsschaft des Befestigungselementes durchsetzt ist.
-
Bevorzugt ist die Gegenabstützfläche Bestandteil eines sich axial nach außen hin konisch erweiternden Wandflächenabschnittes des äußeren Bohrungsabschnittes. Die Gegenabstützfläche ist insbesondere von demjenigen Bereich des sich konisch erweiternden Wandflächenabschnittes gebildet, an dem sich unmittelbar der bezüglich des äußeren Bohrungsabschnittes einen kleineren Durchmesser aufweisende innere Bohrungsabschnitt der Befestigungsbohrung anschließt.
-
Das gummielastische Ringelement ist zweckmäßigerweise ein bezüglich des Stangenkörpers und des Endstückes gesondertes Bauteil, wobei es sich bei ihm insbesondere um einen aus einem Elastomermaterial bestehenden O-Ring handelt. Dieser O-Ring kann beim Zusammenbau des Ventilglieds einfach zwischen die Stirnfläche des Stangenkörpers und die dem Stangenkörper zugewandte Stirnfläche des Endstücks eingelegt werden.
-
Vorzugsweise ist die axiale Einbautiefe des Befestigungselementes bezüglich des Stangenkörpers durch Anschlagmittel begrenzt und fest vorgegeben. Insbesondere verfügt das Befestigungselement über eine dem Stangenkörper zugewandte ringförmige Anschlagfläche, mit der es im montierten Zustand axial stirnseitig an dem Stangenkörper anliegt, insbesondere an der dem Endstück zugewandten Stirnfläche des Stangenkörpers. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das zwischen dem Endstück und dem Stangenkörper eingegliederte Ringelement mit einer definierten Vorspannung axial gepresst ist und gleichzeitig kein Kontakt zwischen dem Endstück und dem Stangenkörper existiert, der die Kippbeweglichkeit des Endstückes beeinträchtigen könnte.
-
Vorzugsweise verfügen der Stangenkörper und das Endstück an den einander zugewandten Stirnseiten über je eine ringförmige axiale Zentriervertiefung, in die das Ringelement mit jeweils einem Teil seiner axialen Höhe eintaucht.
-
Das Ventil ist zur Steuerung der Strömung eines Fluides ausgebildet, wobei als zu steuerndes Fluid insbesondere Druckluft zur Anwendung gelangt. Die Art des Ventils ist prinzipiell beliebig, wobei allerdings, was das Zusammenwirken des Verschlusskörpers und des Ventilsitzes anbelangt, eine Sitzventilkonstellation vorliegt. Das Ventil kann beispielsweise ein 2/2-Wegeventil sein. Als besonders vorteilhaft äußert sich die erfindungsgemäße Gestaltung allerdings im Zusammenhang mit einem als Druckregelventil ausgebildeten Ventil, bei dem das Ventilglied mit dem Stangenkörper im Ventilgehäuse linear verschiebbar geführt ist und bei dem der von einem Endstück des Ventilgliedes gebildete Verschlusskörper mit einem Ventilsitz kooperiert, der Bestandteil eines bezüglich des Ventilgehäuses gesonderten Ventilsitzkörpers ist, der zweckmäßigerweise eine axiale Beweglichkeit in der Achsrichtung der Hubbewegung des Ventilgliedes aufweist.
-
Die durch die erfindungsgemäße Befestigung des Endstückes gewährleistete Kippbeweglichkeit des Endstückes beläuft sich zweckmäßigerweise auf einen Winkelbereich von maximal 2°, ausgehend von der idealen Koaxiallage zwischen der Endstück-Längsachse und der Stangenkörper-Längsachse. Ausgehend von dieser Ideallage kann das Endstück allseits um eine zu der Stangenkörper-Längsachse rechtwinklige Kippachse verkippt werden, wobei diese Kippachse insbesondere beliebig in einer zu der Stangenkörper-Längsachse parallelen Ebene ausgerichtet ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im Längsschnitt,
-
2 im Längsschnitt eine vergrößerte Einzeldarstellung des Ventilgliedes des in 1 illustrierten Ventils, wobei ein Zustand mit idealer koaxialer Ausrichtung der Ventilgliedkomponenten gezeigt ist, und
-
3 das Ventilglied aus 2 im relativ zu dem Stangenkörper verkippten Zustand zweier auf die gleiche Weise an dem Stangenkörper verkippbar fixierter Endstücke.
-
Das in einer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventil verfügt über ein Ventilgehäuse 2 und ein in dem Ventilgehäuse 2 angeordnetes Ventilglied 3, das auch nochmals einzeln in 2 und 3 abgebildet ist.
-
Das Ventilglied 3 hat eine Längsgestalt mit einer Längsachse 4 und ist in dem Ventilgehäuse 2 relativ zu dem Ventilgehäuse 2 in Achsrichtung seiner Längsachse 4 linear verschiebbar angeordnet. Die hierbei vom Ventilglied 3 ausführbare Linearbewegung sei im Folgenden als Hubbewegung 5 bezeichnet und ist in 1 durch einen Doppelpfeil kenntlich gemacht. Im Rahmen der Hubbewegung 5 kann das Ventilglied 3 axial hin und her bewegt werden.
-
Das Ventilglied 3 setzt sich aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten zusammen. Eine dieser Komponenten ist stangenförmig ausgebildet und wird als Stangenkörper 6 bezeichnet, wobei dieser Stangenkörper 6 eine zur besseren Unterscheidung als Stangenkörper-Längsachse 7 bezeichnete Längsachse hat. Exemplarisch besteht der Stangenkörper 6 aus Vollmaterial, er kann allerdings auch als Hohlkörper ausgeführt sein.
-
Der Stangenkörper 6 hat zwei einander entgegengesetzt orientierte erste und zweite Stirnflächen 8a, 8b, denen jeweils mit axialem Abstand eines von zwei Endstücken des Ventilgliedes 3 vorgelagert ist, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als der ersten Stirnfläche 8a zugeordnetes erstes Endstück 12 und als der zweiten Stirnfläche 8b zugeordnetes zweites Endstück 13 bezeichnet werden. Jedes Endstück 12, 13 hat eine Längsachse 41, die zur besseren Unterscheidung als Endstück-Längsachse 14 bezeichnet sei.
-
Im Idealzustand des Ventilgliedes 3, der in 2 illustriert ist, sind die Stangenkörper-Längsachse 7 und die Endstück-Längsachse 14 koaxial zueinander ausgerichtet, fallen also zusammen. Sie liegen dann mit gleicher Orientierung auf der Längsachse 4 des Ventilgliedes 3. Ist das Ventilglied 3 nicht in das Ventilgehäuse 2 eingesetzt, nimmt es den Idealzustand ein.
-
Jedes Endstück 12, 13 ist mittels eines eigenen, eine Längsgestalt aufweisenden Befestigungselementes 15 am Stangenkörper 6 befestigt. Die Befestigung der beiden Endstücke 12, 13 am Stangenkörper 6 erfolgt unabhängig voneinander. Durch diese Befestigungsmaßnahmen sind der Stangenkörper 6 und die beiden Endstücke 12, 13 zu einer das Ventilglied 3 repräsentierenden Baueinheit zusammengefasst.
-
Das erste Endstück 12 bildet beim Ausführungsbeispiel einen Verschlusskörper 16 des Ventilgliedes 3, der sich an einem ersten axialen Endbereich 17 des Ventilgliedes 3 befindet.
-
Das zweite Endstück 13 bildet einen dem dem ersten axialen Endbereich 17 entgegengesetzten zweiten axialen Endbereich des Ventilgliedes 3 zugeordneten Antriebskolben 18. Er ist zur axialen Fluidbeaufschlagung vorgesehen, um die Hubbewegung 5 des Ventilgliedes 3 zu erzeugen und das Ventilglied 3 relativ zum Ventilgehäuse 2 in seiner Längsrichtung zu positionieren.
-
In dem Ventilgehäuse 2 ist ein Hohlraum 22 ausgebildet, der das Ventilglied 3 aufnimmt. Dieser Hohlraum 22 setzt sich zusammen aus einer Ventilkammer 23, einer diesbezüglich in Achsrichtung der Längsachse 4 beabstandeten Antriebskammer 24 und einer sich axial zwischen der Ventilkammer 23 und der Antriebskammer 24 erstreckenden Durchgangsöffnung 25. Der Stangenkörper 6 erstreckt sich koaxial durch die Durchgangsöffnung 25 hindurch, wobei der Verschlusskörper 16 in der Ventilkammer 23 und der Antriebskolben 18 in der Antriebskammer 24 angeordnet sind.
-
Der Stangenkörper 6 ist in der Durchgangsöffnung 25 radial abgestützt und dadurch linear verschiebbar geführt. Exemplarisch ist zu diesem Zweck die Durchgangsöffnung 25 mit einem hülsenförmigen Gleitlagerelement 26 ausgekleidet, das den Stangenkörper 6 umschließt und bezüglich dem das Ventilglied 3 axial verschiebbar ist. Alternativ kann der Stangenkörper 6 auch unmittelbar von dem die Durchgangsöffnung 25 definierenden Wandabschnitt des Ventilgehäuses 2 unter Bildung eines Gleitlagers umschlossen sein.
-
Der Verschlusskörper 16 weist an seiner dem Stangenkörper 6 axial abgewandten äußeren Stirnseite 27 eine ringförmige, vorzugsweise als Dichtkante ausgebildete Dichtfläche auf, die als Ventilkörper-Dichtfläche 28 bezeichnet sei. Dieser Ventilkörper-Dichtfläche 28 liegt axial ein ringförmiger Ventilsitz 32 gegenüber, der eine Kanalöffnung 33 eines ersten Ventilkanals 34 umrahmt, der zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses 2 ausmündet und beim Ausführungsbeispiel ein mit der Atmosphäre kommunizierender Entlüftungskanal ist.
-
Im Rahmen der Hubbewegung 5 kann das Ventilglied 3 wahlweise in einer unter Abdichtung an dem Ventilsitz 32 anliegenden Schließstellung oder in mindestens einer von dem Ventilsitz 32 abgehobenen Offenstellung positioniert werden. In der Schließstellung ist die Kanalöffnung 33 durch den Verschlusskörper 16 abgedeckt und folglich der erste Ventilkanal 34 von der Ventilkammer 23 fluiddicht abgetrennt. In den Offenstellungen ist die Kanalöffnung 33 freigegeben, so dass eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 34 und der Ventilkammer 23 vorliegt.
-
Die Ventilkammer 23 kommuniziert ständig und unabhängig von der Arbeitsposition des Ventilgliedes 3 mit einem zweiten Ventilkanal 35, der zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses 2 ausmündet und bei dem es sich exemplarisch um einen Arbeitskanal handelt, an den ein zu betätigender Verbraucher anschließbar ist, beispielsweise ein Pneumatikantrieb.
-
Die Wandung des Ventilgehäuses 2 ist zweckmäßigerweise auch noch von einem dritten Ventilkanal 36 durchsetzt, der beim Ausführungsbeispiel ein bei Nutzung des Ventils 1 mit einer externen Druckquelle verbundener Speisekanal ist und der in eine im Innern des Ventilgehäuses 2 ausgebildete Verbindungskammer 37 mündet, die sich an der der Durchgangsöffnung 25 entgegengesetzten Seite axial an die Ventilkammer 23 anschließt. Die Ventilkammer 23 und die Verbindungskammer 37 sind durch eine Überströmöffnung 38 miteinander verbunden, die von einem gehäusefesten weiteren Ventilsitz 42 umrahmt ist, der dem weiter oben erwähnten, die Kanalöffnung 33 umschließenden Ventilsitz 32 zugewandt ist. Dieser Ventilsitz 32 ist an dem in die Verbindungskammer 37 hineinragenden Kopfabschnitt 41 eines bezüglich des Ventilgehäuses 2 gesonderten Ventilsitzkörpers 43 ausgebildet, der im Ventilgehäuse 2 in Achsrichtung der Längsachse 4 unter Abdichtung verschiebbar geführt gelagert ist und der von dem ersten Ventilkanal 34 durchsetzt ist.
-
Eine zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Ventilsitzkörper 43 wirkende Federeinrichtung 44 beaufschlagt den Ventilsitzkörper 43 ständig im Sinne einer an dem gehäusefesten weiteren Ventilsitz 42 anliegenden Absperrstellung. In dieser Absperrstellung ist die Verbindung zwischen der Ventilkammer 23 und der Verbindungskammer 37 unterbrochen. Im Rahmen einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten, mit der Achsrichtung der Hubbewegung 5 zusammenfallenden Linearbewegung 45 kann der Ventilsitzkörper 43 zwischen der erwähnten Absperrstellung und mindestens einer von dem weiteren Ventilsitz 42 abgehobenen Offenstellung bewegt werden, wobei in jeder Offenstellung eine Fluidverbindung zwischen der Ventilkammer 23 und der Verbindungskammer 37 durch die Überströmöffnung 38 hindurch freigegeben ist.
-
In einem aus 1 gezeigten Betriebszustand nehmen das Ventilglied 3 die Schließstellung und gleichzeitig der Ventilsitzkörper 43 die Absperrstellung ein, so dass alle drei Ventilkanäle 34, 35, 36 voneinander abgetrennt sind.
-
Die momentane Arbeitsposition des Ventilgliedes 3, also dessen bezüglich des Ventilgehäuses 2 eingenommene axiale Relativposition, ist durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Antriebskolbens 18 beeinflussbar. Der Antriebskolben 18 ist unter Abdichtung gleitverschieblich in der Antriebskammer 24 angeordnet und unterteilt diese Antriebskammer 24 axial in einen sich an die Durchgangsöffnung 25 anschließenden ersten Antriebskammerabschnitt 46 und einen auf der entgegengesetzten Axialseite des Antriebskolbens 18 liegenden zweiten Antriebskammerabschnitt 47. Letzterer kommuniziert mit einem Steuerkanal 48, durch den hindurch ein Betätigungsfluid – insbesondere Druckluft – zuführbar und abführbar ist, um auf den Antriebskolben 18 und mithin auf das Ventilglied 3 eine Antriebskraft auszuüben, die bestrebt ist, den Antriebskolben 18 im Sinne einer Verringerung des Volumens des ersten Antriebskammerabschnittes 46 zu verschieben.
-
Ein bevorzugt im Ventilgehäuse 2 ausgebildeter Rückkopplungskanal 52 stellt eine ständig offene Fluidverbindung zwischen der Ventilkammer 23 und dem ersten Antriebskammerabschnitt 46 her, so dass in dem ersten Antriebskammerabschnitt 46 ständig der gleiche Druck herrscht wie in der Ventilkammer 23. Die daraus resultierende fluidische Stellkraft wirkt auf den Antriebskolben 18 im Sinne einer Vergrößerung des ersten Antriebskammerabschnittes 46 ein. Die Wirkrichtung dieser Stellkraft ist also entgegengesetzt zur Wirkrichtung der weiter oben erwähnten, aus dem Betätigungsfluid resultierenden Antriebskraft.
-
Auf diese Weise fungiert das Ventil 1 als ein Druckregelventil, das die Möglichkeit bietet, einen in der Ventilkammer 23 und folglich in dem zweiten Ventilkanal 35 herrschenden Arbeitsdruck eines über den dritten Ventilkanal 36 zugeführten Druckmediums, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt, auf einen konstanten Wert einzuregeln. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem in der Ventilkammer 23 herrschenden Arbeitsdruck, der über den Rückkopplungskanal 52 auch in dem ersten Antriebskammerabschnitt 46 anliegt, und dem in dem zweiten Antriebskammerabschnitt 47 mittels des Betätigungsfluides vorgegebenen Steuerdruck, kann das Ventilglied 3 im Betrieb des Ventils 1 eine hin- und hergehende Hubbewegung 5 ausführen, wobei die Ventilkammer 23 in Abhängigkeit von der jeweiligen Arbeitsposition des Ventilgliedes 3 entweder mit dem zweiten Ventilkanal 35 oder mit dem dritten Ventilkanal 36 verbunden ist und gleichzeitig von dem jeweils anderen Ventilkanal 36, 35 abgetrennt ist. Auch die bereits erwähnte, aus 1 ersichtliche Arbeitsposition mit sowohl verschlossener Kanalöffnung 33 als auch verschlossener Überströmöffnung 38 ist dabei möglich.
-
Um eine zuverlässige Funktion des Ventils 1 zu gewährleisten, sind in Bezug auf das Ventilglied 3 Maßnahmen getroffen, die gewährleisten, dass der Verschlusskörper 16 in der Schließstellung des Ventilgliedes 3 auch dann unter zuverlässiger Abdichtung plan an dem Ventilsitz 32 anliegt, wenn dieser Ventilsitz 32 in einer Ventilsitzebene 53 liegt, die nicht exakt rechtwinklig zu der Stangenkörper-Längsachse 7 ausgerichtet ist, deren Ausrichtung wiederum von der Ausrichtung der Durchgangsöffnung 25 abhängt.
-
Außerdem ist durch diese Maßnahmen sichergestellt, dass eventuelle Fluchtungsfehler zwischen der Längsachse der Antriebskammer 24 und der Längsachse der Durchgangsöffnung 25 kein Verklemmen des Ventilgliedes 3 im Ventilgehäuse 2 zur Folge haben.
-
Diese vorteilhaften Maßnahmen bestehen insbesondere in einer besonderen Art und Weise der Befestigung der beiden Endstücke 12, 13 an dem Stangenkörper 6, die im Folgenden näher erläutert wird. Ein wesentlicher Aspekt dieser Befestigungsweise besteht darin, dass die Endstücke 12, 13 die Möglichkeit haben, relativ zu dem Stangenkörper 6 allseits zu verkippen, wobei sich die Winkelausrichtung zwischen ihrer jeweiligen Endstück-Längsachse 14 und der Stangenkörper-Längsachse 7 verändert.
-
In einer Ideallage, die aus 2 hervorgeht, sind die Endstück-Längsachse 14 und die Stangenkörper-Längsachse 7 koaxial zueinander ausgerichtet. In jeder diesbezüglich verkippten Relativlage zwischen den Endstücken 12, 13 und dem Stangenkörper 6, die exemplarisch in 3 angedeutet ist, sind die beiden Endstücke 12, 13 um eine zu der Stangenkörper-Längsachse 7 rechtwinklige imaginäre Schwenkachse derart verschwenkt, dass zwischen der Stangenkörper-Längsachse 7 und jeder Endstück-Längsachse 14 ein Kippwinkel 55 vorliegt, der vorzugsweise maximal 2° beträgt. Die imaginäre Schwenkachse kann in einer zu der Stangenkörper-Längsachse 7 rechtwinkeligen Ebene jede beliebige Ausrichtung einnehmen.
-
Die beiden Endstücke 12, 13 sind unabhängig voneinander bezüglich des Stangenkörpers 6 verkippbar, so dass die beiderseitigen Kippwinkel 55 zu jeder Zeit unterschiedlich groß sein können oder auch ein Zustand vorliegen kann, bei dem nur eines der beiden Endstücke 12, 13 bezüglich dem Stangenkörper 6 verkippt ist, während das andere Endstück 13, 12 nicht verkippt ist und seine Endstück-Längsachse 14 weiterhin koaxial zu der Stangenkörper-Längsachse 7 ausgerichtet ist.
-
Der Kippwinkel 55 kann in alle radialen Richtungen auftreten. Es liegt also praktisch eine kardanische Aufhängung der Endstücke 12, 13 bezüglich des Stangenkörpers 6 vor, die eine allseitige begrenzte Verkippbarkeit jedes Endstückes 12, 13 bezüglich des Stangenkörpers 6 gestattet.
-
Die in diesem Zusammenhang bei den beiden Endstücken 12, 13 realisierten Befestigungsmaßnahmen sind identisch. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher auf die Befestigung beider Endstücke 12, 13, sofern im Einzelfall keine anderen Angaben gemacht werden.
-
An dieser Stelle sei allerdings erwähnt, dass das Ventilglied 3 auch mit nur einem einzigen Endstück 12 oder 13 ausgestattet sein kann, das über die geschilderte Kippbeweglichkeit 54 verfügt. Dies gilt insbesondere für Fälle, in denen zur Erzeugung der Hubbewegung 5 kein Antriebskolben 18 vorhanden ist bzw. benötigt wird. In diesem Fall verfügt das Ventilglied 3 zweckmäßigerweise nur über den Verschlusskörper 16 als bezüglich des Stangenkörpers 6 verkippbares Endstück 12.
-
Auch ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem der Verschlusskörper 16 unverkippbar mit dem Stangenkörper 6 verbunden ist und lediglich ein zur Erzeugung der Hubbewegung 5 vorhandener Antriebskolben 18 kippbeweglich am Stangenkörper 6 befestigt ist.
-
Jedes Endstück 12, 13 ist koaxial von einer Befestigungsbohrung 56 durchsetzt, die zweckmäßigerweise über einen in axialer Richtung abgestuften Längsverlauf hat. So hat die Befestigungsbohrung 56 bevorzugt einen inneren Bohrungsabschnitt 57, der in einem abgestuften Übergangsbereich 58 in einen äußeren Bohrungsabschnitt 59 übergeht, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des inneren Bohrungsabschnittes 57.
-
Der innere Bohrungsabschnitt 57 mündet zu einer dem Stangenkörper 6 zugewandten inneren axialen Stirnfläche 60 des Endstückes 12, 13 aus, die der zugewandten ersten bzw. zweiten Stirnfläche 8a, 8b des Stangenkörpers 6 mit Abstand gegenüberliegt. Zwischen der inneren axialen Stirnfläche 60 und jeder gegenüberliegenden Stirnfläche 8a, 8b des Stangenkörpers 6 befindet sich also zumindest in der unverkippten Ideallage der 2 ein Spalt 61, bei dem es sich insbesondere um einen zu der Stangenkörper-Längsachse 7 konzentrischen Ringspalt handelt.
-
Der äußere Bohrungsabschnitt 59 erstreckt sich ausgehend von dem Übergangsbereich 58 axial vom Stangenkörper 6 weg und mündet an einer der inneren axialen Stirnfläche 60 entgegengesetzten äußeren axialen Stirnfläche 64 des Endstückes 12, 13 aus. Bei dem Verschlusskörper 16 ist diese äußere axiale Stirnfläche 64 mit der äußeren Stirnseite 27 identisch.
-
Der äußere Bohrungsabschnitt 59 ist im Anschluss an den inneren Bohrungsabschnitt 57 mit sich konisch erweiterndem Querschnitt ausgebildet. Dieser sich konisch erweiternde Querschnitt ist dadurch definiert, dass die insgesamt mit Bezugsziffer 65 bezeichnete periphere Wandfläche der Befestigungsbohrung 56 einen sich schräg nach axial und radial außen konisch erweiternden Wandflächenabschnitt 65a aufweist. Dieser konische Wandflächenabschnitt 65a kann sich prinzipiell bis hin zu der äußeren axialen Stirnfläche 64 erstrecken, geht aber zweckmäßigerweise vorher in einen zylindrischen Wandflächenabschnitt 65b über, der einen zylindrischen Längenabschnitt des äußeren Bohrungsabschnittes 59 definiert, der abgestuft oder unabgestuft zu der äußeren axialen Stirnfläche 64 ausmündet.
-
Zwischen jede der beiden Stirnflächen 8a, 8b des Stangenkörpers 6 und die diesbezüglich gegenüberliegende innere axiale Stirnfläche 60 des zugeordneten Endstückes 12, 13 ist ein gummielastisches Ringelement 66 eingegliedert. Dieses ist insbesondere ein aus einem Elastomermaterial bestehender O-Ring. Damit dieses Ringelement 66 auch im Verformungsfall sicher fixiert ist, ist jede der vorgenannten Stirnflächen 8a, 8b, 60 zweckmäßigerweise mit einer ringförmigen axialen Zentriervertiefung 67 versehen, in die das Ringelement 66 partiell axial eintaucht. Das elastische Ringelement 66 überbrückt den zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen 8a, 8b; 60 vorhandenen Spalt 61.
-
In die Befestigungsbohrung 56 ist von der äußeren axialen Stirnfläche 64 her eines der schon erwähnten Befestigungselemente 15 eingesetzt, das die Befestigungsbohrung 56 mit radialem Spiel koaxial durchsetzt und mit einem an der inneren axialen Stirnfläche 60 herausragenden Befestigungsschaft 67 axial in den Stangenkörper 6 eingreift und in diesem Stangenkörper 6 befestigt ist.
-
Mittels des zugeordneten Befestigungselementes 15 ist das jeweilige Endstück 12, 13 unter elastischer Einspannung des zugeordneten Ringelements 66 axial mit dem Stangenkörper 6 verspannt.
-
Der ringförmige Übergangsbereich 58 zwischen den beiden Bohrungsabschnitten 57, 59, bei dem es sich um einen Abschnitt der Wandfläche 65 der Befestigungsbohrung 56 handelt, bildet eine axial von dem Stangenkörper 6 weg nach außen weisende ringförmige Gegenabstützfläche 68, an der das Befestigungselement 15 mit einer dem Stangenkörper 6 zugewandten ringförmigen Abstützfläche 69 anliegt. Eine Besonderheit dieser ringförmigen Abstützfläche 69 besteht darin, dass sie nach Art einer Kugelzone gestaltet ist, d. h. nach Art der kugelförmig gewölbten Außenfläche einer Kugelschicht. Als Kugelschicht wird ein Abschnitt einer Kugel verstanden, der durch zwei zueinander parallele, die Kugel durchsetzende Ebenen begrenzt ist.
-
Die Gegenabstützfläche 68 besteht zweckmäßigerweise unmittelbar von demjenigen Randbereich des konischen Wandflächenabschnittes 65a, der sich direkt an den im Durchmesser kleineren inneren Bohrungsabschnitt 57 anschließt.
-
Die Abstützfläche 69 ist Bestandteil eines Abstützabschnittes 70 des Befestigungselementes 15, dessen maximaler Durchmesser größer ist als derjenige des Befestigungsschaftes 67. Abgesehen von dem Kontaktbereich zwischen der Abstützfläche 69 und der Gegenabstützfläche 68 ist der Abstützabschnitt 70 zweckmäßigerweise mit radialem Abstand innerhalb des äußeren Bohrungsabschnittes 59 angeordnet. Der sich an den Abstützabschnitt 70 anschließende, sich innerhalb der Befestigungsbohrung 56 erstreckende äußere Längenabschnitt 74 des Befestigungsschaftes 67 ist im Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des inneren Bohrungsabschnittes 57, so dass jedes Endstück 12, 13 mit allseitigem radialen Spiel auf diesem äußeren Längenabschnitt 74 des Befestigungsschaftes 67 sitzt, was die Verkippbarkeit gewährleistet.
-
Das Befestigungselement 15 ist so weit in den Stangenkörper 6 eingesetzt, dass es mit seiner Abstützfläche 69 axial auf die Gegenabstützfläche 68 drückt und auf diese Weise das Endstück 12, 13 mit dem sich axial am Stangenkörper 6 abstützenden gummielastischen Ringelement 66 axial verspannt.
-
Um bei der Montage des Befestigungselements 15 ein zu weites Einführen in den Stangenkörper 6 und ein zu starkes Quetschen des Ringelementes 66 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Befestigungselement 15 eine dem Stangenkörper 6 zugewandte ringförmige Anschlagfläche 75 aufweist, mit der es im bezüglich des Stangenkörpers 6 befestigten Zustand axial an dem Stangenkörper 6 anliegt, vorzugsweise an der dem zugeordneten Endstück 12, 13 zugewandten Stirnfläche 8a, 8b.
-
Zur Fixierung des Befestigungselementes 15 ist der Stangenkörper 6 im Bereich jedes Endstückes 12, 13 mit einer koaxialen Fixierbohrung 76 versehen, die zu der Stirnfläche 8a, 8b ausmündet. Das Befestigungselement 15 kann beispielsweise ein gewindeloser Befestigungsbolzen sein, der mit seinem Befestigungsschaft 67 in die Fixierbohrung 76 eingepresst und/oder eingeklebt ist. Als besonders vorteilhaft wird es allerdings angesehen, wenn das Befestigungselement 15 als eine Befestigungsschraube 15a ausgebildet ist, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Hierbei ist der Befestigungsschaft 67 als ein Gewindeschaft gestaltet, der in dem in die Fixierbohrung 76 eingreifenden Längenabschnitt über ein Außengewinde 77 verfügt, das in ein Innengewinde 78 der Fixierbohrung 76 eingeschraubt ist.
-
Der Abstützabschnitt 70 ist in diesem Fall bevorzugt von einem Schraubenkopf 79 gebildet, der eine von axial außen her zugängliche Betätigungspartie 82 aufweist, an der sich ein zum Einschrauben der Befestigungsschraube 15a nutzbares Schraubwerkzeug ansetzen lässt.
-
Bevorzugt ist die Befestigungsschraube 15a in ihren Abmessungen derart auf das jeweils zugeordnete Endstück 12, 13 abgestimmt, dass sein Schraubenkopf 79 in das Endstück 12, 13 eintaucht und vorzugsweise vollständig in der Befestigungsbohrung 56 aufgenommen ist. Der einzige Kontaktbereich zwischen dem Schraubenkopf 79 und dem Endstück 12, 13 beschränkt sich auf den Kontaktbereich zwischen der Abstützfläche 69 und er Gegenabstützfläche 68.
-
Dadurch, dass die ringförmige, konische Gegenabstützfläche 68 an einer kugelzonenförmigen Abstützfläche 69 des Befestigungselementes 15 anliegt und außerdem das Endstück 12, 13 mit radialem Spiel vom Befestigungselement 15 durchsetzt ist, ist das jeweilige Endstück 12, 13 in der Lage, sich gemäß Pfeil 54 relativ zu dem Stangenkörper 6 zu verkippen bzw. zu verschwenken wenn es durch ein Kippmoment beaufschlagt ist.
-
Im verkippten Zustand weist die Endstück-Längsachse 14 einen geringfügigen Kippwinkel 55 bezüglich der Stangenkörper-Längsachse 7 auf, der in der Regel maximal 2° beträgt. Diese Schwenkmöglichkeit ist zwar relativ gering, reicht jedoch problemlos aus, um den Stangenkörper 6 und jedes Endstück 12, 13 abhängig von vorhandenen Fluchtungsfehlern in eine diese Fluchtungsfehler kompensierende, nicht koaxiale Relativposition zu bringen. Die Gummielastizität des Ringelements 66 ermöglicht es den Endstücken 12, 13, ihre Winkellage während der Hubbewegung 5 entsprechend den äußeren Zwängen dynamisch zu verändern. Auf diese Weise kann das Ventilglied 3 die Hubbewegung 5 ausführen, ohne durch Klemmungen beeinträchtigt zu werden. Außerdem ist ein als Verschlusskörper 16 ausgebildetes Endstück 12 in der Lage, sich aufgrund der Kippbeweglichkeit relativ zur Ventilsitzebene 53 des Ventilsitzes 32 flexibel exakt auszurichten, auch wenn dadurch die zugehörige Endstück-Längsachse 14 nicht mehr mit der Stangenkörper-Längsachse 7 zusammenfällt.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines als Druckregelventil ausgebildeten Ventils 1 erläutert. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventilgliedes 3 auch bei anderen Bauarten von Ventilen 1 möglich ist, insbesondere bei Schaltventilen und/oder bei Proportionalventilen beliebiger Art. Beispielsweise kann das Ventil 1 ein 2/2-Wegeventil oder ein 3/2-Wegeventil sein, entweder mit digitaler Schaltfunktion oder mit proportionalem Betriebsverhalten.
-
Aufgrund der Gummielastizität des Ringelements 66 stellt sich jedes Endstück 12, 13 automatisch wieder in die unverkippte Ideallage zurück, wenn auf das Endstück 12, 13 keine Kippmomente mehr einwirken. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein von einem Endstück 12 gebildeter Verschlusskörper 16 beim Umschalten zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung einer kontinuierlichen Kippbewegung bezüglich des Stangenkörpers 6 ausgesetzt sein kann.
