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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, mit mindestens einem Mehrwegeventil, das ein Hauptventil und ein zur Betätigung des Hauptventils dienendes Vorsteuerventil aufweist, wobei das Hauptventil ein wahlweise in einer ersten Schaltstellung oder in einer zweiten Schaltstellung positionierbares Hauptventilglied aufweist, das die Fluidverbindung zwischen mehreren Hauptventilkanälen steuern kann, unter denen sich ein im Betrieb der Ventilanordnung von einer Arbeits-Druckluftquelle mit Arbeits-Druckluft gespeister Hauptspeisekanal befindet, wobei das Hauptventilglied durch eine von Luftfeder-Druckluft gebildete Luftfeder ständig in Richtung der ersten Schaltstellung beaufschlagt ist und zum Umschalten in die zweite Schaltstellung mit Vorsteuer-Druckluft beaufschlagbar ist, die durch einen mittels des Vorsteuerventils steuerbaren und im Betrieb der Ventilanordnung unabhängig vom Hauptspeisekanal mit einer Vorsteuer-Druckluftquelle verbundenen Vorsteuerkanal bereitstellbar ist.
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Eine aus dem Datenblatt „Magnetventil VSVA-B-M52-AZD-A2-1T1L“, Seiten 1/2 und 2/2, 05.08.2016 der Festo AG & Co. KG bekannte Ventilanordnung dieser Art befasst sich mit einem vorgesteuerten monostabilen Mehrwegeventil, dessen Hauptventil ein durch eine Luftfeder ständig in eine erste Schaltstellung vorgespanntes Hauptventilglied aufweist. Durch die Betätigung eines Vorsteuerventils kann das Hauptventilglied mit einer Vorsteuer-Druckluft beaufschlagt und entgegen der Federkraft der Luftfeder in eine zweite Schaltstellung umgeschaltet werden. Die für die Erzeugung der Luftfeder verwendete, als Luftfeder-Druckluft bezeichenbare Druckluft wird aus einem Vorsteuerkanal des Vorsteuerventils abgezweigt. Das Hauptventil ist in der Lage, abhängig von seiner eingenommenen Schaltstellung einen mit einer Arbeits-Druckluft gespeisten Hauptspeisekanal wahlweise mit einem von zwei weiteren Hauptventilkanälen zu verbinden, um beispielsweise einen angeschlossenen pneumatischen Antrieb zu betätigen.
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Im Betrieb der Ventilanordnung wird dem Mehrwegeventil die Arbeits-Druckluft und die Vorsteuer-Druckluft separat voneinander zugeführt, was die Möglichkeit bietet, unterschiedliche Druckniveaus zu wählen und bei Bedarf das Vorsteuerventil druckmäßig abzuschalten, ohne die Druckluftversorgung des Hauptventils zu beeinträchtigen.
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Eine aus der
DE 10 2010 049 935 A1 bekannte Ventileinrichtung repräsentiert ebenfalls ein monostabiles Mehrwegeventil, bei dem das Hauptventilglied eines Hauptventils durch eine Luftfeder in eine erste Schaltstellung vorgespannt ist. Die für die Erzeugung der Luftfeder erforderliche Luftfeder-Druckluft wird direkt aus dem Hauptspeisekanal des Hauptventils abgezweigt, ebenso wie die für den Betrieb des Vorsteuerventils verwendete Vorsteuer-Druckluft.
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Eine aus der
DE 10 2013 016 652 A1 bekannte Ventilanordnung enthält mehrere elektro-pneumatisch vorgesteuerte Mehrwegeventile, die gemeinsam auf einem Ventilträger installiert sind. Zusätzlich zu den vorgesteuerten Mehrwegeventilen ist die bekannte Ventilanordnung mit einem Sicherheitsventil ausgestattet, das in der Lage ist, die den Vorsteuerventilen der Mehrwegeventile zuzuführende Vorsteuer-Druckluft bei Bedarf abzuschalten. Jedes Mehrwegeventil enthält zwei Vorsteuerventile, die auf der Grundlage der durch das Sicherheitsventil abschaltbaren Vorsteuer-Druckluft in der Lage sind, ein Hauptventilglied zur wahlweisen Positionierung in einer von zwei Schaltstellungen in der einen oder anderen Richtung zu beaufschlagen und zu bewegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die bei einer neuerlichen Inbetriebnahme eines vorsteuerseitig deaktivierten Mehrwegeventils unerwünschte Bewegungen eines angeschlossenen pneumatischen Antriebes verhindern können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Ventilanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die zur Bildung der Luftfeder dienende Luftfeder-Druckluft ohne eine Verbindung zum Vorsteuerkanal aus dem Hauptspeisekanal des Hauptventils abgezweigt ist.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung enthält mindestens ein monostabiles Mehrwegeventil, dessen Hauptventilglied durch eine Luftfeder in eine erste Schaltstellung vorgespannt ist. Die für die Bildung der Luftfeder erforderliche Druckluft, die als Luftfeder-Druckluft bezeichnet sei, wird aus dem Hauptspeisekanal des Hauptventils abgezweigt, der im Betrieb der Ventilanordnung mit einer externen Druckluftquelle verbunden ist, die zur besseren Unterscheidung als Arbeits-Druckluftquelle bezeichnet sei. Das Vorsteuerventil des Mehrwegeventils ist in der Lage, das Hauptventilglied des Hauptventils in bezüglich der Federkraft der Luftfeder entgegengesetzter Richtung mit einer Vorsteuer-Druckluft zu beaufschlagen, um das Hauptventilglied unter Überwindung der Federkraft der Luftfeder in eine zweite Schaltstellung umzuschalten und dort so lange wie gewünscht festzuhalten. Die Vorsteuer-Druckluft wird dem durch das Vorsteuerventil steuerbaren Vorsteuerkanal nicht durch Abzweigung aus dem Hauptspeisekanal des Hauptventils, sondern separat aus einer Vorsteuer-Druckluftquelle zugeführt. Dadurch besteht keine sich gegenseitig beeinflussende Verbindung zwischen der Luftfeder und dem Vorsteuerkanal. Fällt im Betrieb des Mehrwegeventils die Vorsteuer-Druckluft aus oder wird sie mit Absicht abgeschaltet, beeinflusst dies die Luftfederfunktion nicht. Es ist sogar so, dass das momentan aufgrund einer entsprechenden Betriebsstellung des Vorsteuerventils in der zweiten Schaltstellung gehaltene Hauptventilglied durch die Luftfeder in die erste Schaltstellung zurückgeschaltet wird, wenn die Vorsteuer-Druckluftquelle bewusst oder aufgrund eines Fehlers vom Vorsteuerkanal abgetrennt wird, während sich das Hauptventilglied in der zweiten Schaltstellung befindet. Somit nimmt das Hauptventilglied nach einem bewussten oder auf einer Störung basierenden Abschalten der Vorsteuer-Druckluft stets die erste Schaltstellung ein, was reproduzierbare Bedingungen beim Wiedereinschalten zur Folge hat. Ein an das Mehrwegeventil angeschlossener pneumatischer Antrieb kann folglich beim Wiedereinschalten der Vorsteuer-Druckluft keine unkontrollierten Bewegungen ausführen. Ein wesentlicher Sicherheitsaspekt der Ventilanordnung besteht somit darin, dass sich der Betriebszustand des Vorsteuerventils nicht auf die Existenz und Wirksamkeit der Luftfeder auswirkt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bevorzugt wird die für die Bildung der Luftfeder erforderliche Luftfeder-Druckluft innerhalb des Hauptventils aus dem Hauptspeisekanal abgezweigt. Dies ermöglicht eine sehr kurze Kanalführung und erlaubt eine kostengünstige Integration des erforderlichen Abzweigkanals in das Ventilgehäuse des Hauptventils.
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Das Ventilglied verfügt zweckmäßigerweise über zwei einander entgegengesetzt orientierte erste und zweite Antriebsflächen. Die erste Antriebsfläche begrenzt eine ständig mit dem Hauptspeisekanal verbundene, vom Vorsteuerkanal abgetrennte Luftfederkammer. Die zweite Antriebsfläche begrenzt eine mit dem Vorsteuerkanal verbundene Antriebskammer. Durch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der Antriebskammer mit Vorsteuer-Druckluft kann das Hauptventilglied nach Bedarf zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung umgeschaltet und in der gewünschten Schaltstellung festgehalten werden.
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Das Ventilglied ist bevorzugt axial verschiebbar in einem Arbeitsraum des Hauptventils aufgenommen, der über zwei einander entgegengesetzte Endabschnitte verfügt, deren einer die Luftfederkammer und deren anderer die Antriebskammer bildet.
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Die Luftfederkammer ist bevorzugt über einen keine Verbindung zum Vorsteuerkanal aufweisenden Abzweigkanal an den Hauptspeisekanal angeschlossen. Der Abzweigkanal verläuft beispielsweise in einem Ventilgehäuse des Hauptventils oder durchsetzt das Hauptventilglied.
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Das Vorsteuerventil ist insbesondere so ausgebildet, dass es den Vorsteuerkanal in einen mit der Antriebskammer verbundenen Vorsteuer-Antriebsabschnitt und in einen im Betrieb der Ventilanordnung mit der Vorsteuer-Druckluftquelle verbundenen Vorsteuer-Einspeiseabschnitt unterteilt. Das Vorsteuerventil kann je nach Betriebszustand die Fluidverbindung zwischen dem Vorsteuer-Einspeiseabschnitt und dem Vorsteuer-Antriebsabschnitt unterbrechen oder freigeben. Ist die Verbindung freigegeben, wird die Vorsteuer-Druckluft dem Hauptventilglied auferlegt, das folglich eine Antriebskraft erfährt, die der Luftfederkraft entgegenwirkt und das Hauptventilglied aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung umschaltet und dort festhält.
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Das Vorsteuerventil ist vorzugsweise mit einer 3/2-Ventilfunktion ausgestattet, wobei es den Vorsteuer-Antriebsabschnitt im vom Vorsteuer-Einspeiseabschnitt abgetrennten Zustand mit einem Vorsteuer-Entlüftungskanal verbindet, der mit der Atmosphäre kommuniziert. Dadurch kann die Antriebskammer entlüftet werden, um die auf das Hauptventilglied ausgeübte Antriebskraft zu entfernen und dadurch ein Umschalten des Hauptventilgliedes durch die Luftfederkraft in die erste Schaltstellung hervorzurufen.
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Es ist zweckmäßig, die die Luftfederkammer begrenzende erste Antriebsfläche des Hauptventilgliedes kleiner auszuführen als die die Antriebskammer begrenzende zweite Antriebsfläche. Dadurch kann selbst bei gleichem Druckniveau des dem Arbeitsdruck entsprechenden Luftfederdruckes und des Vorsteuerdruckes ohne zusätzliche Druckreduziermaßnahmen ein zuverlässiges Umschalten des Hauptventilgliedes aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und folglich eine zuverlässige monostabile Betriebsweise gewährleistet werden.
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Die von der Arbeits-Druckluftquelle und von der Vorsteuer-Druckluftquelle bereitgestellten Fluiddrücke können unterschiedlich groß sein. Beispielsweise ist der Vorsteuerdruck kleiner als der Arbeitsdruck. Bevorzugt sind die Fluiddrücke jedoch gleichgroß.
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Innerhalb des Mehrwegeventils sind der Hauptspeisekanal und der Vorsteuerkanal bevorzugt ohne eine sich beeinflussende gegenseitige Fluidverbindung getrennt voneinander ausgebildet.
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Zweckmäßigerweise münden der Hauptspeisekanal und der Vorsteuerkanal mit zueinander beabstandeten Kanalmündungen unabhängig voneinander an einer Außenfläche des Mehrwegeventils aus. Dabei ist die Kanalmündung des Hauptspeisekanals zur Verbindung mit der externen Arbeits-Druckluftquelle und die Kanalmündung des Vorsteuerkanals zur Verbindung mit der externen Vorsteuer-Druckluftquelle vorgesehen.
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Der die Kanalmündungen des Hauptspeisekanals und des Vorsteuerkanals aufweisende Flächenabschnitt der Außenfläche des Mehrwegeventils ist zweckmäßigerweise als eine Montagefläche ausgebildet, mit der voraus das Mehrwegeventil an einer Bestückungsfläche eines Ventilträgers der Ventilanordnung montierbar ist. Der Ventilträger kann über mehrere Bestückungsflächen verfügen, die jeweils mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Mehrwegeventil bestückbar sind. Der Ventilträger ist von Ventilträgerkanälen durchsetzt, die mit den an der Montagefläche ausmündenden Hauptventilkanälen des Hauptventils und ferner mit dem ebenfalls an der Montagefläche ausmündenden Vorsteuerkanal kommunizieren. Somit kann die gesamte Fluidverbindung bezüglich eines Mehrwegeventils durch den Ventilträger hindurch stattfinden.
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Die Hauptventilkanäle des Hauptventils enthalten zusätzlich zu dem Hauptspeisekanal zweckmäßigerweise mindestens einen zur Verbindung mit einem Verbraucher vorgesehenen Hauptarbeitskanal und mindestens einen mit der Atmosphäre verbundenen Hauptentlüftungskanal. Sind diese beiden Kanäle doppelt vorhanden, kann das Hauptventil eine 5/2-Ventilfunktion ausüben, andernfalls eine 3/2-Ventilfunktion. Abhängig von der Schaltstellung des Hauptventilglieds kann jeder Hauptarbeitskanal in der einen Schaltstellung mit dem Hauptspeisekanal und in der anderen Schaltstellung mit einem Hauptentlüftungskanal verbunden sein.
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Die Ventilanordnung verfügt in einer vorteilhaften Ausgestaltung über ein zwischen den Vorsteuerkanal und die Vorsteuer-Druckluftquelle eingeschaltetes Unterbrecherventil, das die Möglichkeit bietet, den Vorsteuerkanal von der Vorsteuer-Druckluftquelle abzutrennen und das Vorsteuerventil funktionslos zu schalten. Selbst wenn das Vorsteuerventil im von der Vorsteuer-Druckluftquelle abgetrennten Zustand des Vorsteuerkanals betätigt wird, beispielsweise durch eine manuelle oder elektrische Betätigung, kann es die Schaltstellung des Hauptventilgliedes in Ermangelung der erforderlichen Vorsteuer-Druckluft nicht umschalten. Vorzugsweise ist der Vorsteuerkanal in der den Vorsteuerkanal von der Vorsteuer-Druckluftquelle abtrennenden Unterbrechungsstellung des Unterbrecherventils zur Atmosphäre entlüftet.
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Bei dem Hauptventil des Mehrwegeventils handelt es sich vorzugsweise um ein Schieberventil, dessen Hauptventilglied als Kolbenschieber ausgebildet ist.
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Das Vorsteuerventil ist vorzugsweise von einer elektrisch betätigbaren Bauart. Es enthält zweckmäßigerweise eine elektromagnetische oder piezoelektrische Betätigungseinheit. Das Vorsteuerventil hat insbesondere eine 3/2-Ventilfunktion mit monostabiler Charakteristik.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur (1) illustriert in teils schematischer Darstellung und teilweise geschnitten eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, wobei das Hauptventilglied bei Einnahme der durch die Luftfeder hervorgerufenen ersten Schaltstellung illustriert ist.
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Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventilanordnung enthält mindestens ein Mehrwegeventil 2 und ist in einem einfachen Fall ausschließlich von einem solchen Mehrwegeventil 2 gebildet. Abweichend davon kann die Ventilanordnung 1 auch mehrere Mehrwegeventile 2 enthalten.
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Bevorzugt umfasst die Ventilanordnung 1 auch noch einen in 1 lediglich strichpunktiert angedeuteten Ventilträger 3, der zweckmäßigerweise lösbar mit mindestens einem Mehrwegeventil 2 bestückt oder bestückbar ist. Die beispielhaft illustrierte Ventilanordnung 1 ist mit einem solchen Ventilträger 3 ausgestattet, der allerdings nur eine optionale Ausstattungsvariante repräsentiert.
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Das Mehrwegeventil 2 ist von elektro-pneumatisch vorgesteuerter Bauart. Es verfügt über ein Hauptventil 4 und ein mit dem Hauptventil 4 zweckmäßigerweise zu einer Baueinheit zusammengefasstes Vorsteuerventil 5. Das Vorsteuerventil 5 ist zweckmäßigerweise elektrisch betätigbar und dient zur pneumatischen Betätigung des Hauptventils 4. Bevorzugt ist das Vorsteuerventil 5 an einer von zwei einander entgegengesetzten axialen Stirnseiten des Hauptventils 4 angeordnet.
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Das Hauptventil 4 umfasst ein zur besseren Unterscheidung als Hauptventilgehäuse 6 bezeichnetes Ventilgehäuse, in dem ein länglicher, als Arbeitsraum 7 bezeichneter Hohlraum ausgebildet ist. In dem Arbeitsraum 7 befindet sich ein zur besseren Unterscheidung als Hauptventilglied 8 bezeichnetes Ventilglied des Hauptventils 4, das bevorzugt als ein Kolbenschieber ausgebildet ist, da es sich bei dem Hauptventil 4 insbesondere um ein Schieberventil handelt.
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Der Arbeitsraum 7 hat eine Längsachse 7a, mit der eine Längsachse 8a des Ventilgliedes 8 zusammenfällt. Das Ventilglied 8 ist in dem Arbeitsraum 7 unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Umschaltbewegung 11, die in der Achsrichtung der beiden Längsachsen 7a, 8a orientiert ist, relativ zum Hauptventilgehäuse 6 zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar. In der 1 ist eine erste Schaltstellung der beiden Schaltstellungen illustriert, in der das Hauptventilglied 8 beispielsweise eine an das Vorsteuerventil 5 angenäherte Position einnimmt. Die erste Schaltstellung ist beispielsweise dadurch definiert, dass das Hauptventilglied 8 mit einer ersten axialen Stirnfläche 12 an einer gehäusefesten ersten Anschlagfläche 13 anliegt.
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In der nicht illustrierten anderen, zweiten Schaltstellung hat sich das Hauptventilglied 8 von der ersten Anschlagfläche 13 entfernt und liegt insbesondere mit einer der ersten axialen Stirnfläche 12 entgegengesetzten zweiten axialen Stirnfläche 14 an einer wiederum gehäusefesten zweiten Anschlagfläche 15 an.
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In den Arbeitsraum 7 münden an axial zueinander beabstandeten Stellen mehrere das Hauptventilgehäuse 6 durchsetzende Ventilkanäle ein, die zur besseren Unterscheidung als Hauptventilkanäle 16 bezeichnet seien. Zwischen den jeweils einen Endabschnitt eines Hauptventilkanals 16 bildenden Längenabschnitten 17 des Arbeitsraumes 7 befinden sich bezüglich des Hauptventilgehäuses 6 ortsfeste ringförmige Dichtflächen 18, die radial nach innen orientiert sind und durch die sich das Hauptventilglied 8 koaxial hindurch erstreckt. Das Hauptventilglied 8 hat mehrere axial beabstandet zueinander angeordnete Längenabschnitte größeren Durchmessers, die als Verschlussabschnitte 22 bezeichnet seien, wobei sich zwischen den axial beabstandet zueinander angeordneten Verschlussabschnitten 22 jeweils ein als Überströmabschnitt 23 bezeichneter Längenabschnitt des Hauptventilgliedes 8 erstreckt, dessen Außendurchmesser kleiner ist als derjenige der Verschlussabschnitte 22.
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Die ringförmigen Dichtflächen 18 sind zweckmäßigerweise von in dem Arbeitsraum 7 an der peripheren Umfangswand 35 fixierten ringförmigen Dichtelementen gebildet, die insbesondere aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehen.
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Die Verschlussabschnitte 22 sind in ihrem Durchmesser so auf den Durchmesser der ringförmigen Dichtflächen 18 abgestimmt, dass ein ringförmiger, radialer Dichtkontakt gegeben ist, wenn sich ein Verschlussabschnitt 22 durch die von einer radialen Dichtfläche 18 umschlossene Öffnung hindurch erstreckt. In diesem Fall sind die sich auf entgegengesetzten Seiten an die betreffende Dichtfläche 18 anschließenden Längenabschnitte 17 des Arbeitsraumes 7 fluiddicht voneinander abgetrennt. Nimmt ein Überströmabschnitt 23 eine Axialposition ein, in der er die von einer radialen Dichtfläche 18 umschlossene Öffnung durchsetzt, ergibt sich ein ringförmiger Überströmspalt zwischen den beiden sich axial beidseits an die besagte radiale Dichtfläche 18 anschließenden Längenabschnitten 17 des Arbeitsraumes 7, was einen Fluidübertritt zwischen den betreffenden beiden Hauptventilkanälen 16 gestattet.
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Somit ergibt sich abhängig von der Schaltstellung des Hauptventilgliedes 8 ein unterschiedliches Verbindungsmuster zwischen den in den Arbeitsraum 7 einmündenden Hauptventilkanälen 16.
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Einer der Hauptventilkanäle 16, der im Folgenden als Hauptspeisekanal 16a bezeichnet sei, ist im Betriebszustand der Ventilanordnung 1 mit einer externen Druckluftquelle verbunden, die als Arbeits-Druckluftquelle PA bezeichnet sei. Die Arbeits-Druckluftquelle PA stellt als Arbeits-Druckluft bezeichnete Druckluft zur Verfügung, die unter einem als Arbeitsdruck bezeichneten Überdruck steht.
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Die beiden auf entgegengesetzten Seiten des Hauptspeisekanals 16a in den Arbeitsraum 7 einmündenden Hauptventilkanäle 16 repräsentieren bevorzugt einen ersten Hauptarbeitskanal 16b und einen zweiten Hauptarbeitskanal 16c. Diese beiden Hauptarbeitskanäle 16b, 16c sind zur Verbindung mit einem pneumatischen Verbraucher vorgesehen, bei dem es sich gemäß dem Ausführungsbeispiel insbesondere um einen pneumatischen Antrieb 24 handelt, an den sie im Betriebszustand der Ventilanordnung 1 gemäß der schematischen Illustration der 1 angeschlossen sind.
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Der pneumatische Antrieb 24 hat ein relativ zu einem Antriebsgehäuse 25 bewegliches Abtriebsteil 26 mit einem im Innern des Antriebsgehäuses 25 angeordneten Kolben 26a, der zwei Gehäuseräume voneinander abteilt, an die jeweils einer der beiden Hauptarbeitskanäle 16b, 16c angeschlossen ist.
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Die Hauptventilkanäle 16 enthalten zweckmäßigerweise auch noch zwei als erster und zweiter Hauptentlüftungskanal 16d, 16e bezeichnete Hauptentlüftungskanäle, die jeweils auf der dem Hauptspeisekanal 16a entgegengesetzten Seite eines der Hauptarbeitskanäle 16b, 16c in den Arbeitsraum 7 einmünden. Jeder Hauptentlüftungskanal 16d, 16e ist mit der Atmosphäre R verbunden.
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Somit hat das Hauptventil 4 beim Ausführungsbeispiel eine 5/2-Ventilfunktion. In der ersten Schaltstellung des Hauptventilgliedes 8 ist der erste Hauptarbeitskanal 16b nur mit dem Hauptspeisekanal 16a verbunden, während gleichzeitig der zweite Hauptarbeitskanal 16c nur mit dem zweiten Hauptentlüftungskanal 16e verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung ist der erste Hauptarbeitskanal 16b nur mit dem ersten Hauptentlüftungskanal 16d verbunden, während der zweite Hauptarbeitskanal 16c nur mit dem Hauptspeisekanal 16a verbunden ist. In beiden Fällen ergibt sich seitens des angeschlossenen pneumatischen Antriebes 24 eine Betriebssituation, bei der sein Kolben 26a auf der einen Seite mit Arbeits-Druckluft beaufschlagt und auf der anderen Seite druckmäßig entlastet bzw. entlüftet wird, sodass sich das Abtriebsteil 26 in der einen oder anderen Richtung bezüglich des Antriebsgehäuses 25 bewegt.
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Bei einem nicht abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Hauptventil 4 mit einer 3/2-Ventilfunktion versehen, wobei der zweite Hauptarbeitskanal 16c und der zweite Hauptentlüftungskanal 16e nicht vorhanden sind.
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An dem Hauptventilglied 8 sind zwei bezogen auf die Achsrichtung der Längsachse 8a einander entgegengesetzt orientierte erste und zweite Antriebsflächen 27, 28 ausgebildet. Jede dieser Antriebsflächen 27, 28 ist mit einer Fluidkraft beaufschlagbar, um auf das Hauptventilglied 8 eine Antriebskraft auszuüben, die in der Lage ist, die Schaltstellung des Hauptventilgliedes 8 zu beeinflussen. Zweckmäßigerweise sind die beiden Antriebsflächen 27, 28 von den beiden axialen Stirnflächen 12, 14 des Hauptventilgliedes 8 gebildet
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Die in 1 rechts liegende erste Antriebsfläche 27a ist so orientiert, dass ihre Fluidbeaufschlagung das Hauptventilglied 8 in der Richtung der abgebildeten ersten Schaltstellung beaufschlagt. Hingegen wird das Hauptventilglied 8 durch eine auf die zweite Antriebsfläche 28 einwirkende Fluidkraft in der Richtung der zweiten Schaltstellung beaufschlagt.
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Die erste Antriebsfläche 27 begrenzt eine im Innern des Hauptventilgehäuses 6 ausgebildete Luftfederkammer 32. Sie ist bevorzugt von einem der beiden axialen Endabschnitte des Arbeitsraumes 7 gebildet. Die zweite Antriebsfläche 28 begrenzt eine von der Luftfederkammer 32 fluidisch abgetrennte weitere Kammer, die als Antriebskammer 33 bezeichnet sei. Diese Antriebskammer 33 ist bevorzugt von dem der Luftfederkammer 32 axial entgegengesetzten Endabschnitt des Antriebsraumes 7 gebildet.
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Die beiden Antriebsflächen 27, 28 sind zweckmäßigerweise jeweils an einem kolbenartigen Endabschnitt 36 des Hauptventilgliedes 8 ausgebildet, der eine ringförmige Dichtung 34 trägt, die unter Abdichtung gleitverschieblich an der peripheren Umfangswand 35 des Arbeitsraumes 7 anliegt, um die Luftfederkammer 32 und die Antriebskammer 33 von dem dazwischen liegenden Längenabschnitt des Arbeitsraumes 7 fluiddicht abzutrennen. Dieser die Verschlussabschnitte 22 und die Überströmabschnitte 23 aufweisende Längenabschnitt des Hauptventilgliedes 8 kann mit den beiden kolbenartigen Endabschnitten 36 in einer nur Druckkräfte übertragenden Weise oder auch fest verbunden sein.
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In fluidischer Hinsicht ist die Luftfederkammer 32 ausschließlich an den Hauptspeisekanal 16a des Hauptventils 4 angeschlossen. Dadurch wird aus dem Hauptspeisekanal 16a Arbeits-Druckluft abgezweigt und in die Luftfederkammer 32 eingespeist, wo sie eine Luftfeder LF bildet. Die in der Luftfederkammer 32 befindliche Druckluft sei daher als Luftfeder-Druckluft bezeichnet. Bevorzugt wird die Luftfeder-Druckluft aus dem einen Längenabschnitt 17 des Arbeitsraumes 7 bildenden Endabschnitt des Hauptspeisekanals 16a abgezweigt.
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Die in der Luftfederkammer 32 befindliche Luftfeder-Druckluft, das heißt die Luftfeder LF, übt eine ständige Antriebskraft auf das Hauptventilglied 8 aus, die in der Richtung der ersten Schaltstellung wirkt. Diese Antriebskraft sei im Folgenden auch als Luftfederkraft bezeichnet.
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Bevorzugt erhält die Luftfederkammer 32 die Luftfeder-Druckluft über einen im Hauptventil 4 und dort insbesondere im Hauptventilgehäuse 6 ausgebildeten Abzweigkanal 37, der zum einen in die Luftfederkammer 32 und zum anderen in den dem Hauptspeisekanal 16a zugeordneten Längenabschnitt 17 des Arbeitsraumes 7 einmündet. Somit ist die zur Bildung der Luftfeder LF dienende Luftfeder-Druckluft direkt aus dem Hauptspeisekanal 16a des Hauptventils 4 abgezweigt.
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Um eine Umschaltbewegung 11 hervorzurufen, kann die Antriebskammer 33 durch das Vorsteuerventil 5 gesteuert mit Druckluft beaufschlagt werden, die zur besseren Unterscheidung als Vorsteuer-Druckluft bezeichnet sei. Die Vorsteuer-Druckluft entstammt einer externen Vorsteuer-Druckluftquelle PV, an die ein Vorsteuerkanal 38 des Mehrwegeventils 2 angeschlossen ist.
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Das Mehrwegeventil 2 ist insbesondere so ausgebildet, dass die Vorsteuer-Druckluft gesondert von der Arbeits-Druckluft in das Mehrwegeventil 2 einspeisbar ist. Das Mehrwegeventil 2 erhält also die Vorsteuer-Druckluft von extern und nicht intern durch eine Abzweigung aus dem Hauptspeisekanal 16a.
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Das Mehrwegeventil 2 hat eine Außenfläche 42, zu der der Vorsteuerkanal 38 mit einer Kanalmündung 43 ausmündet. Hiervon unabhängig mündet der Hauptspeisekanal 16a des Hauptventils 4 über eine eigene Kanalmündung 44, die zur Kanalmündung 43 des Vorsteuerkanals 38 beabstandet ist, ebenfalls zu der Außenfläche 42 des Mehrwegeventils 2 aus. Die Kanalmündung 43 des Vorsteuerkanals 38 ist zur Verbindung mit der Vorsteuer-Druckluftquelle PV ausgebildet. Hiervon unabhängig ist die Kanalmündung 44 des Hauptspeisekanals 16a zur Verbindung mit der Arbeits-Druckluftquelle PA ausgebildet.
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Beim Ausführungsbeispiel sind die Arbeits-Druckluftquelle PA und die Vorsteuer-Druckluftquelle PV als voneinander gesonderte Druckluftquellen illustriert. Es versteht sich jedoch, dass beide Druckluftquellen extern von der Ventilanordnung 1 auch von einer gemeinsamen Druckluftquelle gebildet sein können, die sich zur Verbindung mit zum einen dem Hauptspeisekanal 16a und zum anderen dem Vorsteuerkanal 38 verzweigt.
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Bevorzugt sind die beiden Kanalmündungen 43, 44 gemeinsam an einem als Montagefläche 45 genutzten Flächenabschnitt der Außenfläche 42 ausgebildet. Mit dieser Montagefläche 45 voraus ist das Mehrwegeventil 2 an einer Bestückungsfläche 46 des weiter oben schon angesprochenen optionalen Ventilträgers 3 montierbar oder montiert. Dadurch befinden sich die beiden Kanalmündungen 43, 44 in einer der Bestückungsfläche 46 gegenüberliegenden Position, was ebenso auf die an der Montagefläche 45 ausgebildeten Kanalmündungen 47 der weiteren Hauptventilkanäle 16 zutrifft.
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Der Ventilträger 3 ist von Ventilträgerkanälen 48 durchsetzt, die jeweils einerseits an der Bestückungsfläche 46 derart ausmünden, dass sie zuordnungsrichtig mit den an der Montagefläche 45 vorhandenen Kanalmündungen 43, 44, 47 des Mehrwegeventils 2 fluchten. Somit setzen sich die Hauptventilkanäle 16 und der Vorsteuerkanal 38 in dem Ventilträger 3 in entsprechenden Ventilträgerkanälen 48 fort. Zweckmäßigerweise sind die Arbeits-Druckluftquelle PA und die Vorsteuer-Druckluftquelle PV an jeweils einen eigenen der Ventilträgerkanäle 48 angeschlossen, was entsprechend auch für den pneumatischen Antrieb 24 gilt. Zwischen der Montagefläche 45 und der Bestückungsfläche 46 ist zweckmäßigerweise eine Dichtungseinrichtung 50 platziert.
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Enthält die Ventilanordnung 1 keinen Ventilträger 3, erfolgen die genannten Anschlussmaßnahmen direkt an den Kanalmündungen 43, 44, 47 des Mehrwegeventils 2.
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Der Vorsteuerkanal 38 erstreckt sich exemplarisch zwischen der an der Außenfläche 42 des Mehrwegeventils 2 befindlichen Kanalmündung 43 und der Antriebskammer 33. Wie durch das Schaltsymbol 5a des Vorsteuerventils 5 angedeutet ist, ist das Vorsteuerventil 5 in den Verlauf des Vorsteuerkanals 38 eingeschaltet und unterteilt den Vorsteuerkanal 38 in einen zu der Kanalmündung 43 führenden und folglich mit der Vorsteuer-Druckluftquelle PV verbundenen Vorsteuer-Einspeiseabschnitt 38a und einen in die Antriebskammer 33 einmündenden Vorsteuer-Antriebsabschnitt 38b.
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Der Vorsteuerkanal 38 ist unabhängig vom Hauptspeisekanal 16a des Hauptventils 4 mit der Vorsteuer-Druckluftquelle PV verbunden oder verbindbar. Die Luftfeder-Druckluft ist ohne eine Verbindung zum Vorsteuerkanal 38 aus dem Hauptspeisekanal 16a abgezweigt. Letzteres erfolgt bevorzugt innerhalb des Hauptventils 4 und dort insbesondere aus dem zum Hauptspeisekanal 16a gehörenden Längenabschnitt 17 des Arbeitsraumes 7.
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Der Abzweigkanal 37 hat im Mehrwegeventil 2 keinerlei Verbindung zum Vorsteuerkanal 38.
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Bevorzugt hat das Vorsteuerventil 5 eine 3/2-Ventilfunktion und kommuniziert zusätzlich zu dem Vorsteuerkanal 38 mit einem zur Atmosphäre R führenden Vorsteuer-Entlüftungskanal 49.
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Das Vorsteuerventil 5 kann wahlweise in eine von zwei Betriebsstellungen geschaltet werden. In der aus der Zeichnung ersichtlichen ersten Betriebsstellung hat es den Vorsteuerkanal 38 unterbrochen, wobei der Vorsteuer-Einspeiseabschnitt 38a verschlossen und gleichzeitig der Vorsteuer-Antriebsabschnitt 38b mit dem Vorsteuer-Entlüftungskanal 49 verbunden ist. In dieser ersten Betriebsstellung des Vorsteuerventils 5 ist somit die Antriebskammer 33 entlüftet. Dementsprechend nimmt das Hauptventilglied 8 bedingt durch die ständig auf es einwirkende Luftfederkraft der Luftfeder LF die abgebildete erste Schaltstellung ein.
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Durch entsprechende Betätigung kann das Vorsteuerventil 5 in eine zweite Schaltstellung umgeschaltet werden, in der es den Luftdurchgang durch den Vorsteuerkanal 38 freigibt, indem es exemplarisch den Vorsteuer-Einspeiseabschnitt 38a fluidisch mit dem Vorsteuer-Antriebsabschnitt 38b verbindet. Der Vorsteuer-Entlüftungskanal 49 ist dabei vom Vorsteuerkanal 38 abgetrennt.
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In der zweiten Betriebsstellung strömt Vorsteuer-Druckluft durch den Vorsteuerkanal 38 hindurch in die Antriebskammer 33 hinein und beaufschlagt dort die am Hauptventilglied 8 ausgebildete zweite Antriebsfläche 28. Die dabei auf das Hauptventilglied 8 ausgeübte Antriebskraft, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Vorsteuer-Antriebskraft bezeichnet sei, ist größer als die Luftfederkraft und hat zur Folge, dass das Hauptventilglied 8 aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung umgeschaltet wird. In dieser zweiten Schaltstellung verharrt das Hauptventilglied 8 so lange, wie es durch die Vorsteuer-Antriebskraft beaufschlagt ist.
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Das Hauptventil 4 hat eine monostabile Charakteristik. Wird die Vorsteuer-Antriebskraft weggenommen, was durch Umschalten des Vorsteuerventils 5 in die erste Betriebsstellung erfolgt, wird das Hauptventilglied 8 durch die nach wie vor anstehende Luftfederkraft wieder in die erste Schaltstellung zurückgeschoben.
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Beim Ausführungsbeispiel sind der Arbeitsdruck und der Vorsteuerdruck gleichgroß. Dies vereinfacht die Druckversorgungsmaßnahmen. Damit sich das Hauptventilglied 8 dennoch bei Bedarf ohne weiteres in die zweite Schaltstellung umschalten und dort festhalten lässt, ist die durch die Vorsteuer-Druckluft beaufschlagbare zweite Antriebsfläche 28 des Hauptventilgliedes 8 größer gewählt als die von der Luftfeder LF beaufschlagte erste Antriebsfläche 27. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach eine bezüglich der Luftfederkraft größere Vorsteuer-Antriebskraft erzeugen. Selbstverständlich können die beiden Antriebsflächen 27, 28 auch gleichgroß gewählt sein, wenn ein Vorsteuerdruck zur Verfügung gestellt wird, der größer ist als der Arbeitsdruck.
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Mit der Auslegung des Mehrwegeventils 2 ist ein dahingehender Sicherheitsaspekt verbunden, dass bei einem Wegfall der in den Vorsteuerkanal 38 eingespeisten Vorsteuer-Druckluft das Hauptventilglied 8 durch die davon unabhängig wirksame Luftfeder LF in die erste Schaltstellung umgeschaltet wird, sofern es sich dort nicht schon befindet. Ein solcher Wegfall der Vorsteuer-Druckluft kann aufgrund einer Störung in der Druckluftversorgung auftreten oder bewusst herbeigeführt sein, wenn zwischen den Vorsteuerkanal 38 und die Vorsteuer-Druckluftquelle ein Unterbrecherventil 53 eingeschaltet ist, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Das Unterbrecherventil 53 ermöglicht es, den Vorsteuerkanal 38 drucklos zu schalten, um selbst im Falle einer Betätigung des Vorsteuerventils 5 eine Betätigung des Hauptventils 4 zu verhindern. Dies kann bei Wartungsarbeiten oder Umrüstarbeiten der Fall sein.
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Das Unterbrecherventil 53 kann zweckmäßigerweise zwei Schaltstellungen einnehmen, und zwar eine Durchlassstellung und eine Unterbrechungsstellung. In der Durchlassstellung ist die Fluidverbindung zwischen der Vorsteuer-Druckluftquelle PV und dem Vorsteuerkanal 38 freigegeben, in der Unterbrechungsstellung abgetrennt. Bevorzugt ist in der Unterbrechungsstellung der Vorsteuerkanal 38 durch das Unterbrecherventil 53 entlüftet, sodass im Vorsteuerkanal 38 kein Restdruck verbleibt, der im Falle einer Betätigung des Vorsteuerventils 5 doch noch eine unerwünschte Schaltfunktion des Hauptventils 4 hervorrufen könnte.
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Wird die Vorsteuer-Druckluftquelle PV dem Vorsteuerkanal 38 wieder zugeschaltet, kann der standardmäßige Betrieb des Mehrwegeventils 2 fortgesetzt werden, wobei sichergestellt ist, dass sich das Hauptventil 4 in der ersten Schaltstellung befindet und nicht in einer anderen Stellung, die eine unkontrollierte Bewegung des Abtriebsteils 26 eines angeschlossenen pneumatischen Antriebes 24 zur Folge haben könnte.
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Das Vorsteuerventil 5 ist zweckmäßigerweise von einem elektrisch betätigbaren Typ und enthält eine elektrisch aktivierbare Betätigungseinheit 54, um die Betriebsstellung des Vorsteuerventils 5 nach Bedarf vorgeben zu können. Die Betätigungseinheit 54 ist zweckmäßigerweise in nicht näher illustrierter Weise mit einer elektronischen Steuereinrichtung verbindbar, die die elektrischen Betätigungssignale liefern kann. Zweckmäßigerweise ist das Vorsteuerventil 5 zusätzlich mit einer Handhilfsbetätigungseinrichtung 55 ausgestattet, die unabhängig von der elektrisch aktivierbaren Betätigungseinheit 54 ein rein manuelles Umschalten des Vorsteuerventils 5 ermöglicht. Die Betätigungseinheit 54 ist beispielsweise eine Elektromagneteinheit oder eine piezoelektrische Einheit.
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Die elektrische Verbindung des Vorsteuerventils 5 mit einer elektronischen Steuereinrichtung kann bei einer mit einem Ventilträger 3 ausgestatteten Ventilanordnung 1 zweckmäßigerweise über den Ventilträger 3 erfolgen, der dann eine nur schematisch angedeutete Signalübermittlungseinrichtung 56 aufweist, die mit dem Vorsteuerventil 5 elektromechanisch koppelbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010049935 A1 [0004]
- DE 102013016652 A1 [0005]