DE102018204361B3

DE102018204361B3 - Mehrwegeventil und Verfahren zu seinem Betreiben

Info

Publication number: DE102018204361B3
Application number: DE102018204361.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Ruthardt
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2038-03-23

Abstract

Es wird ein Mehrwegeventil (6) vorgeschlagen, das einen Ventilschieber (15) aufweist, der wahlweise in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positionierbar ist. Zumindest zum Umschalten aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung ist eine von dem Ventilschieber (15) begrenzte erste Antriebskammer (24) durch Fluidsteuermittel (27) mit einem Antriebsfluid beaufschlagbar. Das Mehrwegeventil (6) verfügt über eine elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung (26), durch die der Ventilschieber (15) zumindest so lange lösbar blockierbar ist, bis sich in der ersten Antriebskammer (24) ein zum Umschalten ausreichender Antriebsdruck aufgebaut hat. Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben des Mehrwegeventils (6) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, mit einem in einem Ventilgehäuse wahlweise in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positionierbaren Ventilschieber, der mindestens eine erste Antriebskammer begrenzt und durch eine axiale Umschaltbewegung aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung umschaltbar ist, wenn sich in der ersten Antriebskammer durch eingespeistes Antriebsfluid ein Antriebsdruck aufgebaut hat, wobei Fluidsteuermittel vorhanden sind, durch die in der ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der ersten Antriebskammer und in der zweiten Schaltstellung eine Druckentlastung der ersten Antriebskammer hervorrufbar ist, und mit einer elektrisch betätigbaren Blockiereinrichtung, durch die der Ventilschieber in jeder Schaltstellung bezüglich dem Ventilgehäuse axial unbeweglich lösbar blockierbar ist, wobei der Ventilschieber in der ersten Schaltstellung zumindest so lange blockierbar ist, bis sich in der ersten Antriebskammer durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat, wobei die Blockiereinrichtung mindestens ein lösbar blockierend mit dem Ventilschieber zusammenarbeitendes, bewegliches Blockierglied und eine elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung zur Betätigung des Blockiergliedes aufweist, wobei die elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung als Elektromagneteinrichtung ausgebildet ist, die über einen beweglichen Anker verfügt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Mehrwegeventils.
Aus der US 3 735 781 A ist ein in dem vorgenannten Sinne aufgebautes und betreibbares Mehrwegeventil bekannt, das einen in einem Ventilgehäuse verschiebbar aufgenommenen Ventilschieber aufweist, der durch zwei am Ventilgehäuse angeordnete Dichtungsringe in zwei einander entgegengesetzten Schaltstellungen arretierbar ist. Jedem der beiden axialen Endabschnitte des Ventilschiebers ist einer der Dichtungsringe zugeordnet, wobei in jedem Endabschnitt des Ventilschiebers eine Ringnut ausgebildet ist, in die der zugeordnete Dichtungsring zur Arretierung einer Schaltstellung des Ventilschiebers eingreifen kann. Jeder der beiden Dichtungsringe begrenzt gemeinsam mit dem zugeordneten Endabschnitt des Ventilschiebers eine Antriebskammer, die mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, um die Schaltstellung des Ventilschiebers zu verändern. Die Steuerung der Druckbeaufschlagung erfolgt durch zwei Magnetventile, die auch dazu vorgesehen sind, eine Druckbeaufschlagung der Dichtungsringe und somit deren Arretierfunktion zu steuern.
Die DE 44 01 485 A1 beschreibt ein Mehrwegeventil, das einen Ventilschieber aufweist, der durch zwei elektromagnetische Aktuatoren mechanisch zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbar ist. Ein zusätzlicher elektromagnetischer Aktuator ermöglicht es, den Ventilschieber in jeder seiner Schaltstellungen mechanisch zu verriegeln.
Ein aus der DE 10 2014 002 142 A1 bekanntes Mehrwegeventil enthält einen zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren Ventilschieber, dessen Umschaltbewegung durch Fluidsteuermittel hervorrufbar ist, die von einer elektrofluidischen Vorsteuerventileinrichtung gebildet sind. Durch die Vorsteuerventileinrichtung kann die Fluidbeaufschlagung zweier sich axial an den Ventilschieber anschließender Antriebskammern gesteuert werden, um entweder durch Einspeisung eines Antriebsfluides eine Druckbeaufschlagung hervorzurufen oder um durch Verbindung mit der Atmosphäre eine Druckentlastung zu bewirken. Die Vorsteuerventileinrichtung ist elektrisch betätigbar, wobei allerdings die Umschaltbewegung nach der Betätigung der Vorsteuerventileinrichtung systembedingt zeitverzögert erst dann startet, wenn die druckbeaufschlagte Antriebskammer mit Antriebsfluid gefüllt und sich ein Antriebsdruck aufgebaut hat. Dies geht zu Lasten der Umschaltzeit und beeinträchtigt zeitgenaue Ansteuerungen von an das Mehrwegeventil angeschlossenen Verbrauchern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen zu schaffen, die das Umschaltverhalten eines Mehrwegeventils begünstigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Mehrwegeventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der bewegbare Anker antriebsmäßig mit dem Blockierglied zusammenwirkt oder das Blockierglied unmittelbar selbst bildet.
Die Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Ventilschieber mittels der elektrisch betätigbaren Blockiereinrichtung in jeder Schaltstellung zumindest so lange axial unbeweglich blockiert wird, bis sich in der momentan druckbeaufschlagten Antriebskammer der Antriebsdruck aufgebaut hat, worauf die Blockierung gelöst wird, sodass der Ventilschieber mit einer aus dem Antriebsdruck resultierenden fluidischen Antriebskraft in die andere Schaltstellung bewegt wird.
Auf diese Weise liegt ein elektrofluidisch vorgesteuertes Mehrwegeventil vor, dessen Ventilschieber zumindest aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung durch ein ihn beaufschlagendes Antriebsfluid umschaltbar ist. Der für das Umschalten erforderliche Fluiddruck des Antriebsfluides ist ausreichend groß, um Reibungskräfte oder auch die Gegenkraft einer eventuell vorhandenen Rückstellfedereinrichtung überwinden zu können und sei als „Antriebsdruck“ bezeichnet. Wenn das Antriebsfluid in die Antriebskammer einströmt, baut sich der Antriebsdruck nur allmählich auf und liegt im Wesentlichen erst an, wenn die Antriebskammer mit dem Antriebsfluid vollständig gefüllt ist. Daraus rührt bei bekannten Mehrwegeventilen eine zeitliche Umschaltverzögerung, weil dort das Befüllen der Antriebskammer erst mit der Betätigung einer Vorsteuerventileinrichtung beginnt. Erfindungsgemäß kann die Antriebskammer jedoch schon vor dem Zeitpunkt des gewünschten Umschaltens des Ventilschiebers mit dem Antriebsfluid gefüllt und dem Antriebsdruck ausgesetzt werden, weil der Ventilschieber durch die Blockiereinrichtung axial unbeweglich fixiert ist. Der Ventilschieber wird daher quasi vorgespannt. Um den Umschaltvorgang auszulösen, genügt ein Lösen der Blockierung des Ventilschiebers durch elektrische Betätigung der Blockiereinrichtung, sodass praktisch zeitgleich mit der elektrischen Betätigung der Blockiereinrichtung die Umschaltbewegung des Ventilschiebers beginnt. Auf diese Weise lassen sich sehr kurze Umschaltzeiten verwirklichen und die Zeitverzögerung zwischen der elektrischen Betätigung und dem tatsächlichen Umschalten des Ventilschiebers ist minimal Die elektrische Betätigung kann abhängig von der Ausgestaltung und/oder vom momentanen Betriebszustand der Blockiereinrichtung insbesondere durch Anlegen oder Wegnehmen eines elektrischen Betätigungssignals erfolgen. Die Blockiereinrichtung weist mindestens ein lösbar blockierend mit dem Ventilschieber zusammenarbeitendes, bewegliches Blockierglied auf und verfügt über eine elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung zur Betätigung des Blockiergliedes. Die Antriebseinrichtung ist von einer Elektromagneteinrichtung gebildet, die über einen beweglichen Anker verfügt, der antriebsmäßig mit dem Blockierglied zusammenwirkt oder das Blockierglied unmittelbar selbst bildet. Die Elektromagneteinrichtung kann als Anker beispielsweise über einen linear beweglichen Hubanker oder über einen schwenkbeweglichen Klappanker verfügen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Konzept einer Vorbefüllung der für das Umschalten des Ventilschiebers relevanten Antriebskammer lässt sich für nur eine Umschaltrichtung oder für beide Umschaltrichtungen verwirklichen. Besonders vorteilhaft ist eine Verwirklichung für beide Umschaltrichtungen des Ventilgliedes. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Ventilschieber außer der ersten Antriebskammer noch eine zweite Antriebskammer begrenzt und zwischen den beiden Schaltstellungen umschaltbar ist, wenn sich in einer der beiden Antriebskammern durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat und die jeweils andere Antriebskammer druckentlastet ist, wobei durch die Fluidsteuermittel in der ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der ersten Antriebskammer und eine Druckentlastung der zweiten Antriebskammer und in der zweiten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der zweiten Antriebskammer und eine Druckentlastung der ersten Antriebskammer hervorrufbar ist, wobei der Ventilschieber durch die Blockiereinrichtung in jeder Schaltstellung zumindest so lange axial unbeweglich lösbar blockierbar ist, bis sich in der momentanen druckbeaufschlagten Antriebskammer durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass in der für das Umschalten in die jeweils andere Schaltstellung mit dem Antriebsdruck zu beaufschlagenden Antriebskammer der volle Antriebsdruck schon vor dem tatsächlichen Auslösen der Umschaltbewegung anlegbar ist. Die Umschaltbewegung des Ventilschiebers wird dabei zunächst durch die elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung verhindert. Erst durch elektrische Betätigung der Blockiereinrichtung wird die Blockierung aufgehoben und der dann zur Bewegung freigegebene Ventilschieber kann sich durch die Antriebskraft des mit dem vollen Antriebsdruck wirkenden Antriebsfluides in die andere Schaltstellung bewegen. Hieran anschließend kann die für den Vortrieb verantwortliche Antriebskammer unmittelbar wieder druckentlastet werden, damit dem Ventilschieber bei der entgegengesetzten Umschaltbewegung kein fluidischer Wiederstand entgegengesetzt wird.
Das Ventilgehäuse des Mehrwegeventils ist zweckmäßigerweise von mehreren Ventilkanälen durchsetzt, deren gegenseitige Fluidverbindung durch den Ventilschieber in Abhängigkeit von dessen Schaltstellung vorgebbar ist. Unter diesen Ventilkanälen befindet sich ein mit einer externen Druckquelle verbindbarer Speise-Ventilkanal, mindestens ein mit einem anzusteuernden Verbraucher verbindbarer Arbeits-Ventilkanal und mindestens ein mit einer Drucksenke, insbesondere der Atmosphäre verbindbarer Druckentlastungs-Ventilkanal. Über den Speise-Ventilkanal wird von der externen Druckquelle ein fluidisches Druckmedium zugeführt, das durch das Mehrwegeventil bezüglich des angeschlossenen Verbrauchers steuerbar ist. Bei dem Verbraucher handelt es sich insbesondere um einen mittels Fluidkraft betätigbaren Antrieb, beispielsweise einen Linearantrieb oder einen Drehantrieb.
Das Mehrwegeventil ist insbesondere als ein 5/2-Mehrwegeventil ausgebildet, das außer dem Speise-Ventilkanal über zwei Arbeits-Ventilkanäle und zwei Druckentlastungs-Ventilkanäle verfügt. Alternativ kann das Mehrwegeventil beispielsweise auch als 3/2-Wegeventil konzipiert sein.
Die elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung kann auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien basieren. Beispielsweise kann die Blockierung auf einem magnetischen Prinzip beruhen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Blockiereinrichtung, die zur rein mechanischen Blockierung des Ventilschiebers ausgebildet ist. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die mechanische Blockierung aus einer formschlüssigen axialen Abstützung des Ventilschiebers bezüglich des Ventilgehäuses resultiert, die zum Deaktivieren der Blockierung aufhebbar ist.
Bevorzugt enthalten die Fluidsteuermittel ein Fluidsteuer-Kanalsystem, durch das ausschließlich in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilschiebers eine Fluidverbindung jeder Antriebskammer mit wahlweise einer unter dem Antriebsdruck stehenden Antriebsfluidquelle oder einer unter Atmosphärendruck stehenden Drucksenke herstellbar ist. Die alternative Druckbeaufschlagung und Druckentlastung der zur Aufbringung einer fluidischen Antriebskraft genutzten Antriebskammer wird somit durch interne Steuerungsmaßnahmen des Mehrwegeventils bewirkt. Der Ventilschieber dient somit nicht nur zur Ausführung der Ventilfunktion des Mehrwegeventils zwecks Ansteuerung eines angeschlossenen Verbrauchers, sondern gleichzeitig als Steuerglied zur fluidischen Ansteuerung der mindestens einen Antriebskammer zwecks ihrer alternativen Druckbeaufschlagung mit Antriebsfluid und Druckentlastung.
Das Fluidsteuer-Kanalsystem ist bevorzugt zumindest teilweise in dem Ventilschieber ausgebildet. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Fluidsteuer-Kanalsystem in seiner Gesamtheit in dem Ventilschieber ausgebildet ist, da sich auf diese Weise spezielle Kanalführungen im Ventilgehäuse erübrigen.
Bevorzugt ist das Fluidsteuer-Kanalsystem mit dem Speise-Ventilkanal der Ventilkanäle verbunden, um eine Antriebskammer mit dem Antriebsfluid zu beaufschlagen. Das Antriebsfluid wird somit von dem Speise-Ventilkanal abgezweigt. Die Antriebsfluidquelle ist somit identisch mit der für die Versorgung des Mehrwegeventils genutzten externen Druckquelle. Jede mit einem Antriebsfluid beaufschlagbare Antriebskammer ist zu ihrer Druckentlastung mittels des Fluidsteuer-Kanalsystems mit einem Druckentlastungs-Ventilkanal des Mehrwegeventils verbindbar.
Zweckmäßigerweise enthält das Fluidsteuer-Kanalsystem für jede Antriebskammer einen eigenen, den Ventilschieber durchsetzenden Fluidsteuerkanal, der einenends an einer der beiden Stirnseiten des Ventilschiebers in die sich dort anschließende Antriebskammer ausmündet und der andernends am peripheren Außenumfang des Ventilschiebers mit einer Steueröffnung ausmündet, die abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers entweder mit dem Speise-Ventilkanal oder mit einem Druckentlastungs-Ventilkanal kommuniziert. Ist das Mehrwegeventil mit zwei zum Umschalten des Ventilschiebers mit einem Antriebsfluid beaufschlagbaren Antriebskammern ausgestattet, verfügt das Fluidsteuer-Kanalsystem über zwei den Ventilschieber durchsetzende und voneinander getrennte Fluidsteuerkanäle.
Bevorzugt kann das Blockierglied mittels der elektrisch betätigbaren Antriebseinrichtung wahlweise in einer den Ventilschieber axial unbeweglich blockierenden aktiven Stellung und in einer den Ventilschieber zur Ausführung einer axialen Umschaltbewegung freigebenden inaktiven Stellung positioniert werden. Beim Übergang zwischen der aktiven Stellung und der inaktiven Stellung führt das Blockierglied eine Arbeitsbewegung aus, bei der es sich vorzugsweise um eine Schwenkbewegung handelt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Blockiereinrichtung wird das Blockierglied im elektrisch deaktivierten Zustand der Antriebseinrichtung durch Federmittel in einer den Ventilschieber blockierenden aktiven Stellung gehalten. Dies gilt vorzugsweise auch dann, wenn ein und dasselbe Blockierglied ausgebildet ist, um beide Schaltstellungen des Ventilschiebers abwechselnd axial unbeweglich lösbar blockieren zu können. Damit ist eine nicht unerhebliche Energieeinsparung verbunden.
Das Blockierglied ist vorzugsweise in axialer Verlängerung des Ventilschiebers angeordnet. Bevorzugt ist nur einer Stirnseite des Ventilschiebers ein Blockierglied zugeordnet, das für die Blockierung des Ventilschiebers in beiden axialen Richtungen zuständig ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils in einem Längsschnitt und in einer Ausführung als 5/2-Wegeventil, wobei der Ventilschieber bei Einnahme einer blockierten ersten Schaltstellung gezeigt ist,
2 das Mehrwegeventil aus 1 in einer blockierten zweiten Schaltstellung des Mehrwegeventils,
3 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils im Längsschnitt in einer Ausgestaltung als 3/2-Wegeventil, wobei die blockierte erste Schaltstellung des Ventilschieber gezeigt ist, und
4 das Mehrwegeventil aus 3 in der blockierten zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich, sofern keine anderen Angaben gemacht werden, auf beide illustrierten Ausführungsbeispiele.
Das insgesamt mit Bezugsziffer 6 bezeichnete Mehrwegeventil ist zur Ansteuerung eines fluidbetätigten Verbrauchers verwendbar, beispielsweise eines fluidbetätigten Antriebes. Hierzu ist es in der Lage, dem Verbraucher von einer externen Druckquelle „P“ bereitgestelltes fluidisches Druckmedium zuzuführen oder von dem Verbraucher ausgestoßenes Druckmedium an eine Drucksenke „R“, insbesondere die Atmosphäre, abzuführen.
Bei dem auf diese Weise zu steuernden fluidischen Druckmedium handelt es sich vorzugsweise um Druckluft. Allerdings sind auch andere gasförmige oder auch flüssige Druckmedien mittels des Mehrwegeventils 6 steuerbar.
Das Mehrwegeventil 6 hat ein Ventilgehäuse 7, in dem eine eine Längsachse 9 aufweisende, über eine Längserstreckung verfügende Gehäusekammer 8 ausgebildet ist. Stirnseitig ist die Gehäusekammer 8 von einer ersten Abschlusswand 12 und einer diesbezüglich entgegengesetzten zweiten Abschlusswand 13 verschlossen. Die Gehäusekammer 8 hat eine der Längsachse 9 zugewandte periphere Innenumfangsfläche 14.
In der Gehäusekammer 8 ist ein länglicher Ventilschieber 15 angeordnet, dessen Längsachse 16 mit der Längsachse 9 der Gehäusekammer 8 zusammenfällt und der unter Ausführung einer in der Achsrichtung der Längsachsen 9, 16 orientierten und durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 17 relativ zum Ventilgehäuse 7 axial verschiebbar ist. Er kann im Rahmen der Umschaltbewegung 17 eine aus den 1 und 3 ersichtliche, an die erste Abschlusswand 12 angenäherte erste Schaltstellung und alternativ eine aus den 2 und 4 ersichtliche, an die zweite Abschlusswand 13 angenäherte zweite Schaltstellung einnehmen.
In die Gehäusekammer 8 münden im Bereich der peripheren Innenumfangsfläche 14 an in der Achsrichtung der Längsachse 9 beabstandeten Stellen mehrere das Ventilgehäuse 7 durchsetzende Ventilkanäle 18 ein. Somit ergeben sich in der Gehäusekammer 8 mehrere axial aufeinanderfolgende Gehäusekammerabschnitte 22, die mit jeweils einem der Ventilkanäle 18 in ständiger Fluidverbindung stehen. Jeder Ventilkanal 18 mündet entgegengesetzt zur Gehäusekammer 8 mit einer Anschlussöffnung an der Außenfläche des Ventilgehäuses 7 aus.
Der Ventilschieber 15 ist an seinem peripheren Außenumfang 34 mit mehreren axial beabstandet zueinander angeordneten Steuerabschnitten 23 versehen. Selbige sind in der Lage, abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers 15 selektiv abdichtend mit Abschnitten der Innenumfangsfläche 14 der Gehäusekammer 8 zusammenzuwirken, um unmittelbar axial benachbarte Gehäusekammerabschnitte 22 entweder fluiddicht voneinander abzutrennen oder fluidisch miteinander zu verbinden. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Fluidverbindungsmuster zwischen den Ventilkanälen 18 einstellen.
Exemplarisch umfassen die Steuerabschnitte 23 jeweils einen Dichtungsring, der mit einer von mehreren an der Innenumfangsfläche 14 der Gehäusekammer 8 ausgebildeten Dichtflächen zusammenwirken kann. Alternativ können auch die Steuerabschnitte 23 mit Dichtflächen versehen sein, wobei dann am Innenumfang der Gehäusekammer 8 damit kooperierende Dichtungsringe angeordnet sind.
Einer der Ventilkanäle 18 ist ein im Betrieb des Mehrwegeventils 6 mit der Druckquelle „P“ verbundener Speise-Ventilkanal 1. Als weitere Ventilkanäle 18 sind bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ein erster und ein zweiter Arbeits-Ventilkanal 2, 4 sowie ein erster und ein zweiter Druckentlastungs-Ventilkanal 3, 5 vorhanden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist außer dem Speise-Ventilkanal 1 nur jeweils ein erster Arbeits-Ventilkanal 2 und ein erster Druckentlastungs-Ventilkanal 3 vorhanden, wobei zweckmäßigerweise aber zusätzlich noch ein an der Steuerung des angeschlossenen Verbrauchers nicht teilhabender spezieller Druckentlastungs-Ventilkanal 82 vorhanden ist, der zur besseren Unterscheidung als Hilfs-Druckentlastungskanal 82 bezeichnet sei.
Bei dem als 5/2-Wegeventil ausgebildeten Mehrwegeventil 6 der 1 und 2 ist in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers 15 der Speise-Ventilkanal 1 mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 verbunden, wobei gleichzeitig der zweite Arbeits-Ventilkanal 4 mit dem zweiten Druckentlastungs-Ventilkanal 5 verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung, die aus 2 ersichtlich ist, steht der Speise-Ventilkanal 1 mit dem zweiten Arbeits-Ventilkanal 4 in Verbindung, während gleichzeitig der erste Arbeits-Ventilkanal 2 mit dem ersten Druckentlastungs-Ventilkanal 3 verbunden ist.
Bei dem als 3/2-Wegeventil konzipierten Mehrwegeventil 6 der 3 und 4 ist in der ersten Schaltstellung der 3 der erste Arbeits-Ventilkanal 2 mit dem ersten Druckentlastungs-Ventilkanal 3 verbunden, wobei der Speise-Ventilkanal 1 abgesperrt ist. In der zweiten Schaltstellung ist der Speise-Ventilkanal 1 mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 verbunden, wobei gleichzeitig der erste Druckentlastungs-Ventilkanal 3 abgesperrt ist.
Ein anzusteuernder Verbraucher ist bei dem Mehrwegeventil 6 der 1 und 2 an den ersten und den zweiten Arbeits-Ventilkanal 2, 4 angeschlossen, bei dem Mehrwegeventil 6 der 3 und 4 nur an den ersten Arbeits-Ventilkanal 2.
Durch gestrichelte Pfeillinien ist in den Figuren die Fluidströmung des zu steuernden Druckmediums durch das Mehrwegeventil 6 hindurch in den einzelnen Schaltstellungen des Ventilschiebers 15 angedeutet.
Der Ventilschieber 15 begrenzt gemeinsam mit dem Ventilgehäuse 7 zwei voneinander getrennte erste und zweite Antriebskammern 24, 25. Jede Antriebskammer 24, 25 schließt sich an einen der beiden einander entgegengesetzten axialen Endabschnitte 15a, 15b des Ventilschiebers 15 an und ist von demjenigen axialen Endabschnitt der Gehäusekammer 8 gebildet, der sich zwischen einem der axialen Endabschnitte 15a, 15b des Ventilschiebers 15 und der zugeordneten ersten oder zweiten Abschlusswand 12, 13 erstreckt.
Jede der beiden Antriebskammern 24, 25 ist wahlweise mit einem von einer Antriebsfluidquelle bereitgestellten Antriebsfluid beaufschlagbar oder druckmäßig entlastbar. Bei dem Antriebsfluid handelt es sich vorzugsweise um das gleiche Druckmedium, das in den Speise-Ventilkanal 1 eingespeist wird. Die Antriebsfluidquelle ist daher identisch mit der Druckquelle „P“. Zweckmäßigerweise wird das Antriebsfluid im Innern des Mehrwegeventils 6 direkt oder indirekt aus dem Speise-Ventilkanal 1 abgezweigt.
Die Volumina der beiden Antriebskammern 24, 25 hängen von der Schaltstellung des Ventilschiebers 15 ab. In der ersten Schaltstellung hat die in der Zeichnung links liegende erste Antriebskammer 14 ein minimales Volumen, während die in der Zeichnung rechts liegende zweite Antriebskammer 25 ein maximales Volumen hat. In der zweiten Schaltstellung sind die Verhältnisse umgekehrt.
Vorbehaltlich des Betriebszustandes einer noch zu erläuternden, elektrisch betätigbaren Blockiereinrichtung 26 kann der Ventilschieber 15 dadurch aus der in 1 und 3 abgebildeten ersten Schaltstellung in die aus 2 und 4 ersichtliche zweite Schaltstellung umgeschaltet werden, dass die erste Antriebskammer 24 durch Einspeisung des Antriebsfluides druckbeaufschlagt wird und gleichzeitig die zweite Antriebskammer 25 durch Verbindung mit einer Drucksenke „R“ druckentlastet wird. Das entgegengesetzte Umschalten aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung ist durch eine Druckbeaufschlagung der zweiten Antriebskammer 25 mit dem Antriebsfluid und gleichzeitige Druckentlastung der ersten Antriebskammer 24 hervorrufbar. Zum Umschalten ist eine ausreichend hohe fluidische Antriebskraft erforderlich, die dann gegeben ist, wenn sich in der momentan mit dem Antriebsfluid gespeisten Antriebskammer 24 oder 25 ein ausreichend hoher Fluiddruck aufgebaut hat, der als „Antriebsdruck“ bezeichnet sei. Dieser Antriebsdruck entspricht exemplarisch dem Versorgungsdruck, unter dem das Druckmedium aus der Druckquelle in den Speise-Ventilkanal 1 eingespeist wird.
Wenn das Antriebsfluid in eine Antriebskammer 24, 25 einströmt, findet ein nur allmählicher Druckaufbau statt, bis letztlich der Antriebsdruck erreicht ist. Erst die aus dem Antriebsdruck resultierende fluidische Antriebskraft ist ausreichend hoch, um den Ventilschieber 15 unter Überwindung auf ihn einwirkender Reibungskräfte oder sonstiger fluidischer Kräfte, beispielsweise Strömungskräfte, umzuschalten.
Das Mehrwegeventil 6 ist mit Fluidsteuermitteln 27 ausgestattet, die dafür sorgen, dass in der beschriebenen Weise in der ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der ersten Antriebskammer 24 und eine gleichzeitige Druckentlastung der zweiten Antriebskammer 25 erfolgt und dass in der zweiten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der zweiten Antriebskammer 25 sowie eine gleichzeitige Druckentlastung der ersten Antriebskammer 24 erfolgt.
Zu den Fluidsteuermitteln 27 gehört vorzugsweise ein internes Fluidsteuer-Kanalsystem 28 des Mehrwegeventils 6. Dieses ist so ausgebildet, dass ausschließlich in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilschiebers 15 die Fluidverbindung der Antriebskammern 24, 25 mit wahlweise der das Antriebsfluid liefernden Antriebsfluidquelle oder einer unter Atmosphärendruck stehenden Drucksenke „R“ herstellbar ist. Die Antriebsfluidquelle ist wie schon erwähnt zweckmäßigerweise die das zu steuernde Druckmedium liefernde Druckquelle „P“, kann jedoch prinzipiell auch eine diesbezüglich eigenständige Druckquelle sein.
Das Fluidsteuer-Kanalsystem 28 ist vorzugsweise zumindest teilweise in dem Ventilschieber 15 ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fluidsteuer-Kanalsystem 28 in seiner Gesamtheit in dem Ventilschieber 15 ausgebildet ist, was auf beide illustrierten Ausführungsbeispiele zutrifft.
Das Fluidsteuer-Kanalsystem 28 hat bevorzugt ein ersten Fluidsteuerkanal 32 und einen diesbezüglich gesonderten zweiten Fluidsteuerkanal 33. Beide Fluidsteuerkanäle 32, 33 verlaufen in dem Ventilschieber 15, insbesondere in dessen Längsrichtung. Der erste Fluidsteuerkanal 32 mündet mit einer ersten Kanalöffnung 32a in die erste Antriebskammer 24 ein, insbesondere an einer Stirnfläche des der ersten Abschlusswand 12 zugeordneten ersten axialen Endabschnittes 15a des Ventilschieber 15. Der zweite Fluidsteuerkanal 33 hat ebenfalls eine erste Kanalöffnung 33a, mit der er in die zweite Antriebskammer 25 einmündet, insbesondere an der der zweiten Abschlusswand 13 zugewandten Stirnfläche des zweiten axialen Endabschnittes 15b des Ventilschiebers 15.
Beide Fluidsteuerkanäle 32, 33 haben darüber hinaus eine am peripheren Außenumfang 34 des Ventilschiebers 15 ausmündende zweite Kanalöffnung, die im Falle des ersten Fluidsteuerkanals 32 als erste Steueröffnung 32b und im Falle des zweiten Fluidsteuerkanals 33 als zweite Steueröffnung 33b bezeichnet sei.
Die beiden Steueröffnungen 32b, 33b sind so platziert, dass sie in den beiden Schaltstellungen des Ventilschiebers abwechselnd gegensinnig mit entweder dem Speise-Ventilkanal 1 oder einem Druckentlastungs-Ventilkanal 3, 5 beziehungsweise dem Hilfs-Druckentlastungskanal 82 verbunden sind. Konkret erfolgt dies bei den beiden Ausführungsbeispielen in der nachstehend erläuterten Weise.
Bei dem Mehrwegeventil 6 der 1 und 2 liegt in der ersten Schaltstellung die erste Steueröffnung 32b in dem mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 kommunizierenden Gehäusekammerabschnitt 22, der über den benachbarten Gehäusekammerabschnitt 22 mit dem Speise-Ventilkanal 1 verbunden ist. Gleichzeitig liegt die zweite Steueröffnung 33b in dem mit dem zweiten Arbeits-Ventilkanal 4 kommunizierenden Gehäusekammerabschnitt 22, der über einen benachbarten Gehäusekammerabschnitt 22 mit dem zweiten Druckentlastungs-Ventilkanal 5 verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung liegt die erste Steueröffnung 32b nach wie vor in dem mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 kommunizierenden Gehäusekammerabschnitt 22, der nun aber vom Speise-Ventilkanal 1 abgetrennt und stattdessen über den auf der anderen Seite benachbarten Gehäusekammerabschnitt 22 mit dem ersten Druckentlastungs-Ventilkanal 3 verbunden ist. Gleichzeitig liegt die zweite Steueröffnung 33b nach wie vor im Bereich des mit dem zweiten Arbeits-Ventilkanal 4 verbundenen Gehäusekammerabschnittes 22, der nun aber von dem zweiten Druckentlastungs-Ventilkanal 5 abgetrennt ist und stattdessen über den auf der anderen Seite liegenden Gehäusekammerabschnitt 22 mit dem Speise-Ventilkanal 1 verbunden ist.
Bei dem Mehrwegeventil 6 der 3 und 4 liegt in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers 15 die erste Steueröffnung 32b in einem mit dem Speise-Ventilkanal 1 kommunizierenden Bereich der Gehäusekammer 18, während die zweite Steueröffnung 33b im Bereich des mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 kommunizierenden Gehäuseabschnittes 22 liegt, der mit dem ersten Druckentlastungs-Ventilkanal 3 verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung liegt die erste Steueröffnung 32b in einem Bereich der Gehäusekammer 8, in den der Hilfs-Druckentlastungskanal 82 einmündet, während gleichzeitig die zweite Steueröffnung 33b mit dem mit dem ersten Arbeits-Ventilkanal 2 verbundenen Gehäusekammerabschnitt 22 kommuniziert, der seinerseits durch die Gehäusekammer 8 hindurch mit dem Speise-Ventilkanal 1 verbunden ist.
In den Figuren sind durch gepunktete Strömungspfeile die aus den Schaltstellungen resultierenden Fluidströmungen des Antriebsfluides in die Antriebskammern 24, 25 und aus den Antriebskammern 24, 25 kenntlich gemacht.
Das Mehrwegeventil 6 verfügt über die schon angesprochene, elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung 26, durch die der Ventilschieber 15 in jeder seiner beiden Schaltstellungen in bezüglich dem Ventilgehäuse 7 axial unbeweglicher Weise lösbar blockierbar ist. Die Blockiermöglichkeit besteht zumindest so lange, bis sich in derjenigen Antriebskammer 24, 25, die momentan zur Speisung mit Antriebsfluid mit dem Speise-Ventilkanal 1 verbunden ist, der ein Umschalten des Ventilschiebers 15 ermöglichende Antriebsdruck aufgebaut hat. Mit anderen Worten ist der Ventilschieber 15 durch die elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung 26 in jeder der beiden Schaltstellungen zumindest so lange axial unbeweglich lösbar blockierbar, bis sich in der momentanen druckbeaufschlagten Antriebskammer 24 oder 25 durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat.
Die Blockiereinrichtung 26 hat eine elektrische Schnittstelleneinrichtung 42, an der elektrische Betätigungssignale einspeisbar sind, um den Betriebszustand der Blockiereinrichtung 26 vorzugeben. Im Betrieb des Mehrwegeventils 6 ist die Blockiereinrichtung 26 über die elektrische Schnittstelleneinrichtung 42 insbesondere an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen.
Die Blockiereinrichtung 26 hat mindestens einen blockierenden Betriebszustand, in dem sie den Ventilschieber 15 axial unbeweglich blockieren kann, sowie einen nicht blockierenden Betriebszustand, in dem sie den Ventilschieber 15 zur Ermöglichung der Umschaltbewegung 17 freigegeben hat.
Bevorzugt ist die Blockiereinrichtung 26 so ausgebildet und/oder ansteuerbar, dass sie einen blockierenden Betriebszustand einnehmen kann oder einnimmt, wenn der Ventilschieber 15 bei seiner Umschaltbewegung 17 eine der beiden Schaltstellungen erreicht. In der blockierenden Betriebszustand kann unmittelbar die Druckbeaufschlagung der mit dem Speise-Ventilkanal 1 kommunizierenden Antriebskammer 24 oder 25 beginnen, ohne dass dies die axiale Position des Ventilschiebers 15 in irgendeiner Weise beeinflussen würde. In der Regel baut sich in der für den nächsten Umschaltvorgang verantwortlichen Antriebskammer 24, 25 der Antriebsdruck auf, bevor die nächste Umschaltbewegung des Ventilschiebers 15 für eine Umsteuerung des angeschlossenen Verbrauchers erforderlich ist. Somit kann während einer Zeitspanne, in der keine Änderung der Schaltstellung des Ventilschiebers 15 erforderlich ist, der volle Aufbau des Antriebsdruckes in einer Antriebskammer 24, 25 erfolgen. Zum anschließenden Ändern der Schaltstellung genügt es dann, durch entsprechende elektrische Betätigung die Blockiereinrichtung 26 in den nicht blockierenden Betriebszustand zu versetzen, worauf der Ventilschieber 15 praktisch verzögerungsfrei mit der aus dem Antriebsdruck resultierenden fluidischen Antriebskraft in die andere Schaltstellung bewegt wird.
Bei diesem Umschalten wird dem Ventilschieber 15 keine nennenswerte Fluidkraft entgegengesetzt, weil diejenige Antriebskammer 24, 25, in deren Richtung sich der Ventilschieber 15 bewegt, durch das Fluidsteuer-Kanalsystem 28 druckentlastet wird.
Obgleich auch andere Blockierprinzipien möglich wären, wird es vorgezogen, die Blockiereinrichtung 26 zur rein mechanischen Blockierung des Ventilschiebers 15 auszubilden. Dies trifft auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu. In beiden Fällen resultiert die mechanische Blockierung aus einer formschlüssigen axialen Abstützung des Ventilschiebers 15 bezüglich des Ventilgehäuses 7 mittels eines beweglichen Blockiergliedes 43 der Blockiereinrichtung 26.
Obwohl des prinzipiell möglich wäre, zur Fixierung jeder Schaltstellung des Ventilschiebers 15 ein eigenes Blockierglied vorzusehen, wird es vorgezogen, ein und dasselbe Blockierglied 43 so auszubilden und anzuordnen, dass es verwendbar ist, um beide Schaltstellungen des Ventilschiebers 15 abwechselnd axial unbeweglich lösbar zu blockieren. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist dies der Fall.
Exemplarisch ist das Blockierglied 43 der Blockiereinrichtung 26 in axialer Verlängerung des Ventilschiebers 15 im Ventilgehäuse 7 angeordnet. Zweckmäßigerweise befindet sich das Blockierglied 43 in der ersten Antriebskammer 24.
Das Blockierglied 43 ist durch eine elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung 44 der Blockiereinrichtung 26 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten hin- und hergehenden Arbeitsbewegung 45 antreibbar. Im Rahmen dieser Arbeitsbewegung 45 kann es wahlweise in mindestens einer aktiven Stellung oder in einer inaktiven Stellung positioniert werden. Die aktive Stellung ruft eine axial unbewegliche Blockierung des Ventilschiebers 15 in der momentan eingenommenen Schaltstellung hervor. In der inaktiven Stellung ist der Ventilschieber 15 zur Ausführung einer axialen Umschaltbewegung 17 freigegeben.
Im blockierenden Betriebszustand der Blockiereinrichtung 26 nimmt das Blockierglied 43 eine aktive Stellung ein, im nicht blockierenden Betriebszustand der Blockiereinrichtung 26 die inaktive Stellung.
Bei der Arbeitsbewegung 45 handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Schwenkbewegung. Beispielhaft ist das Blockierglied 43 durch Drehlagermittel 46 am Ventilgehäuse 7 diesbezüglich verschwenkbar gelagert. Die Antriebseinrichtung 44 kann auf das bewegliche Blockierglied 43 einwirken, um dessen Arbeitsbewegung 45 hervorzurufen.
Bei der Arbeitsbewegung 45 wird das Blockierglied 43 zweckmäßigerweise zwischen zwei aktiven Stellungen bewegt, wobei es die inaktive Stellung durchläuft. In der inaktiven Stellung wird das Blockierglied 43 bevorzugt in seiner Arbeitsbewegung 45 nicht gestoppt. Von den beiden aktiven Stellungen dient die eine zum Blockieren der ersten Schaltstellung und die andere zum Blockieren der zweiten Schaltstellung.
Die Antriebseinrichtung 44 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ausgebildet, um das Blockierglied 43 alternativ in jeder der beiden möglichen aktiven Stellungen festzuhalten. Es ist aber gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 auch möglich, die Antriebseinrichtung 44 nur für die Erzeugung der Arbeitsbewegung 45 zu verwenden und die einzelnen Stellungen des Blockiergliedes 43 durch andere Mittel lösbar zu fixieren.
Den Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung 44 als eine Elektromagneteinrichtung 44a ausgebildet ist. Selbige hat einen durch Magnetkraft bewegbaren Anker 47, der entweder gemäß 1 und 2 antriebsmäßig mit dem separat ausgebildeten Blockierglied 43 zusammenwirkt oder gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 das Blockierglied 43 unmittelbar selbst bildet.
Der Anker 47 kann beispielsweise ein Hubanker sein, der zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Linearbewegung 48 antreibbar ist, was beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 realisiert ist. Der Anker 47 kann aber beispielsweise auch gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ein Klappanker sein, der zu einer Schwenkbewegung 52 antreibbar ist, die mit der Arbeitsbewegung 45 identisch ist, wenn das Blockierglied 43 direkt von dem Klappanker gebildet ist.
Das zur mechanischen Blockierung ausgebildete Blockierglied 43 verfügt für jede zu blockierende Schaltstellung des Ventilschiebers 15 über eine in der Achsrichtung der Umschaltbewegung 17 orientierte Blockierfläche 53a, 53b. Jede Blockierfläche 53a, 53b ist beispielsweise durch die Schulter einer Abstufung oder durch eine hakenartige Struktur gebildet.
Bei beiden illustrierten Ausführungsbeispielen sind die beiden Blockierflächen 53a, 53b des Blockiergliedes 43 in der axialen Richtung des Ventilschiebers 15 einander entgegengesetzt orientiert. Die erste Blockierfläche 53a ist zur Blockierung der ersten Schaltstellung vorgesehen, die zweite Blockierfläche 53b zur Blockierung der zweiten Schaltstellung.
An dem Ventilschieber 15 befinden sich zwei zum abstützenden Zusammenwirken mit den beiden Blockierflächen 53a, 53b vorgesehene, in der axialen Richtung des Ventilschiebers 15 weisende erste und zweite Gegen-Blockierflächen 54a, 54b. Die beiden Gegen-Blockierflächen 54a, 54b weisen in einander entgegengesetzte Richtungen, wobei außerdem die erste Gegen-Blockierfläche 54a entgegengesetzt zur ersten Blockierfläche 53a und die zweite Gegen-Blockierfläche 54b entgegengesetzt zur zweiten Blockierfläche 53b orientiert ist. Während die erste Blockierfläche 53a in Richtung zur ersten Schaltstellung weist, ist die zweite Blockierfläche 53b in Richtung zur zweiten Schaltstellung orientiert.
Die erste Schaltstellung des Ventilschiebers 15 ist dadurch blockiert, dass sich der Ventilschieber 15 mit seiner ersten Gegen-Blockierfläche 54a an der ersten Blockierfläche 53a des die eine aktive Stellung einnehmenden Blockiergliedes 43 abstützt. Die zweite Schaltstellung ist dadurch blockiert, dass sich der Ventilschieber 15 mit seiner zweiten Gegen-Blockierfläche 54b an der zweiten Blockierfläche 53b des die andere aktive Stellung einnehmenden Blockiergliedes 43 abstützt.
In der inaktiven Stellung des Blockiergliedes 43 befinden sich sämtliche Blockierflächen 53a, 53b außer Eingriff mit den Gegen-Blockierflächen 54a, 54b, sodass der Ventilschieber 15 axial verfahrbar ist.
Die Arbeitsbewegung 45 ist bevorzugt eine Querbewegung bezüglich der Längsachse 16 des Ventilschiebers 15, das heißt die Blockierflächen 53a, 53b werden bei der Arbeitsbewegung 45 quer und insbesondere rechtwinkelig zur Längsachse 16 des Ventilschiebers 15 relativ zur ersten und zweiten Gegen-Blockierfläche 54a, 54b verlagert.
Die beiden Gegen-Blockierflächen 54a, 54b befinden sich zweckmäßigerweise an den einander entgegengesetzten Stirnseiten eines an dem ersten axialen Endabschnitt 15a des Ventilschiebers 15 angeordneten Abstützringes 55 des Ventilschiebers 15. Die Blockierflächen 53a, 53b befinden sich zweckmäßigerweise an einem fingerartigen Blockierfortsatz 56 des Blockiergliedes 43, der durch den Abstützring 55 hindurchführbar ist, wenn das Blockierglied 43 in der inaktiven Stellung positioniert ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Blockierglied 43 bei elektrisch deaktivierter Antriebseinrichtung 44 durch Federmittel 57 in einer aktiven Stellung gehalten ist. Somit muss zum Aufrechterhalten dieser aktiven Stellung keine externe Energie aufgewandt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 nimmt das Blockierglied 43 in den beiden aktiven Stellungen unterschiedliche physische Relativpositionen bezüglich dem Ventilgehäuse 7 ein. Exemplarisch unterscheiden sie sich in dem bezüglich des Ventilgehäuses 7 eingenommenen Schwenkwinkel. Die inaktive Stellung liegt dazwischen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 nimmt das Blockierglied 43 in den beiden aktiven Stellungen die gleiche physische Relativposition bezüglich dem Ventilgehäuse 7 ein. Durch einmaliges hin und her Schwenken wird mit einer Richtungsumkehr zwischen der ersten aktiven Stellung und der zweiten aktiven Stellung umgeschaltet, wobei die inaktive Stellung mit dem Richtungsumkehrpunkt zusammenfällt.
Das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 hat den besonderen Vorteil, dass beide aktiven Stellungen des Blockiergliedes 43 durch die Federmittel 57 ohne Aufbringung elektrischer Energie gehalten werden. Eine elektrische Betätigung ist hier nur kurzzeitig erforderlich, um das Blockierglied 43 unter Überwindung der Federkraft der Federmittel 57 kurzzeitig in die inaktive Stellung zu verbringen.
Um dies besonders einfach zu realisieren, sind bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 die beiden Blockierflächen 53a, 53b an ein und derselben Längsseite des Blockierfortsatzes 56 angeordnet, wobei diese Längsseite bezogen auf die Schwenkrichtung des Blockiergliedes 43 in die gleiche Richtung weist, in die das Blockierglied 43 durch die Federmittel 57 gedrückt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind die beiden Blockierflächen 53a, 53b an einander entgegengesetzten Längsseiten des Blockierfortsatzes 56 angeordnet. Die Federmittel 57 wirken so auf das Blockierglied 43 ein, das selbiges in einer seiner beiden möglichen Schwenkrichtungen beaufschlagt ist. Exemplarisch drücken die Federmittel 57 auf den als Hubanker ausgebildeten Anker 47, der seinerseits seitlich auf das verschwenkbare Blockierglied 43 einwirkt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 enthält die Blockiereinrichtung 26 weitere Federmittel 57a, die mit entgegengesetzter Wirkrichtung wie die Federmittel 57 auf das Blockierglied 43 einwirken. Ihre Federkraft ist geringer als diejenige der Federmittel 57. Um das Blockierglied 43 aus der die erste Schaltstellung blockierenden aktiven Stellung herauszubewegen, wird die Antriebseinrichtung 44 elektrisch betätigt, sodass der Anker 47 entgegen der Federkraft der Federmittel 57 zurückgezogen wird und die weiteren Federmittel 57a in der Lage sind, das Blockierglied 43 in die andere aktive Stellung zu verschwenken. Diese andere aktive Stellung bleibt dann so lange erhalten, wie die Antriebseinrichtung 44 elektrisch betätigt ist.
Aufgrund dessen, dass der blockierte Ventilschieber 15 durch den in einer der Antriebskammern 24, 25 anstehenden Antriebsdruck fluidisch vorgespannt ist, erfolgt ein schlagartiges Umschalten in die andere Schaltstellung, wenn das Blockierglied 43 durch entsprechende Betätigung der Antriebseinrichtung 44 auch nur kurzzeitig in die inaktive Stellung verbracht wird.
Das Mehrwegeventil 6 arbeitet zuverlässig ohne eine wie auch immer geartete Federbeaufschlagung des Ventilschiebers 15. Wie in den 3 und 4 schematisch angedeutet ist, besteht jedoch grundsätzlich die Möglichkeit, eine Federeinrichtung 62 vorzusehen, die sich zwischen dem Ventilschieber 15 und dem Ventilgehäuse 7 abstützt und die dafür sorgt, dass der Ventilschieber 15 im drucklosen Zustand des Mehrwegeventils 6 eine klar definierte Grundstellung einnimmt, beispielsweise die erste Schaltstellung.
Ein besonders vorteilhaftes Betriebsverfahren des Mehrwegeventils 6 wird nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 erläutert.
Ausgangspunkt des Betriebsverfahrens ist die in 1 illustrierte, axial unbeweglich blockierte erste Schaltstellung des Ventilschiebers 15. Diese erste Schaltstellung wird momentan exemplarisch dafür genutzt, um die an die beiden Arbeits-Ventilkanäle 2, 4 angeschlossenen Arbeitskammern eines als Verbraucher fungierenden fluidbetätigten Antriebes einerseits mit Druckluft aus der Druckquelle „P“ zu versorgen und andererseits an eine Drucksenke „R“ zu entlüften. Während dieser Betriebsphase des Mehrwegeventils 6 wird die erste Antriebskammer 24 über den ersten Fluidsteuerkanal 32 aus dem Speise-Ventilkanal 1 mit Antriebsfluid befüllt, sodass sich in der ersten Antriebskammer 24 mit zeitlichem Verlauf der Antriebsdruck aufbaut. Zur gleichen Zeit wird die zweite Antriebskammer 25 über den zweiten Fluidsteuerkanal 33 und den zweiten Druckentlastungs-Ventilkanal 5 druckmäßig entlastet. Der Ventilschieber 15 ist durch das die erste aktive Stellung einnehmende Blockierglied 43 festgehalten.
Das Blockierglied 43 ist in dieser ersten aktiven Stellung durch den seitens der Federmittel 57 beaufschlagten Anker 47 der unbestromten Antriebseinrichtung 44 gehalten. Die elektrische Blockiereinrichtung 26 nimmt durch Nichtanliegen eines elektrischen Betätigungssignals einen blockierenden Betriebszustand ein.
Der Druckaufbau in der ersten Antriebskammer 24 und die Druckentlastung der zweiten Antriebskammer 25 geschehen äußerst schnell und benötigen regelmäßig weniger Zeit als erforderlich ist, um den angeschlossenen Verbraucher bestimmungsgemäß zu betätigen.
Um anschließend die Schaltstellung des Ventilschiebers 15 zur Umsteuerung des angeschlossenen Verbrauchers zu wechseln, wird durch elektrische Betätigung der Blockiereinrichtung 26 das Blockierglied 43 im Rahmen der Arbeitsbewegung 45 aus der in 1 gezeigten ersten aktiven Stellung in die in 2 gezeigte zweite aktive Stellung bewegt, wobei es die nicht illustrierte inaktive Stellung durchläuft. Die elektrische Betätigung erfolgt durch Bestromung der Antriebseinrichtung 44, sodass der Anker 47 angezogen wird und das Blockierglied 43 durch die weiteren Federmittel 57a dem Anker 47 nachgeführt wird. Die elektrische Blockiereinrichtung 26 nimmt somit durch Anliegen eines elektrischen Betätigungssignals wiederum einen blockierenden Betriebszustand ein.
Beim Erreichen der inaktiven Stellung des Blockiergliedes 43 während des Umschaltens aus der ersten in die zweite aktive Stellung startet umgehend eine Umschaltbewegung 17 des Ventilschiebers 15, die mit dem Erreichen der zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers 15 endet. Diese zweite Schaltstellung wird durch das mittlerweile bis in die zweite aktive Stellung bewegte Blockierglied 43 durch mittels der nach wie vor bestromten Antriebseinrichtung 44 in der zweiten aktiven Stellung gehalten, sodass die zweite Schaltstellung des Ventilschiebers 15 wiederum durch axialen Formschluss axial unbeweglich fixiert ist.
In dieser aus 2 ersichtlichen zweiten Schaltstellung wird die erste Antriebskammer 24 durch den nun mit dem ersten Druckentlastungs-Ventilkanal 3 kommunizierenden ersten Fluidsteuerkanal 32 hindurch druckentlastet, während gleichzeitig die zweite Antriebskammer 25 durch den nun mit dem Speise-Ventilkanal 1 kommunizierenden zweiten Fluidsteuerkanal 33 hindurch eine Druckbeaufschlagung erfährt, sodass sich darin der Antriebsduck aufbaut. Der Ventilschieber 15 bewegt sich gleichwohl noch nicht, weil das Blockierglied 43 in die zweite aktive Stellung bewegt wurde, in der es den Ventilschieber 15 wiederum blockiert.
Das Zurückschalten des Ventilschieber 15s in die erste Schaltstellung findet erst dann wieder statt, wenn durch neuerliche elektrische Betätigung der Blockiereinrichtung 26 das Blockierglied 43 kurzzeitig in die inaktive Stellung verlagert wird, um die axial formschlüssige Blockierung des Ventilschiebers 15 aufzuheben. Dies geschieht exemplarisch durch Aufhebung der Bestromung der Antriebseinrichtung 44, sodass das Blockierglied 43 durch den von den Federmitteln 57 beaufschlagten Anker 47 entgegen der Federkraft der weiteren Federmittel 57a in die erste aktive Stellung bewegt wird, wobei es wiederum die inaktive Stellung durchläuft.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Prinzip abweichend von den illustrierten Ausführungsbeispielen auch dann verwirklichen lässt, wenn der Ventilschieber 15 nur eine einzige, alternativ druckbeaufschlagbare und druckentlastbare Antriebskammer 24 oder 25 begrenzt, sodass nur das Umschalten aus einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung durch das Lösen einer Blockierung des Ventilschiebers 15 hervorgerufen wird. Das Zurückschalten des Ventilschiebers 15 aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung erfolgt in diesem Fall durch eine zwischen dem Ventilschieber 15 und dem Ventilgehäuse 7 wirksame Federeinrichtung, beispielsweise eine mechanische Feder oder eine Luftfeder, die vergleichbar der in den 3 und 4 illustrierten Federeinrichtung 62 ausgebildet sein kann.

Claims

Mehrwegeventil, mit einem in einem Ventilgehäuse (7) wahlweise in einer ersten Schaltstellung und in einer zweiten Schaltstellung positionierbaren Ventilschieber (15), der mindestens eine erste Antriebskammer (24) begrenzt und durch eine axiale Umschaltbewegung (17) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung umschaltbar ist, wenn sich in der ersten Antriebskammer (24) durch eingespeistes Antriebsfluid ein Antriebsdruck aufgebaut hat, wobei Fluidsteuermittel (27) vorhanden sind, durch die in der ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der ersten Antriebskammer (24) und in der zweiten Schaltstellung eine Druckentlastung der ersten Antriebskammer (24) hervorrufbar ist, und mit einer elektrisch betätigbaren Blockiereinrichtung (26), durch die der Ventilschieber (15) in jeder Schaltstellung bezüglich dem Ventilgehäuse (7) axial unbeweglich lösbar blockierbar ist, wobei der Ventilschieber (15) in der ersten Schaltstellung zumindest so lange blockierbar ist, bis sich in der ersten Antriebskammer (24) durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat, wobei die Blockiereinrichtung (26) mindestens ein lösbar blockierend mit dem Ventilschieber (15) zusammenarbeitendes, bewegliches Blockierglied (43) und eine elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung (44) zur Betätigung des Blockiergliedes (43) aufweist, wobei die elektrisch betätigbare Antriebseinrichtung (44) als Elektromagneteinrichtung (44a) ausgebildet ist, die über einen beweglichen Anker (47) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Anker (47) antriebsmäßig mit dem Blockierglied (43) zusammenwirkt oder das Blockierglied (43) unmittelbar selbst bildet.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (15) außer der ersten Antriebskammer (24) noch eine zweite Antriebskammer (25) begrenzt und zwischen den beiden Schaltstellungen umschaltbar ist, wenn sich in einer der beiden Antriebskammern (24, 25) durch eingespeistes Antriebsfluid ein Antriebsdruck aufgebaut hat und die jeweils andere Antriebskammer (25, 25) druckentlastet ist, wobei durch die Fluidsteuermittel (27) in der ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der ersten Antriebskammer (24) und eine Druckentlastung der zweiten Antriebskammer (25) und in der zweiten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung der zweiten Antriebskammer (25) und eine Druckentlastung der ersten Antriebskammer (24) hervorrufbar ist, wobei der Ventilschieber (15) durch die Blockiereinrichtung (26) in jeder Schaltstellung zumindest so lange axial unbeweglich lösbar blockierbar ist, bis sich in der momentanen druckbeaufschlagten Antriebskammer (24, 25) durch eingespeistes Antriebsfluid der Antriebsdruck aufgebaut hat.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (7) von mehreren Ventilkanälen (17) durchsetzt ist, deren gegenseitige Fluidverbindung durch den Ventilschieber (15) schaltstellungsabhängig vorgebbar ist und unter denen sich ein mit einer externen Druckquelle (P) verbindbarer Speise-Ventilkanal (1), mindestens ein mit einem anzusteuernden Verbraucher verbindbarer Arbeits-Ventilkanal (2, 4) und mindestens ein mit einer Drucksenke (R) verbindbarer Druckentlastungs-Ventilkanal (3, 5) befindet.
Mehrwegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es als 5/2-Wegeventil ausgebildet ist, wobei es über zwei Arbeits-Ventilkanäle (2, 4) und zwei Druckentlastungs-Ventilkanäle (3, 5) verfügt.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch betätigbare Blockiereinrichtung (26) zur rein mechanischen Blockierung des Ventilschiebers (15) ausgebildet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Blockierung aus einer formschlüssigen axialen Abstützung des Ventilschiebers (15) resultiert.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidsteuermittel (27) ein Fluidsteuer-Kanalsystem (28) enthalten, durch das ausschließlich in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilschiebers (15) eine Fluidverbindung jeder Antriebskammer (24, 25) mit wahlweise einer unter dem Antriebsdruck stehenden Antriebsfluidquelle oder einer unter Atmosphärendruck stehenden Drucksenke herstellbar ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuer-Kanalsystem (28) zumindest teilweise in dem Ventilschieber (15) ausgebildet ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuer-Kanalsystem (28) in seiner Gesamtheit in dem Ventilschieber (15) ausgebildet ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9 in Verbindung mit Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuer-Kanalsystem (28) zur Druckbeaufschlagung einer jeweiligen Antriebskammer (24, 25) mit dem Speise-Ventilkanal (1) und zur Druckentlastung einer jeweiligen Antriebskammer (24, 25) mit einem Druckentlastungs-Ventilkanal (3, 5, 82) verbunden ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuer-Kanalsystem (28) für jede Antriebskammer (24, 25) einen eigenen, den Ventilschieber (15) durchsetzenden Fluidsteuerkanal (32, 33) aufweist, der einenends an einer der beiden Stirnseiten des Ventilschiebers (15) in die sich dort anschließende Antriebskammer (24, 25) ausmündet und andernends am peripheren Außenumfang (34) des Ventilschiebers (15) mit einer Steueröffnung (32b, 33b) ausmündet, die abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers (15) entweder mit dem Speise-Ventilkanal (1) oder mit einem Druckentlastungs-Ventilkanal (3, 5, 82) kommuniziert.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierglied (43) wahlweise in mindestens einer den Ventilschieber (15) axial unbeweglich blockierenden aktiven Stellung und in einer den Ventilschieber (15) zur Ausführung einer axialen Umschaltbewegung (17) freigebenden inaktiven Stellung positionierbar ist, wobei das Blockierglied (43) zweckmäßigerweise bezüglich dem Ventilgehäuse (7) verschwenkbar ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierglied (43) bei elektrisch deaktivierter Antriebseinrichtung (44) durch Federmittel (57) der Blockiereinrichtung (26) in einer den Ventilschieber (15) axial unbeweglich blockierenden aktiven Stellung gehalten ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein und dasselbe Blockierglied (43) ausgebildet ist, um beide Schaltstellungen des Ventilschiebers (15) abwechselnd axial unbeweglich lösbar zu blockieren und/oder dass das Blockierglied (43) in axialer Verlängerung des Ventilschiebers (15) in dem Ventilgehäuse (7) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Mehrwegeventils nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (15) mittels der elektrisch betätigbaren Blockiereinrichtung (26) in jeder Schaltstellung zumindest so lange axial unbeweglich blockiert wird, bis sich in der momentan druckbeaufschlagten Antriebskammer (24, 25) der Antriebsdruck aufgebaut hat, worauf die Blockierung gelöst wird, sodass der Ventilschieber (15) mit einer aus dem Antriebsdruck resultierenden fluidischen Antriebskraft in die andere Schaltstellung bewegt wird.