DE102019211004A1

DE102019211004A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102019211004A1
Application number: DE102019211004.5A
Authority: DE
Inventors: Metin Kayabas
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-01-28
Also published as: US11525466B2; CN112283401A; US20210025409A1

Abstract

Es wird ein Ventil (1) vorgeschlagen, das ein Ventilgehäuse (2) aufweist, in dem ein Gehäuse-Innenraum (3) ausgebildet ist, in dem sich ein axial bewegbarer Ventilschieber (16) befindet. Der Ventilschieber (16) ist durch eine Druckfeder (18) beaufschlagt, die sich über ein Abstützelement (48) am Ventilgehäuse (2) abstützt. Das Abstützelement (48) hat eine Abstützwand (64), von der mehrere Abstützarme (73) wegragen, die den Ventilschieber (16) in jeder Axialposition axial überlappen. An den Abstützarmen (73) sind Führungsflächen (82) zur Linearführung des Ventilschiebers (16) ausgebildet. Die Abstützarme (73) sind federelastisch auslenkbar und haben jeweils eine radiale Abstützfläche (83), mit der sie sich am Ventilgehäuse (2) abstützen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein sich entlang einer Hauptachse erstreckender Gehäuse-Innenraum ausgebildet ist und das eine den Gehäuse-Innenraum an seinem radialen Außenumfang begrenzende Gehäuse-Umfangswand sowie eine den Gehäuse-Innenraum an einer Rückseite begrenzenden Gehäuse-Rückwand aufweist, mit einem in dem Gehäuse-Innenraum angeordneten Ventilschieber, der zur Positionierung in unterschiedlichen Schaltstellungen relativ zu dem Ventilgehäuse unter Veränderung seiner bezüglich dem Ventilgehäuse eingenommenen Axialposition axial verschiebbar ist, und mit einer in dem Gehäuse-Innenraum in einem hinteren Innenraum-Endabschnitt axial zwischen dem Ventilschieber und der Gehäuse-Rückwand angeordneten Druckfeder, durch die der Ventilschieber in eine seiner möglichen Schaltstellungen vorgespannt ist und die sich einerseits an einem der Gehäuse-Rückwand zugewandten hinteren Endabschnitt des Ventilschiebers und andererseits an einer Abstützwand eines sich in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt erstreckenden und axial bezüglich der Gehäuse-Rückwand abgestützten Abstützelementes abstützt.
Bei einem aus der DE 10 2015 221 940 B3 bekannten Ventil dieser Art ist ein Ventilschieber axial verschiebbar in einem Gehäuse-Innenraum eines Ventilgehäuses untergebracht. Eine ebenfalls in dem Gehäuse-Innenraum angeordnete Druckfeder ist axial zwischen dem Ventilschieber und einer Gehäuse-Rückwand des Ventilgehäuses wirksam und spannt den Ventilschieber ständig in eine als Grundstellung fungierende Schaltstellung vor. Durch Fluidbeaufschlagung des Ventilschiebers mittels einer Antriebseinrichtung kann der Ventilschieber in eine an die Gehäuse-Rückwand angenäherte weitere Schaltstellung umgeschaltet werden, wobei die Druckfeder komprimiert wird. Die Abstützung der Druckfeder bezüglich des Ventilgehäuses erfolgt über ein zwischengeschaltetes Abstützelement, das zugleich die Funktion eines beweglichen Verschlussgliedes übernimmt. Vor allem wenn der Ventilschieber aus der Grundstellung herausbewegt ist, können die dann verstärkt auftretenden Federkräfte der Druckfeder dazu führen, dass der Ventilschieber quer zur Hauptachse zur Seite gedrückt wird, was zu Undichtigkeiten und zu einem erhöhten Verschleiß führen kann.
Aus der DE 79 24 113 U1 geht ein Ventil hervor, das über einen in einem Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten Ventilschieber verfügt, der an seinem einen Endbereich durch eine Druckfeder beaufschlagt ist. Der an der Druckfeder angeordnete Endabschnitt des Ventilschiebers taucht axial verschiebbar in eine Führungsbohrung eines Gehäusedeckels des Ventilgehäuses ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die einen funktionssicheren und verschleißarmen Betrieb des Ventils ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass das Abstützelement mehrere sich in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt ausgehend von der Abstützwand axial in Richtung zum Ventilschieber erstreckende, rings um die Hauptachse herum verteilt angeordnete individuelle Abstützarme aufweist, die in bezüglich der Hauptachse radialer Richtung unabhängig voneinander federelastisch auslenkbar sind, wobei die Abstützarme den hinteren Endabschnitt des Ventilschiebers unabhängig von dessen bezüglich des Ventilgehäuses eingenommener Axialposition radial außen axial überlappen und jeweils radial innen eine gleitverschieblich an der radialen Außenumfangsfläche des Ventilschiebers anliegende Führungsfläche und radial außen eine an der Gehäuse-Umfangswand anliegende radiale Abstützfläche aufweisen.
Auf diese Weise ist das Ventil mit einem Abstützelement ausgestattet, das nicht nur zur axialen Abstützung der Druckfeder dient, sondern auch zur radialen Abstützung des hinteren Endabschnittes des Ventilschiebers. Das Abstützelement hat eine Abstützwand, an der sich die Druckfeder abstützt, um den Ventilschieber in eine als Grundstellung fungierende Schaltstellung vorzuspannen. Darüber hinaus hat das Abstützelement mehrere individuelle Abstützarme, die einenends an der Abstützwand angebracht sind und ausgehend von dort in Richtung zum Ventilschieber ragen, wobei sie dessen hinteren Endabschnitt radial außen axial überlappen. Diese Abstützarme dienen zur radialen Abstützung des Ventilschiebers bezüglich des Ventilgehäuses. Diese Abstützwirkung resultiert daraus, dass die Abstützarme mit an ihnen ausgebildeten Führungsflächen unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers ständig radial außen an der Außenumfangsfläche des Ventilschiebers anliegen und sich gleichzeitig mit radial außen an ihnen ausgebildeten Abstützflächen an der den Gehäuse-Innenraum umschließenden Gehäuse-Umfangswand abstützen. Durch die Führungsflächen erfolgt eine radial abgestützte Linearführung des Ventilschiebers an seinem von der Druckfeder beaufschlagten hinteren Endabschnitt. Die zur Abstützung erforderlichen Querkräfte werden von der Gehäuse-Umfangswand aufgebracht, an der sich die Abstützarme mit ihren radialen Abstützflächen abstützen. Aufgrund ihrer Federelastizität sind die Abstützarme in der Lage, sich unabhängig voneinander bezüglich der Gehäuse-Umfangswand auszurichten und dadurch die Führungsflächen so zu platzieren, dass der Ventilschieber sehr exakt koaxial in dem Gehäuse-Innenraum ausgerichtet wird. In diesem Zusammenhang bildet die den Gehäuse-Innenraum radial außen begrenzende Innenumfangsfläche der Gehäuse-Umfangswand zweckmäßigerweise eine Gegen-Abstützfläche, an der die Abstützarme mit ihren Abstützflächen anliegen. Diese Gegen-Abstützfläche ist bevorzugt kreiszylindrisch gestaltet. Da der aus der axialen Überlappung resultierende radiale Führungskontakt zwischen den Abstützarmen und dem Ventilschieber in jeder Axialposition des Ventilschiebers vorliegt, bleibt die radiale Relativlage zwischen dem Ventilschieber und dem Ventilgehäuse unabhängig vom Betriebszustand des Ventils konstant, woraus eine hohe Positionssicherheit in Verbindung mit einer geringen Verschleißanfälligkeit resultiert. Insbesondere wird auf diese Weise verhindert, dass der normalerweise von gummielastischen Dichtungsringen umschlossene Ventilschieber durch die Druckfeder ungleichmäßig an die Dichtungsringe angedrückt wird, wodurch Leckagen und lokale Verschleißerscheinungen auftreten könnten.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Ventils eignet sich für jedwede Ventilart, bei der der Ventilschieber durch eine Druckfeder in eine Schaltstellung vorgespannt ist. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung im Zusammenhang mit Mehrwegeventilen verwenden. Die Anwendung der Erfindung ist unabhängig von der Art des durch das Ventil zu steuernden Fluides, wobei allerdings eine Ausgestaltung zur Steuerung von Druckluft bevorzugt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Ein optimales radiales Anpassungsvermögen für die federelastisch auslenkbaren Abstützarme ergibt sich, wenn zwischen den in der Umfangsrichtung der Hauptachse jeweils zueinander benachbarten Abstützarmen ein offener Längsschlitz ausgebildet ist. Die offenen Längsschlitze begünstigen erforderlichenfalls auch eine Atmungsmöglichkeit innerhalb des Gehäuse-Innenraumes für die beim Umschalten des Ventilschiebers verdrängte Druckluft.
Die Abstützflächen und die Führungsflächen sind mit axialem Abstand zu der Abstützwand an den Abstützarmen angeordnet. Bevorzugt haben die Abstützarme jeweils einen zu der Abstützwand axial beabstandeten Kopfabschnitt, an dem jeweils eine der Führungsflächen und eine der radialen Abstützflächen ausgebildet ist. Der Kopfabschnitt ist über einen sich axial erstreckenden Stegabschnitt mit der Abstützwand verbunden, wobei der Stegabschnitt in der bezüglich der Hauptachse radialen Richtung zweckmäßigerweise eine derart begrenzte Dicke hat, dass der Kopfabschnitt bezüglich des Stegabschnittes sowohl radial außen als auch radial innen vorsteht. Somit ist der Stegabschnitt bezüglich sowohl der Führungsfläche als auch der radialen Abstützfläche radial zurückversetzt.
Die Abstützarme sind zweckmäßigerweise mit Ausnahme des von der radialen Abstützfläche eingenommenen Abschnittes über ihre gesamte Länge hinweg mit radialem Abstand zur InnenUmfangsfläche der Gehäuse-Umfangswand angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die radiale Abstützwirkung an den Abstützarmen auf die Abstützfläche beschränkt.
Die radiale Außenumfangsfläche des Ventilschiebers ist zweckmäßigerweise zumindest an dem mit den Führungsflächen der Abstützelemente zusammenwirkenden hinteren Endabschnitt kreiszylindrisch geformt. Bevorzugt hat der Ventilschieber über seine gesamte axiale Länge hinweg eine kreiszylindrische Außenkontur, die sich allerdings zweckmäßigerweise aus Längenabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zusammensetzt, um die angestrebte Fluidsteuerfunktion des Ventilschieber zu ermöglichen. Die Führungsflächen der Abstützarme sind bevorzugt jeweils komplementär zu dem an ihnen anliegenden Abschnitt der Außenumfangsfläche des Ventilschiebers konkav gekrümmt. Auf diese Weise kann eine großflächige Anlage zwecks verschleißarmer Linearführung erreicht werden.
Damit die Druckfeder in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt des Gehäuse-Innenraumes sicher radial gehalten ist, verfügt das Abstützelement zweckmäßigerweise über einen zentral angeordneten, sich ausgehend von der Abstützwand axial in Richtung zu dem Ventilschieber erstreckenden Zentrierdorn, auf den die Druckfeder koaxial ausgesteckt ist. Die Druckfeder ist unabhängig vom Vorhandensein eines Zentrierdorns zweckmäßigerweise als eine Schraubenfeder ausgebildet. Bevorzugt hat der Zentrierdorn eine größere axiale Länge als die Abstützarme, sodass er die Abstützarme an der dem Ventilschieber zugewandten Seite axial überragt.
Letzteres ist vor allem dann von Vorteil, wenn der Ventilschieber an seinem hinteren Endabschnitt eine zu der Gehäuse-Rückwand hin offene Ausnehmung hat, in die die Druckfeder mit einem Längenabschnitt eintaucht. In diese Ausnehmung kann bei entsprechender Schaltstellung des Ventilschiebers auch der vordere Endabschnitt des Zentrierdorns in die Ausnehmung eintauchen. Innerhalb der Ausnehmung weist der Ventilschieber zweckmäßigerweise eine axial der Gehäuse-Rückwand zugewandte Abstützfläche auf, an der die Druckfeder stirnseitig anliegt, um die gewünschte Vorspannung zu erzeugen.
Es ist prinzipiell möglich, das Abstützelement als integralen Bestandteil des Ventilgehäuses auszubilden und insbesondere in die Gehäuse-Rückwand zu integrieren. In diesem Fall ist das Abstützelement dadurch axial bezüglich der Gehäuse-Rückwand abgestützt, dass sie in Baueinheit mit dieser Gehäuse-Rückwand ausgeführt ist. Mit anderen Wort ist die Abstützwand in diesem Fall von einem Abschnitt der Gehäuse-Rückwand gebildet.
Als wesentlich vorteilhafter wird allerdings eine Ausgestaltung des Ventils angesehen, bei der das Abstützelement ein bezüglich des Ventilgehäuses gesondertes Bauteil ist, das als separater Einsatz in den hinteren Innenraum-Endabschnitt des Gehäuse-Innenraumes eingesetzt ist und das sich axial an einer dem Gehäuse-Innenraum zugewandten inneren Wandfläche der Gehäuse-Rückwand abstützt, wobei die Gehäuse-Rückwand ein bezüglich des Abstützelementes gesondertes Bauteil ist. Bevorzugt liegt zwischen dem Abstützelement und der Gehäuse-Rückwand keine feste Verbindung vor, sondern das Abstützelement stützt sich lediglich axial einseitig an der Gehäuse-Rückwand ab, indem es durch die Druckfeder axial innen an eine innere Wandfläche der Gehäuse-Rückwand angedrückt wird.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Gehäuse-Rückwand von einem separaten Gehäusedeckel des Ventilgehäuses gebildet ist, der - insbesondere lösbar - an einem die Gehäuse-Umfangswand definierenden Gehäuse-Hauptkörper des Ventilgehäuses befestigt ist. In diesem Fall kann das Einsetzen des Abstützelementes in dem Gehäuse-Innenraum im noch nicht montierten Zustand des Gehäusedeckels erfolgen.
Das Abstützelement ist bevorzugt insgesamt einstückig ausgebildet und aus Kunststoff gefertigt. Es kann sehr kostengünstig als Kunststoff-Spritzgießteil hergestellt werden.
Die Abstützwand des Abstützelementes ist bevorzugt scheibenförmig ausgebildet. Sie kann zur Materialeinsparung über eine sehr geringe axiale Dicke verfügen.
In den sich radial innen an die Abstützarme anschließenden Bereichen verfügt die scheibenförmig ausgebildete Abstützwand zweckmäßigerweise jeweils über eine axial durchgehende Wanddurchbrechung. Dadurch ergibt sich eine optimale Materialausnutzung in Kombination mit der Möglichkeit einer einfachen Fertigung. Außerdem wird dadurch eine Spritzgießfertigung begünstigt.
Die bevorzugt scheibenförmig ausgebildete Abstützwand des Abstützelementes hat zweckmäßigerweise eine radiale Außenumfangsfläche, die als eine Zentrierfläche fungiert, die zur bezüglich der Hauptachse koaxialen Zentrierung des Abstützelementes innerhalb des hinteren Innenraum-Endabschnittes an der Innenumfangsfläche der Gehäuse-Umfangswand anliegt. Diese Zentrierfläche kann ununterbrochen kreiszylindrisch gestaltet sein. Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführungsform angesehen, bei der die Abstützwand in den sich radial außen an die Abstützarme anschließenden Bereichen jeweils eine die Zentrierfläche unterbrechende, nach radial außen hin offene Wandaussparung hat. Auf diese Weise setzt sich die Zentrierfläche aus einer Mehrzahl von beabstandet zueinander um die Hauptachse herum verteilten Zentrierflächenabschnitten zusammen.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in der Innenumfangsfläche der Gehäuse-Umfangswand im Bereich des hinteren Innenraum-Endabschnittes eine nach radial innen hin offene ringnutartige Haltevertiefung ausgebildet ist, wobei jeder Abstützarm über einen radial nach außen ragenden Haltevorsprung verfügt, der in diese Haltevertiefung radial eingreift. Diese Ausstattung ermöglicht es, das Abstützelement beim Zusammenbau des Ventils im durch die Druckfeder beaufschlagten Zustand in einer Vormontageposition an der Gehäuse-Umfangswand formschlüssig zu fixieren. Somit können weitere Montagearbeiten bezüglich des Ventils ausgeführt werden, ohne dass die Notwendigkeit bestünde, das durch die Druckfeder beaufschlagte Abstützelement gesondert festzuhalten. Das Abstützelement ist also durch die in die Haltevertiefung eingreifenden Haltevorsprünge zum Verhindern eines durch die Druckfeder hervorgerufenen Herausdrückens aus dem Gehäuse-Innenraum axial formschlüssig an der Gehäuse-Umfangswand axial abstützbar. Beim axialen Einstecken des Abstützelementes in den hinteren Innenraum-Endabschnitt sind die Abstützarme aufgrund ihrer Federelastizität in der Lage, kurzzeitig nach axial innen ausgelenkt zu werden, bis die Haltevorsprünge die Haltevertiefung erreichen und in selbige einrasten.
Die vorstehend geschilderte Ausgestaltung ist vor allem dann von Vorteil, wenn das Abstützelement gesondert zu einem die Gehäuse-Rückwand bildenden Gehäusedeckel des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Hier besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Abstützelement zunächst in die Vormontageposition einzustecken und es danach durch den Gehäusedeckel bei dessen anschließendem Ansetzen vollends in die der Gebrauchsposition entsprechende gewünschte Endmontageposition zu verschieben. In dieser Endmontageposition hat die Druckfeder dann die für den Betrieb des Ventils angestrebte Federvorspannung.
Insbesondere im Zusammenhang mit der vorgenannten Montagemöglichkeit ist es zweckmäßig, wenn die in der Achsrichtung der Hauptachse gemessene Breite der ringnutartigen Haltevertiefung größer ist als die entsprechend gemessene Breite des jeweils zugeordneten Haltevorsprunges. Dadurch ist das Abstützelement im in die Haltevertiefungen eingreifenden, die Vormontageposition einnehmenden Zustand der Haltevorsprünge relativ zu der Gehäuse-Umfangswand begrenzt axial beweglich.
Das erfindungsgemäße Ventil dient zur Steuerung der Strömung eines Fluides. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Druckluft oder um ein anderes gasförmiges oder flüssiges Druckmedium. Zweckmäßigerweise sind in dem Gehäuse-Innenraum koaxial zu der Hauptachse mehrere ringförmige Dichtungseinheiten axial aufeinanderfolgend gehäusefest angeordnet, die jeweils einen zum abdichtenden Zusammenwirken mit der radialen Außenumfangsfläche des Ventilschiebers ausgebildeten gummielastischen Dichtungsring umfassen. Zwischen axial benachbarten Dichtungseinheiten liegende Abschnitte des Gehäuse-Innenraumes sind jeweils mit einem das Ventilgehäuse durchsetzenden Ventilkanal verbunden, der zu einer Außenfläche des Ventilgehäuse ausmündet, um bestimmungsgemäße Anschlussmaßnahmen vornehmen zu können. Abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers werden die Ventilkanäle mit unterschiedlichem Muster fluidisch miteinander verbunden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein an das Ventil angeschlossener fluidbetätigter Antrieb mit Fluidkraft betätigt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Ventil als ein monostabiles Mehrwegeventil ausgebildet, dessen Ventilschieber zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist. Eine der beiden Schaltstellungen repräsentiert eine durch die Beaufschlagung der Druckfeder vorgegebene stabile Grundstellung. Das Ventil hat eine Antriebseinrichtung, durch die das Ventilglied zum Verlagern aus der Grundstellung und zum Umschalten in die andere Schaltstellung mit einer Antriebskraft beaufschlagbar ist. Nach Wegnahme der Antriebkraft kehrt der Ventilschieber aufgrund der Federvorspannung wieder in die Grundstellung zurück. Diese Antriebskraft kann beispielsweise eine Magnetkraft sein, wenn die Antriebseinrichtung von einer Elektromagneteinrichtung gebildet ist. Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung allerdings als eine Vorsteuerventileinrichtung ausgeführt, die elektrisch betätigbar ist und eine gesteuerte Beaufschlagung des Ventilschiebers mit einem Steuerfluid ermöglicht, das die Antriebskraft als Fluidkraft bereitstellt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils, wobei der Ventilschieber bei Einnahme einer ersten Schaltstellung gezeigt ist, bei der es sich um eine durch die Druckfeder hervorgerufene Grundstellung handelt,
2 den in 1 strichpunktiert umrahmten Endabschnitt des Ventils in einer vergrößerten Darstellung, wobei der Längsschnitt der Schnittebene II-II aus den 4 und 5 entspricht,
3 den gleichen Ausschnitt wie 2, jedoch in einer zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers, in der die Druckfeder komprimiert ist,
4 eine Einzeldarstellung des bei dem Ventil der 1 bis 3 eingesetzten Abstützelementes in einer isometrischen Darstellung,
5 das Abstützelement der 4 aus einem anderen Blickwinkel,
6 den aus 2 und 3 ersichtlichen Endabschnitt des Ventils vor dem Zusammenbau des Ventils, wobei das Abstützelement und ein Gehäusedeckel noch demontiert sind, und
7 eine weitere Situation beim Zusammenbau des Ventils, wobei das Abstützelement unter Einnahme einer Vormontageposition im Gehäuse-Innenraum vorfixiert ist.

Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventil dient zur Steuerung der Strömung eines fluidischen Druckmediums, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt.
Das Ventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2, in dem ein eine Längserstreckung aufweisender Gehäuse-Innenraum 3 ausgebildet ist. Der Gehäuse-Innenraum 3 hat eine strichpunktiert angedeutete Hauptachse 4, die von der mittigen Längsachse des Gehäuse-Innenraumes 3 gebildet ist.
Das Ventilgehäuse 2 hat eine den Gehäuse-Innenraum an seinem radialen Außenumfang begrenzende Gehäuse-Umfangswand 5. Es hat außerdem eine den Gehäuse-Innenraum 3 an einer Rückseite 6 des Ventils 1 verschließende Gehäuse-Rückwand 7. An einer Vorderseite 8 ist der Gehäuse-Innenraum 3 von einer Gehäuse-Vorderwand 9 begrenzt.
Das Ventilgehäuse 2 ist mehrteilig ausgebildet und hat einen die Gehäuse-Umfangswand 5 bildenden Gehäuse-Hauptkörper 12. Die Gehäuse-Rückwand 7 ist bevorzugt von einem bezüglich des Gehäuse-Hauptkörpers 12 separaten Gehäusedeckel 13 gebildet, der zur besseren Unterscheidung im Folgenden auch als hinterer Gehäusedeckel 13 bezeichnet wird. Der hintere Gehäusedeckel 13 ist an der rückwärtigen Stirnseite des Gehäuse-Hauptkörpers 12 angesetzt und beispielsweise durch eine Schraubverbindung an dem Gehäuse-Hauptkörper 12 befestigt.
Auch die Gehäuse-Vorderwand 9 ist zweckmäßigerweise ein bezüglich des Gehäuse-Hauptkörpers 12 separates Bauteil und bildet exemplarisch einen an eine vordere Stirnseite des Gehäuse-Hauptkörpers 12 angebauten vorderen Gehäusedeckel 14.
Zweckmäßigerweise gehört der vordere Gehäusedeckel 14 zu einer elektrisch betätigbaren Antriebseinrichtung 15, durch die sich das Ventil 1 mittels elektrischer Betätigungssignale wunschgemäß betätigen lässt.
In dem Gehäuse-Innenraum 3 erstreckt sich koaxial ein eine Längsgestalt aufweisender Ventilschieber 16. Der Ventilschieber 16 ist kürzer als der Gehäuse-Innenraum 3, sodass er unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Umschaltbewegung 17 zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbar ist. In den 1 und 2 ist eine erste Schaltstellung gezeigt, in der der Ventilschieber 16 eine an die Gehäuse-Vorderwand 9 angenäherte Axialposition innerhalb des Gehäuse-Innenraumes 3 einnimmt. In 1 strichpunktiert angedeutet und in 3 abgebildet ist eine mögliche zweite Schaltstellung des Ventilschiebers 16, in der der Ventilschieber 16 eine an den hinteren Gehäusedeckel 13 angenäherte Axialposition innerhalb des Gehäuse-Innenraumes 3 einnimmt.
Die erste Schaltstellung des Ventilschiebers 16 ist eine im unbetätigten Zustand des Ventils 1 vorliegende Grundstellung. Sie wird durch eine mechanische Druckfeder 18 hervorgerufen, die in dem Gehäuse-Innenraum 3 axial zwischen dem Ventilschieber 16 und der Gehäuse-Rückwand 7 angeordnet ist. Sie stützt sich unabhängig von der Axialposition des Ventilschiebers 16 jeweils mit einem vorderen Endbereich 22 an dem Ventilschieber 16 und mit einem hinteren Endbereich 23 an der Gehäuse-Rückwand 7 beziehungsweise an dem hinteren Gehäusedeckel 13 ab.
Der Längenabschnitt des Gehäuse-Innenraumes 3, in dem sich die Druckfeder 18 befindet, sei im Folgenden als hinterer Innenraum-Endabschnitt 24 bezeichnet.
Der Ventilschieber 16 hat einen der Rückseite 6 zugewandten hinteren Endabschnitt 25 und einen der Vorderseite 8 zugewandten vorderen Endabschnitt 26. Die Druckfeder 18 wirkt auf den hinteren Endabschnitt 25 ein.
Mittels der Antriebseinrichtung 15 kann der Ventilschieber 16 im Bereich seines vorderen Endabschnittes 26 gesteuert mit einer Antriebskraft beaufschlagt werden, die der Federkraft der Druckfeder 18 entgegenwirkt. Durch entsprechende Betätigung der Antriebseinrichtung 15 ist es somit möglich, eine derart große Antriebskraft auf den Ventilschieber 16 auszuüben, dass selbiger sich unter Überwindung der Federkraft der Druckfeder 18 in die aus 2 ersichtliche zweite Schaltstellung bewegt. Dort verharrt der Ventilschieber 16, bis die Antriebskraft wieder weggenommen wird. Nach Wegnahme der Antriebskraft wird der Ventilschieber 16 durch die Federkraft der Druckfeder 18 wieder in die erste Schaltstellung gemäß 1 und 2 zurückgeschoben.
Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung 15 als eine elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung 27 ausgebildet, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Die Vorsteuerventileinrichtung 27 enthält beispielsweise einen Elektromagnet 28 und kann auf der Grundlage elektrischer Betätigungssignale, die an einer elektrischen Anschlusseinrichtung 32 zuführbar sind, den vorderen Endabschnitt 26 des Ventilschiebers 16 mit einem die Antriebskraft hervorrufenden Steuerfluid beaufschlagen. Exemplarisch hat der Ventilschieber 16 an seinem vorderen Endabschnitt 26 einen Antriebskolben 33, der eine Antriebskammer 34 begrenzt, in die ein Antriebskanal 35 der Vorsteuerventileinrichtung 27 einmündet. Die Vorsteuerventileinrichtung 27 ist über diverse Vorsteuerkanäle 36 an eine Steuerdruckquelle PS und an eine Drucksenke R, insbesondere die Atmosphäre, angeschlossen, sodass die Antriebskammer 34 durch entsprechende Betätigung der Vorsteuerventileinrichtung 27 über den Antriebskanal 35 entweder mit dem Steuerdruck beaufschlagbar oder druckmäßig entlastbar ist.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Ventil 1 um ein direkt betätigtes Ventil, bei dem die Antriebskraft beispielsweise direkt durch eine elektromagnetische Antriebseinrichtung in den Ventilschieber 16 eingeleitet wird.
Der Ventilschieber 16 ist außen zweckmäßigerweise kreiszylindrisch gestaltet. Er kann daher auch als Kolbenschieber bezeichnet werden. Er hat mehrere als Verschlussabschnitte 37 bezeichnete Längenabschnitte, die mit axialem Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Verschlussabschnitte 37 jeweils durch einen Verbindungsabschnitt 38 miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsabschnitte 38 einen kleineren Außendurchmesser haben als die Verschlussabschnitte 37. Somit hat die radiale Außenumfangsfläche 42 des Ventilschiebers 16 in der Achsrichtung der Hauptachse 4 eine abgestufte Kontur mit sich abwechselnden kreiszylindrischen Flächenabschnitten unterschiedlichen Durchmessers.
In dem Gehäuse-Innenraum 3 sind gehäusefest mehrere koaxial zu der Hauptachse 4 ausgerichtete ringförmige Dichtungseinheiten 43 in axialem Abstand zueinander aufeinanderfolgend angeordnet. Jede dieser ringförmigen Dichtungseinheiten 43 hat einen gummielastischen Dichtungsring 44 mit einer radial nach innen weisenden ringförmigen Dichtfläche. Der Ventilschieber 16 erstreckt sich durch die Dichtungseinheiten 43 und somit auch durch die Dichtungsringe 44 hindurch. Diejenigen Dichtungseinheiten 43, die abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers 16 einen der Verschlussabschnitte 37 umschließen, liegen mit der Dichtfläche ihres Dichtungsringes 44 mit einer Abdichtwirkung gleitverschieblich an der radialen Außenumfangsfläche 42 des Ventilschiebers 16 an.
Beispielhaft verfügen die Dichtungseinheiten 43 jeweils über eine ringförmige Haltestruktur 45, über die sie an der Gehäuse-Umfangswand 5 fixiert sind und an denen jeweils einer der Dichtungsringe 44 gehalten ist.
Die zwischen jeweils zwei axial benachbarten Dichtungseinheiten 43 liegenden Abschnitte des Gehäuse-Innenraumes 3 sind jeweils mit einem von mehreren das Ventilgehäuse durchsetzenden Ventilkanälen 46 fluidisch verbunden. Abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers 16 werden die axial beidseits einer jeweiligen Dichtungseinheit 43 liegenden Abschnitte des Gehäuse-Innenraumes 3 und somit auch die damit verbundenen Ventilkanäle 46 entweder fluidisch miteinander verbunden oder fluiddicht voneinander abgetrennt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Ventilkanäle 46 einen mit einer externen Druckfluidquelle verbindbaren Speisekanal, zwei mit einem zu betätigenden Verbraucher verbindbare Arbeitskanäle und zwei mit einer Drucksenke verbundene Entlastungskanäle. In den beiden Schaltstellungen des Ventilschiebers 16 werden die beiden Arbeitskanäle abwechselnd mit dem Speisekanal oder mit einem Entlastungskanal verbunden. Bei dem angeschlossenen Verbraucher handelt es sich beispielsweise um einen fluidbetätigten Antrieb.
Die der Gehäuse-Rückwand 7 am nächsten liegende Dichtungseinheit 43, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als hintere Dichtungseinheit 43a bezeichnet wird, trennt einen mit einem Ventilkanal 46 verbundenen Abschnitt des Gehäuse-Innenraumes 3 von einem als Federaufnahmekammer 47 bezeichneten Längenabschnitt ab, der rückseitig von der Gehäuse-Rückwand 7 begrenzt ist und in dem sich die Druckfeder 18 befindet.
Der hintere Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 bildet einen der Verschlussabschnitte 37. Die hintere Dichtungseinheit 43a liegt mit ihrer radial nach innen weisenden ringförmigen Dichtfläche gleitverschieblich an dem am hinteren Endabschnitt 25 ausgebildeten Flächenabschnitt der radialen Außenumfangsfläche 42 des Ventilschiebers 16 an. Der Ventilschieber 16 ragt mit seinem hinteren Endabschnitt 25 koaxial in die Federaufnahmekammer 47 hinein.
In dem hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 des Gehäuse-Innenraumes 3 ist ein Abstützelement 48 angeordnet, das bevorzugt als ein bezüglich des Ventilgehäuses 2 und somit auch bezüglich des hinteren Gehäusedeckels 13 separates Bauteil ausgebildet ist. Die Montage des Abstützelementes 48 erfolgt dergestalt, dass es im von dem Gehäuse-Hauptkörper 12 abgenommenen Zustand des hinteren Gehäusedeckels 13 gemäß Pfeil 52 in 6 durch die dann freiliegende hintere Öffnung 53 des Gehäuse-Innenraumes 3 hindurch in den hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 axial eingesteckt wird. Das Abstützelement 48 definiert somit einen bezüglich des Ventilgehäuses 2 separaten Einsatz.
Bei dem Abstützelement 48 handelt es sich zweckmäßigerweise um einen einstückigen Körper, der bevorzugt aus Kunststoff besteht. Er ist beispielsweise aus einem Polyamid gefertigt.
Das Abstützelement 48 hat eine dem hinteren Gehäusedeckel 13 zugewandte hintere axiale Stirnfläche 54. Sie liegt an der den Gehäuse-Innenraum 3 verschließenden inneren Wandfläche 55 des hinteren Gehäusedeckels 13 an.
Das Abstützelement 48 hat eine der hinteren axialen Stirnfläche 54 entgegengesetzte, axial der Vorderseite 8 zugewandte Abstützfläche 56, die zur besseren Unterscheidung auch als vordere axiale Abstützfläche 56 bezeichnet wird. Die Druckfeder 18 liegt mit ihrem hinteren Endbereich 23 an dieser vorderen axialen Abstützfläche 56 an.
Der hintere Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 weist eine dem hinteren Gehäusedeckel 13 zugewandte hintere axiale Abstützfläche 57 auf, an der sich die Druckfeder 18 mit ihrem vorderen Endbereich 22 abstützt. Durch die Druckfeder 18 wird der Ventilschieber 16 in die erste Schaltstellung gemäß 1 und 2 vorgespannt, die dadurch definiert ist, dass der Ventilschieber 16 an einer Anschlagfläche 58 des Ventilgehäuses 2 anliegt. Exemplarisch ist diese Anschlagfläche 58 an der Gehäuse-Vorderwand 9 ausgebildet. Dadurch, dass die Druckfeder 18 auch an der vorderen axialen Abstützfläche 56 des Abstützelementes 48 anliegt, drückt sie das Abstützelement 48 gegen die innere Wandfläche 55 des hinteren Gehäusedeckels 13.
Der axiale Abstand zwischen der hinteren axialen Abstützfläche 57 des die erste Schaltstellung einnehmenden Ventilschiebers 16 und der vorderen axialen Abstützfläche 56 des sich an den hinteren Gehäusedeckel 13 abstützenden Abstützelementes 48 ist so gewählt, dass die Druckfeder 18 eine gewisse Komprimierung aufweist und somit der Ventilschieber 16 durch eine Federkraft der Druckfeder 18 in der ersten Schaltstellung gehalten wird.
Die hintere axiale Abstützfläche 57 ist zweckmäßigerweise von der Grundfläche einer in dem hinteren Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 ausgebildeten Ausnehmung 62 gebildet, die axial zu der hinteren Gehäuse-Rückwand 7 hin offen ist. Der Ventilschieber 16 endet im Bereich seines hinteren Endabschnittes 25 mit einer ringförmigen hinteren Stirnfläche 63, die die Öffnung der Ausnehmung 62 umrahmt.
Die Druckfeder 18 taucht mit einem den vorderen Endbereich 22 aufweisenden Längenabschnitt in die Ausnehmung 62 ein.
Der Aufbau der Druckfeder 18 ist prinzipiell beliebig. Bevorzugt ist sie als Schraubenfeder ausgebildet, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Die Druckfeder 18 ist entsprechend des Ausführungsbeispiels bevorzugt einteilig, kann allerdings auch einen mehrteiligen Aufbau haben.
Das Abstützelement 48 hat eine sich in einer zu der Hauptachse 4 rechtwinkeligen Ausdehnungsebene erstreckende Abstützwand 64. Bevorzugt und entsprechend des Ausführungsbeispiels ist die Abstützwand 64 scheibenförmig ausgebildet. Die Abstützwand 64 bildet den der Gehäuse-Rückwand 7 zugewandten hinteren Endabschnitt des Abstützelementes 48. Die hintere axiale Stirnfläche 54 befindet sich rückseitig an der Abstützwand 64.
Das Abstützelement 48 hat eine mittige Längsachse 65. Diese Längsachse 65 fällt mit der Hauptachse 4 zusammen. Um diese koaxiale Ausrichtung zu gewährleisten, hat die Abstützwand 64 einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des hinteren Innenraum-Endabschnittes 24 entspricht. Dadurch bildet die radiale Außenumfangsfläche der Abstützwand 64 eine Zentrierfläche 66, die in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 an der den Gehäuse-Innenraum 3 radial außen umschließenden Innenumfangsfläche 67 der Gehäuse-Umfangswand 5 anliegt. Auf diese Weise ist das Abstützelement 48 bezüglich des Gehäuse-Innenraumes 3 koaxial zentriert.
Die vordere axiale Abstützfläche 56 für die Druckfeder 18 befindet sich an der dem Ventilschieber 16 zugewandten vorderen axialen Wandfläche der Abstützwand 64.
Damit die Druckfeder 18 mit ihrem hinteren Endbereich 23 stets zuverlässig an der vorderen axialen Abstützfläche 56 anliegt, ist es vorteilhaft, wenn das Abstützelement 48 einen zentral angeordneten, sich ausgehend von der Abstützwand 64 axial in Richtung zu dem Ventilschieber 16 erstreckenden Zentrierdorn 68 aufweist, auf den die Druckfeder 18 mit ihrem den hinteren Endbereich 23 aufweisenden Längenabschnitt aufgesteckt ist. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist das Abstützelement 48 mit einem solchen Zentrierdorn 68 ausgestattet, der rückseitig einstückig mit der Abstützwand 64 verbunden ist. Der Zentrierdorn 68 hat bevorzugt eine kreiszylindrische Außenmantelfläche. Bevorzugt ist er rohrförmig ausgebildet und hat eine zu seiner der Abstützwand 64 abgewandten vorderen Stirnfläche 72 hin offene Ausnehmung.
Das Abstützelement 48 bewirkt unabhängig von der Axialposition des Ventilschiebers 16 eine Querabstützung des hinteren Endabschnittes 25 des Ventilschiebers 16 bezüglich des Ventilgehäuses 2 und insbesondere bezüglich der Gehäuse-Umfangswand 5.
Um diese Abstützwirkung zu entfalten, verfügt das Abstützelement 48 über mehrere individuelle Abstützarme 73, die sich jeweils in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 ausgehend von der Abstützwand 64 axial in Richtung zum Ventilschieber 16 erstrecken und rings um die Hauptachse 4 herum verteilt angeordnet sind. Die Abstützarme 73 sind zu der Hauptachse 4 radial beabstandet. Diese Anordnung resultiert daraus, dass die Abstützarme 73 jeweils mit einem hinteren Endabschnitt 74 in einem radialen Abstand zu der Längsachse 65 einstückig mit der Abstützwand 64 verbunden sind. Die Abstützarme 73 sind um die Längsachse 65 herum verteilt. Bevorzugt handelt es sich um eine regelmäßige Verteilung. Jeder Abstützarm 73 hat einen vorderen Endabschnitt 75, der von der Abstützwand 64 wegweist und mit dem der betreffende Abstützarm 73 frei endet.
Gemeinsam umschließen die Abstützarme 73 einen an der der Abstützwand 64 entgegengesetzten Vorderseite offenen Abstützelement-Innenraum 76, in den die Druckfeder 18 mit ihrem hinteren Längenabschnitt eintaucht.
Wenn das Abstützelement 48 entsprechend dem Ausführungsbeispiel einen Zentrierdorn 68 aufweist, sind die Abstützarme 73 mit radialem Abstand zu dem Zentrierdorn 68 um den Zentrierdorn 68 herum verteilt. Der Abstützelement-Innenraum 76 ist in diesem Fall ringförmig strukturiert und befindet sich koaxial zwischen dem Zentrierdorn 68 und der Anordnung von Abstützarmen 73.
Jeder Abstützarm 73 ist unabhängig von den anderen Abstützarmen 73 in einer bezüglich der Längsachse 65 und somit auch bezüglich der Hauptachse 4 radialen Richtung federelastisch auslenkbar. Die mögliche Auslenkbewegung 77 ist durch Doppelpfeile illustriert. Die Federelastizität ergibt sich aus dem verwendeten Material und daraus, dass die Abstützarme 73 in bezüglich der Längsachse 65 radialer Richtung relativ dünn sind.
Das Abstützelement 48 des Ausführungsbeispiels verfügt über fünf Abstützarme 73.
Zwischen in der Umfangsrichtung der Längsachse 65 beziehungsweise der Hauptachse 4 jeweils unmittelbar benachbarten Abstützarmen 73 ist jeweils ein offener Längsschlitz 78 ausgebildet, der eine optimale radiale Schwenkbeweglichkeit für die Abstützarme 73 gewährleistet. Die Längsschlitze 78 sind radial durchgehend. Axial vorne sind sie offen, während sie axial rückseitig durch die Abstützwand 64 verschlossen sind.
Die in der Achsrichtung der Hauptachse 4 gemessene Länge der Abstützarme 73 ist so gewählt, dass die Abstützarme 73 den hinteren Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 unabhängig von dessen in dem Gehäuse-Innenraum eingenommener Axialposition radial außen axial überlappen. In jeder möglichen Axialposition des Ventilschiebers 16 taucht der Ventilschieber 16 mit seinem hinteren Endabschnitt 25 derart in den Abstützelement-Innenraum 76 ein, dass er im Bereich seines radialen Außenumfanges von den vorderen Endabschnitten 75 der Abstützarme 73 flankiert ist. Die axiale Überlappungslänge ist in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers 16 am geringsten und in der zweiten Schaltstellung am größten.
Jeder Abstützarm 73 hat in dem den Ventilschieber 16 überlappenden Bereich an seiner der Hauptachse 4 beziehungsweise der Längsachse 65 zugewandten radialen Innenseite eine Führungsfläche 82. Mit dieser Führungsfläche 82 liegt jeder Abstützarm 73 im Bereich des hinteren Endabschnittes 25 gleitverschieblich an der radialen Außenumfangsfläche 62 des Ventilschiebers 16 an, und zwar in jeder von dem Ventilschieber 16 bezüglich des Ventilgehäuses 2 eingenommenen Axialposition. Bei der Umschaltbewegung 17 verändert sich lediglich die axiale Überlappungslänge zwischen der radialen Außenumfangsfläche 42 und der daran anliegenden Führungsfläche 82.
Jeder Abstützarm 73 hat an seiner von der Längsachse 65 beziehungsweise der Hauptachse 4 wegweisenden radialen Außenseite eine radial nach außen weisende Abstützfläche 83, die im Folgenden als radiale Abstützfläche 83 bezeichnet wird. Die radiale Abstützfläche 83 ist wie die am gleichen Abstützarm 73 angeordnete Führungsfläche 82 mit axialem Abstand zu der Abstützwand 64 angeordnet.
Jeder Abstützarm 73 liegt mit seiner radialen Abstützfläche 83 an der das Abstützelement 48 umschließenden Gehäuse-Umfangswand 5 an. Die Innenumfangsfläche 67 der Gehäuse-Umfangswand 5 bildet im Bereich des hinteren Innenraum-Endabschnittes 24 eine radial nach innen weisende Gegen-Abstützfläche 84, an der die Abstützarme 73 mit ihren radialen Abstützflächen 83 anliegen.
Somit werden in den hinteren Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 eingeleitete Querkräfte unter Zwischenschaltung der Abstützarme 73 von der Gehäuse-Umfangswand 5 aufgenommen. Somit wird eine ungleichförmige Belastung der Dichtungsringe 44 und insbesondere des Dichtungsringes 44 der hinteren Dichtungseinheit 43a vermieden. Die besagten Querkräfte werden insbesondere von der Druckfeder 18 hervorgerufen, wenn selbige beim Umschalten in die zweite Schaltstellung zunehmend komprimiert wird.
Aufgrund ihrer Federelastizität können sich die Abstützarme 73 über ihre radialen Abstützflächen 83 individuell an der Gegen-Abstützfläche 84 ausrichten, sodass der von den Führungsflächen 82 umrahmte Querschnitt exakt koaxial zu dem Gehäuse-Innenraum 3 orientiert ist und dementsprechend der Ventilschieber 16 an seinem hinteren Endabschnitt 25 mit exakter Koaxiallage linear verschiebbar geführt wird.
Bevorzugt sind die Führungsfläche 82 und die radiale Abstützfläche 83 an jedem Abstützarm 73 an einem zu der Abstützwand 84 axial beabstandeten Kopfabschnitt 85 ausgebildet. Dieser Kopfabschnitt 85 definiert zweckmäßigerweise den vorderen Endabschnitt 75 des betreffenden Abstützarmes 73. Zwischen dem Kopfabschnitt 85 und der Abstützwand 64 erstreckt sich ein Stegabschnitt 86 des Abstützarmes 73, der bevorzugt lamellenförmig ausgebildet ist und der für die Flexibilität des Abstützarmes 73 maßgeblich verantwortlich ist.
Der Kopfabschnitt 85 hat bevorzugt in bezüglich der Längsachse 65 radialer Richtung eine größere Dicke als der Stegabschnitt 86, wobei er den Stegabschnitt 86 sowohl radial außen als auch radial innen überragt. Radial außen an dem Kopfabschnitt 85 befindet sich die radiale Abstützfläche 83, während radial innen an dem Kopfabschnitt 85 die Führungsfläche 82 ausgebildet ist.
Wie man insbesondere den 2 und 3 gut entnehmen kann, sind die Abstützarme 73 zweckmäßigerweise abgesehen von der radialen Abstützfläche 83 über ihre gesamte Länge hinweg mit einem radialen Abstand zur Innenumfangsfläche 67 der Gehäuse-Umfangswand 5 angeordnet.
Die Innenumfangsfläche 67 der Gehäuse-Umfangswand 5 ist zweckmäßigerweise zumindest in dem die Gegen-Abstützfläche 84 bildenden Bereich kreiszylindrisch gestaltet. Die radialen Abstützflächen 83 haben zweckmäßigerweise die gleiche bogenförmige Krümmung, sodass sie jeweils vollflächig an der Gegen-Abstützfläche 84 anliegen. Bevorzugt ist die gesamte Innenumfangsfläche 67 kreiszylindrisch.
Die Kontur der Führungsflächen 82 entspricht zweckmäßigerweise derjenigen der radialen Außenumfangsfläche 42 des Ventilschiebers 16 in dem mit den Führungsflächen 82 in Kontakt stehenden Bereich. Wenn entsprechend dem Ausführungsbeispiel die radiale Außenumfangsfläche 82 an dem hinteren Endabschnitt 25 des Ventilschiebers 16 kreiszylindrisch gestaltet ist, haben auch die Führungsflächen 82 jeweils eine entsprechende bogenförmige Krümmung.
Bevorzugt sind die Abstützarme 73 jeweils über ihre gesamte Länge hinweg mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt versehen, sodass die radiale Außenfläche konvex gekrümmt und die radiale Innenfläche konkav gekrümmt ist. Die Krümmungszentren liegen zweckmäßigerweise auf der Längsachse 65.
Bevorzugt ist die axiale Überlappung zwischen den Führungsflächen 82 und dem Ventilschieber 16 in der ersten Schaltstellung am geringsten, wobei sie zweckmäßigerweise sehr gering ist. Sie beträgt beispielsweise nur 2/10 mm bis 5/10 mm.
Die axiale Länge des optionalen Zentrierdornes 68 ist insbesondere so gewählt, dass er die Abstützarme 73 an deren vorderen Endabschnitten 75 axial überragt. Dadurch kann der Zentrierdorn 68 bereits in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers 16 zur Gewährleistung einer optimalen Querabstützung der Druckfeder 18 in die Ausnehmung 62 eintauchen.
Zweckmäßigerweise definiert der Zentrierdorn 68 die zweite Schaltstellung des Ventilschiebers 16. In der zweiten Schaltstellung liegt der Ventilschieber 16 mit seiner hinteren axialen Abstützfläche 57 an der vorderen Stirnfläche 72 des Zentrierdorns 68 an.
Die scheibenförmige Abstützwand 64 ist zweckmäßigerweise mit einem Kranz von rings um die Längsachse 65 herum verteilten, axial durchgehenden Wanddurchbrechungen 87 versehen. Die winkelmäßige Verteilung der Wanddurchbrechungen 87 entspricht derjenigen der Abstützarme 73. Jede Wanddurchbrechung 87 schließt sich jeweils unmittelbar radial innen an den hinteren Endabschnitt 74 eines Abstützarmes 73 an. Die Wanddurchbrechungen 87 bewirken eine Materialersparnis und gestatten bei der Spritzgießherstellung das Hindurchführen eines geeigneten Werkzeuges.
Die scheibenförmige Abstützwand 64 ist im Bereich ihres Außenumfanges zweckmäßigerweise in der Umfangsrichtung segmentiert. Sie hat mehrere um die Längsachse 65 herum verteilte, nach radial außen hin offene Wandaussparungen 88. Jede Wandaussparung 88 schließt sich radial außen an den hinteren Endabschnitt 74 eines Abstützarmes 73 an. Aufgrund dieser Segmentierung hat die Zentrierfläche 66 keine kontinuierliche Ringform, sondern ist mehrfach unterbrochen, sodass sie sich aus mehreren in der Umfangsrichtung der Längsachse 65 mit Abstand aufeinanderfolgenden Zentrierflächenabschnitten zusammensetzt.
Bevorzugt werden die Abstützarme 73 bei der Montage des Ventils dazu verwendet, das Abstützelement 48 in der weiter oben schon angesprochenen und in 7 illustrierten Vormontageposition axial zu fixieren.
Hierzu weist jeder Abstützarm 73 in einem zu der Abstützwand 64 axial beabstandeten Bereich einen radial nach außen ragenden Haltevorsprung 89 auf. Der Haltevorsprung 89 ist beispielsweise zahnförmig gestaltet. Bevorzugt sind die Haltevorsprünge 89 an den Kopfabschnitten 85 ausgebildet.
Zweckmäßigerweise schließt sich jeder Haltevorsprung 89 axial vorne, also an der der Abstützwand 64 entgegengesetzten Seite, an die zugeordnete Abstützfläche 83 an.
Die Haltevorsprünge 89 sind dazu vorgesehen, in eine ringnutartige Haltevertiefung 92 einzugreifen, die in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 des Gehäuse-Innenraumes 3 in der Innenumfangsfläche 67 der Gehäuse-Umfangswand 5 ausgebildet ist. Die Haltevertiefung 92 ist koaxial zu der Hauptachse 4 ausgerichtet und radial innen offen. An der dem hinteren Gehäusedeckel 13 am nächsten liegenden Seite ist die Haltevertiefung 92 durch eine hintere Vertiefungsflanke 93 begrenzt.
Die Haltevertiefung 92 ist so platziert, dass die Haltevorsprünge 89 zumindest in der montierten Gebrauchsposition des Abstützelementes 48 in sie eingreifen können.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Montage des Ventils 1 wird gemäß 6 das Abstützelement 48 im noch demontierten Zustand des hinteren Gehäusedeckels 13 gemäß Pfeil 52 mit den vorderen Endabschnitten 75 der Abstützarme 73 voraus in den hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 des Gehäuse-Innenraumes 3 eingesteckt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Ventilschieber 16 schon montiert und die Druckfeder 18 ist in unkomprimiertem Zustand in die Ausnehmung 62 des Ventilschiebers 16 eingesteckt.
Die Abstützarme 73 sind so ausgebildet, dass der von den Haltevorsprüngen 89 definierte Außendurchmesser im noch nicht montierten Zustand des Abstützelementes 48 geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des hinteren Innenraum-Endabschnittes 24 in dem sich zwischen der hinteren Öffnung 53 und der Haltevertiefung 92 erstreckenden Längenabschnitt. Beim Einstecken gemäß Pfeil 52 werden daher die Abstützarme 73 geringfügig elastisch verformt und nach radial innen gedrückt. Sie gleiten in den hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 an der Innenumfangsfläche 67 ab, bis sie die Haltevertiefung 92 erreichen und in selbige einschnappen.
Beim Einstecken des Abstützelementes 48 wird die Druckfeder 18 komprimiert. Sobald jedoch die Abstützarme 73 mit ihren Haltevorsprüngen 89 in die Haltevertiefung 92 eingerastet sind, kann die Druckfeder 18 das Abstützelement 48 nicht mehr aus dem hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 hinausschieben. Die Haltevertiefungen 92 stützen sich an der hinteren Vertiefungsflanke 93 ab, sodass das Abstützelement 48 axial formschlüssig an der Gehäuse-Umfangswand 5 abgestützt ist. Somit nimmt das Abstützelement 48 die aus 7 ersichtliche Vormontageposition ein.
Jetzt wird im nächsten Schritt gemäß Pfeil 94 in 7 der hintere Gehäusedeckel 13 stirnseitig an den Gehäuse-Hauptkörper 12 angesetzt, um den Gehäuse-Innenraum 3 zu verschließen. Bei diesem Ansetzvorgang gelangt der hintere Gehäusedeckel 13 mit seiner inneren Wandfläche 55 zur Anlage an der hinteren axialen Stirnfläche 54 des Abstützelementes 48. Somit ist das Abstützelement 48 in seiner Gebrauchsposition durch den montierten hinteren Gehäusedeckel 13 axial abgestützt.
Zweckmäßigerweise entspricht die Vormontageposition des Abstützelementes 48 noch nicht der Gebrauchsposition. Die Gebrauchsposition unterscheidet sich von der Vormontageposition dadurch, dass das Abstützelement 48 noch etwas weiter axial in den hinteren Innenraum-Endabschnitt 24 hineingeschoben ist. Möglich ist dieser Positionsunterschied dadurch, dass die in der Achsrichtung der Hauptachse 4 gemessene Breite der ringnutartigen Haltevertiefung 92 größer ist als die entsprechend gemessene Breite der Haltevorsprünge 89. Außerdem ist der hintere Innenraum-Endabschnitt 24 ausreichend tief, um das Abstützelement 48 in der gewünschten Gebrauchsposition aufzunehmen. Hervorgerufen wird das axiale Verschieben des Abstützelementes 48 in die einer Endmontageposition entsprechende Gebrauchsposition durch den hinteren Gehäusedeckel 13, dessen innere Wandfläche 55 eine entsprechend erhabene Struktur hat. Beim Übergang aus der Vormontageposition in die Endmontageposition beziehungsweise Gebrauchsposition heben die Haltevorsprünge 89 von den hinteren Vertiefungsflanken 93 ab und werden in der Haltevertiefung 92 nach vorne verschoben.
In der Gebrauchsposition des Abstützelementes 48 hat die Druckfeder 18 die für den Betrieb des Ventils 1 gewünschte Vorspannung.
Die Vorfixierung des Abstützelementes 48 an dem Gehäuse-Hauptkörper 12 erlaubt anschließend ein einfaches Anbringen des hinteren Gehäusedeckels 13 ohne eine Hilfsvorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015221940 B3 [0002]
DE 7924113 U1 [0003]

Claims

Ventil, mit einem Ventilgehäuse (2), in dem ein sich entlang einer Hauptachse (4) erstreckender Gehäuse-Innenraum (3) ausgebildet ist und das eine den Gehäuse-Innenraum (3) an seinem radialen Außenumfang begrenzende Gehäuse-Umfangswand (5) sowie eine den Gehäuse-Innenraum (3) an einer Rückseite begrenzende Gehäuse-Rückwand (7) aufweist, mit einem in dem Gehäuse-Innenraum (3) angeordneten Ventilschieber (16), der zur Positionierung in unterschiedlichen Schaltstellungen relativ zu dem Ventilgehäuse (2) unter Veränderung seiner bezüglich dem Ventilgehäuses (2) eingenommenen Axialposition axial verschiebbar ist, und mit einer in dem Gehäuse-Innenraum (3) in einem hinteren Innenraum-Endabschnitt (24) axial zwischen dem Ventilschieber (16) und der Gehäuse-Rückwand (7) angeordneten Druckfeder (18), durch die der Ventilschieber (16) in eine seiner möglichen Schaltstellungen vorgespannt ist und die sich einerseits an einem der Gehäuse-Rückwand (7) zugewandten hinteren Endabschnitt (25) des Ventilschiebers (16) und andererseits an einer Abstützwand (64) eines sich in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt (24) erstreckenden und axial bezüglich der Gehäuse-Rückwand (7) abgestützten Abstützelementes (48) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (48) mehrere sich in dem hinteren Innenraum-Endabschnitt (24) ausgehend von der Abstützwand (64) axial in Richtung zum Ventilschieber (16) erstreckende, rings um die Hauptachse (4) herum verteilt angeordnete individuelle Abstützarme (73) aufweist, die in bezüglich der Hauptachse (4) radialer Richtung unabhängig voneinander federelastisch auslenkbar sind, wobei die Abstützarme (73) den hinteren Endabschnitt (25) des Ventilschiebers (16) unabhängig von dessen bezüglich des Ventilgehäuses (2) eingenommener Axialposition radial außen axial überlappen und jeweils radial innen eine gleitverschieblich an der radialen Außenumfangsfläche (42) des Ventilschiebers (16) anliegende Führungsfläche (82) und radial außen eine an der Gehäuse-Umfangswand (5) anliegende radiale Abstützfläche (83) aufweisen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Gehäuse-Innenraum (3) radial außen umschließende Innenumfangsfläche (67) der Gehäuse-Umfangswand (5) eine zweckmäßigerweise kreiszylindrische Gegen-Abstützfläche (84) ausbildet, an der die Abstützarme (74) mit ihrer jeweiligen radialen Abstützfläche (83) anliegen.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in der Umfangsrichtung der Hauptachse (4) benachbarten Abstützarmen (73) jeweils ein offener Längsschlitz (78) ausgebildet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützarme (73) jeweils einen zu der Abstützwand (64) axial beabstandeten Kopfabschnitt (85) aufweisen, an dem jeweils eine der Führungsflächen (82) und eine der radialen Abstützflächen (83) ausgebildet ist und der über einen Stegabschnitt (86) mit der Abstützwand (64) verbunden ist, wobei zweckmäßigerweise der Kopfabschnitt (85) bezüglich des Stegabschnittes (86) sowohl radial außen als auch radial innen vorsteht.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützarme (73), abgesehen von ihrer radialen Abstützfläche (83), jeweils über ihre gesamte Länge hinweg mit radialem Abstand zur Innenumfangsfläche (67) der Gehäuse-Umfangswand (5) angeordnet sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Außenumfangsfläche (42) des Ventilschiebers (16) zumindest an dem mit den Führungsflächen (82) des Abstützelementes (48) zusammenwirkenden hinteren Endabschnitt (25) des Ventilschiebers (16) kreiszylindrisch geformt ist, wobei zweckmäßigerweise die Führungsflächen (82) der Abstützarme (73) jeweils komplementär konkav gekrümmt sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützarme (73) jeweils über ihre gesamte Länge einen kreisbogenförmigen Querschnitt haben, wobei die konkave Längsseite radial innen liegt und der Hauptachse (4) zugewandt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (48) einen zentral angeordneten, sich ausgehend von der Abstützwand (64) axial in Richtung zu dem Ventilschieber (16) erstreckenden Zentrierdorn (68) aufweist, auf den die Druckfeder (18) aufgesteckt ist, wobei der Zentrierdorn (68) zweckmäßigerweise die Abstützarme (73) axial überragt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (16) in seinem hinteren Endabschnitt (25) eine zu der Gehäuse-Rückwand (7) hin offene Ausnehmung (62) hat, in die die Druckfeder (18) eintaucht.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (48) ein bezüglich des Ventilgehäuses (2) gesondertes Bauteil ist, das als separater Einsatz in den hinteren Innenraum-Endabschnitt (24) des Gehäuse-Innenraumes (3) eingesetzt ist und sich axial an einer dem Gehäuse-Innenraum (3) zugewandten inneren Wandfläche (55) der Gehäuse-Rückwand (7) abstützt.
Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse-Rückwand (7) von einem separaten Gehäusedeckel (13) des Ventilgehäuses (2) gebildet ist, der an einem die Gehäuse-Umfangswand (5) definierenden Gehäuse-Hauptkörper (12) des Ventilgehäuses (2) befestigt ist.
Ventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (48) einstückig ausgebildet ist und aus Kunststoff besteht.
Ventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützwand (64) des Abstützelementes (48) scheibenförmig ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmig ausgebildete Abstützwand (64) in den sich radial innen an die Abstützarme (73) anschließenden Bereichen jeweils eine axial durchgehende Wanddurchbrechung (87) aufweist.
Ventil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützwand (64) des Abstützelementes (48) eine radiale Außenumfangsfläche hat, die eine Zentrierfläche (66) bildet, mit der sie zur bezüglich der Hauptachse (4) koaxialen Zentrierung des Abstützelementes (48) innerhalb des hinteren Innenraum-Endabschnittes (24) an der Innenumfangsfläche (67) der Gehäuse-Umfangswand (5) anliegt.
Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützwand (64) des Abstützelementes (48) in den sich radial außen an die Abstützarme (73) anschließenden Bereichen jeweils eine die Zentrierfläche (66) unterbrechende, nach radial außen hin offene Wandaussparung (88) hat.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenumfangsfläche (67) der Gehäuse-Umfangswand (5) im Bereich des hinteren Innenraum-Endabschnittes (24) eine nach radial innen hin offene ringnutartige Haltevertiefung (92) ausgebildet ist, in die die Abstützarme (73) des Abstützelementes (48) mit jeweils einem radial nach außen ragenden Haltevorsprung (89) eingreifen, wobei zweckmäßigerweise das Abstützelement (48) durch die in die Haltevertiefung (92) eingreifenden Haltevorsprünge (89) zum Verhindern eines durch die Druckfeder (18) hervorgerufenen Herausdrückens aus dem Gehäuse-Innenraum (3) axial formschlüssig an der Gehäuse-Umfangswand (5) abstützbar ist.
Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Achsrichtung der Hauptachse (4) gemessene Breite der ringnutartigen Haltevertiefung (92) größer ist als die entsprechend gemessene Breite des jeweils zugeordneten Haltevorsprunges (89), derart, dass das Abstützelement (48) im in die Haltevertiefungen (92) eingreifenden Zustand der Haltevorsprünge (89) relativ zu der Gehäuse-Umfangswand (5) begrenzt axial beweglich ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse-Innenraum (3) koaxial zu der Hauptachse (4) mehrere ringförmige Dichtungseinheiten (43) axial aufeinanderfolgend gehäusefest angeordnet sind, die jeweils einen zum abdichtenden Zusammenwirken mit der radialen Außenumfangsfläche (42) des Ventilschiebers (16) ausgebildeten gummielastischen Dichtungsring (44) umfassen, wobei zwischen axial benachbarten Dichtungseinheiten (43) liegende Abschnitte des Gehäuse-Innenraumes (3) jeweils mit einem das Ventilgehäuse (2) durchsetzenden Ventilkanal (46) kommunizieren, wobei die Ventilkanäle (46) abhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers (16) mit unterschiedlichem Muster fluidisch miteinander verbindbar sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein monostabiles Mehrwegeventil ausgebildet ist, dessen Ventilschieber (16) zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist, von denen eine erste Schaltstellung eine durch die Druckfeder (18) vorgegebene Grundstellung ist, wobei das Ventil (1) eine Antriebseinrichtung (15) enthält, durch die der Ventilschieber (16) zum Umschalten in eine zweite Schaltstellung mit einer Antriebskraft beaufschlagbar ist, wobei es sich bei der Antriebseinrichtung (15) zweckmäßigerweise um eine Vorsteuerventileinrichtung (27) handelt.