DE102021204644A1

DE102021204644A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102021204644A1
Application number: DE102021204644.4A
Authority: DE
Inventors: Lars Blassmann
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Es wird eine Ventilanordnung (1) vorgeschlagen, die über eine Ventileinheit (2) mit einer Hauptventileinrichtung (3) und einer daran angebrachten Vorsteuerventileinrichtung (4) verfügt. Die Hauptventileinrichtung (3) hat eine Hauptventilgliedanordnung (22), die sich aus vier Hauptventilgliedern (21) zusammensetzt, die in der Achsrichtung einer Ventileinheit-Längsachse (12) aufeinanderfolgend in einem Hauptventilgehäuse (8) angeordnet und zur Positionierung in zwei unterschiedlichen Unterschaltstellungen rechtwinkelig zu der Ventileinheit-Längsachse (12) beweglich sind. Außen an dem Hauptventilgehäuse (8) münden mehrere Ventilanschlussöffnungen (26) aus, die abhängig von den momentan eingestellten Unterschaltstellungen der Hauptventilglieder (21) in unterschiedlichen Steuerkonfigurationen miteinander verbunden und/oder voneinander abgetrennt sind. Die Betätigung der Hauptventilglieder (21) ist über ein Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) mittels der Vorsteuerventileinrichtung (4) steuerbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, mit mindestens einer Ventileinheit, die eine sich in der Achsrichtung einer imaginären Ventileinheit-Längsachse erstreckende Hauptventileinrichtung und eine an der Hauptventileinrichtung angeordnete, über ein Vorsteuerarbeitskanalsystem fluidisch an die Hauptventileinrichtung angeschlossene, elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung aufweist, wobei die Hauptventileinrichtung ein Hauptventilgehäuse und eine in dem Hauptventilgehäuse aufgenommene, mittels der Vorsteuerventileinrichtung in unterschiedlichen Hauptschaltstellungen positionierbare Hauptventilgliedanordnung aufweist, wobei au-ßen an dem Hauptventilgehäuse mehrere Ventilanschlussöffnungen ausmünden, bei denen es sich um eine mit einer externen Arbeitsdruckquelle verbindbare Speiseöffnung, um zwei mit einem zu betätigenden Verbraucher verbindbare Arbeitsöffnungen und um zwei mit einer Drucksenke verbindbare Entlüftungsöffnungen handelt und die in Abhängigkeit von der momentanen Hauptschaltstellung der Hauptventilgliedanordnung in unterschiedlichen Steuerkonfigurationen fluidisch miteinander verbunden und/oder voneinander abgetrennt sind.
Eine aus der DE 40 42 518 C2 bekannte Ventilanordnung dieser Art hat eine auf einem Ventilträger montierte Ventileinheit mit einer elektropneumatisch vorgesteuerten Hauptventileinrichtung, an der stirnseitig eine Vorsteuerventileinrichtung mit zwei elektrisch betätigbaren Vorsteuerventilen montiert ist. Die Hauptventileinrichtung hat ein Hauptventilgehäuse, das sich in der Achsrichtung einer Ventileinheit-Längsachse erstreckt und in dem eine Hauptventilgliedanordnung aufgenommen ist, die aus einem Kolbenschieber besteht, der durch die Vorsteuerventileinrichtung derart gesteuert druckbeaufschlagbar ist, dass er in unterschiedlichen Hauptschaltstellungen positioniert werden kann. An der Außenseite des Hauptventilgehäuses münden fünf Ventilanschlussöffnungen aus, bei denen es sich um eine Speiseöffnung, zwei Arbeitsöffnungen und zwei Entlüftungsöffnungen handelt und die abhängig von der Hauptschaltstellung des Kolbenschiebers in unterschiedlichen Steuerkonfigurationen fluidisch miteinander verbunden und/oder voneinander abgetrennt sind. Auf diese Weise kann die Hauptventileinrichtung insbesondere als 5/3-Wegeventil betrieben werden. Die vorgesteuerte Bauart erlaubt die Steuerung hoher Durchflüsse. Nachteilig ist die relativ aufwändige Herstellung mit engen Toleranzen und dementsprechend verhältnismäßig hohen Produktionskosten.
Eine Ventilanordnung vergleichbaren Aufbaus offenbart die DE 10 2016 223 685 A1 , deren Vorsteuerventileinrichtung über nur ein einziges Vorsteuerventil verfügt, da das als Kolbenschieber ausgebildete Hauptventilglied durch eine Luftfeder in eine von zwei möglichen Hauptschaltstellung vorgespannt ist.
Aus der DE 10 2009 017 880 A1 ist eine Ventileinrichtung bekannt, die über mehrere aneinandergereihte Ventilmodule verfügt, die jeweils einen plattenförmigen Kanalkörper und vier in eine Reihe aufeinanderfolgend auf dem Kanalkörper montierte elektromagnetische 2/2-Wegeventile aufweist. Durch einen entsprechenden Kanalverlauf innerhalb des Kanalkörpers sind die vier 2/2-Wegeventile in einer Vollbrückenanordnung miteinander verschaltet.
Aus der DE 103 15 460 B4 ist eine Ventilanordnung bekannt, die über vier zu einer Mehrwegeventileinheit verknüpfte 2/2-Wegeventile verfügt. Die vier Ventile sind individuell ausgebildet und zur Realisierung interner Kanalverbindungen aneinander angesetzt und miteinander verbunden. Jedes Ventil ist als Magnetventil konzipiert und ist mittels einer elektrischen Steuereinheit betreibbar, um zwei Ventilausgänge wahlweise mit einer Zuführung für Druckluft zu verbinden oder durch Verbindung mit der Atmosphäre zu entlüften.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die eine einfache und kostengünstige Produktion einer über eine elektrofluidisch vorgesteuerte Ventileinheit verfügenden Ventilanordnung ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Hauptventilgliedanordnung vier in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse aufeinanderfolgend in dem Hauptventilgehäuse angeordnete individuelle Hauptventilglieder aufweist, die jeweils zu einer von vier in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse aufeinanderfolgend angeordneten, jeweils über das Vorsteuerarbeitskanalsystem an die Vorsteuerventileinrichtung angeschlossenen Hauptventiluntereinheiten gehören und die jeweils in einer zu der Ventileinheit-Längsachse orthogonalen Ventilgliedebene relativ zum Hauptventilgehäuse beweglich und durch die Vorsteuerventileinrichtung unter Ausführung einer Umschaltbewegung in zwei unterschiedlichen Unterschaltstellungen positionierbar sind, wobei zwei Hauptventiluntereinheiten als Entlüftungsuntereinheiten ausgebildet sind, durch die jeweils abhängig von der Unterschaltstellung des zugehörigen Hauptventilgliedes die Fluidverbindung zwischen einer der beiden Entlüftungsöffnungen und einer der beiden Arbeitsöffnungen wahlweise in einer Offenstellung freigebbar oder in einer Schließstellung absperrbar ist und wobei zwei andere Hauptventiluntereinheiten als Arbeitsuntereinheiten ausgebildet sind, durch die jeweils abhängig von der Unterschaltstellung des zugehörigen Hauptventilgliedes die Fluidverbindung zwischen der Speiseöffnung und einer der beiden Arbeitsöffnungen wahlweise in einer Offenstellung freigebbar oder in einer Schließstellung absperrbar ist.
Die Ventileinheit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung unterscheidet sich in ihrem äußeren Erscheinungsbild bevorzugt nicht oder nicht wesentlich von demjenigen konventioneller Ventileinheiten, deren Hauptventileinrichtung über nur ein einziges, als Kolbenschieber ausgebildetes Hauptventilglied verfügt. Dies bietet die Möglichkeit, vorhandene konventionelle Ventileinheiten ohne komplexe Umrüstmaßnahmen durch erfindungsgemäße Ventileinheiten zu ersetzen. Bedingt durch den Umstand, dass die interne Fluidsteuerung der Hauptventileinrichtung auf vier individuelle Hauptventilglieder verteilt ist, die ihre Umschaltbewegungen rechtwinkelig zur Ventileinheit-Längsachse ausführen, lassen sich einfache und kostengünstige Fertigungsmaßnahmen mit kompakten Produktabmessungen kombinieren. Die Hauptventileinrichtung ist in der im Folgenden auch als Ventileinheit-Längsrichtung bezeichneten Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse in vier individuelle Hauptventiluntereinheiten unterteilt, die durch das Hauptventilgehäuse zu einer einheitlich handhabbaren Baueinheit zusammengefasst sind und die jeweils die Funktionalität eines 2/2-Wegeventils haben und über ein eigenes, individuelles Hauptventilglied verfügen. Bei Bedarf können in der Ventileinheit-Längsrichtung sehr kurze Abmessungen der Ventileinheit verwirklicht werden, da die Hauptventiluntereinheiten in dieser Richtung sehr schmal bauen und mit hoher Verteilungsdichte aneinanderreihbar sind. Da jede Hauptventiluntereinheit nur eine Auf-/Zu-Funktion auszuüben hat, können die Umschalthübe zwischen den beiden als Unterschaltstellungen bezeichneten möglichen Schaltstellungen jedes Hauptventilgliedes sehr kurz ausfallen, was in der Bewegungsrichtung der Hauptventilglieder die Einhaltung geringer Gehäuseabmessungen für das Hauptventilgehäuse ermöglicht. Wie bei konventionellen Ventileinheiten sind im Hauptventilgehäuse Ventilkanäle ausgebildet, die zu außen am Hauptventilgehäuse ausmündenden Ventilanschlussöffnungen führen, bei denen es sich um eine mit einer externen Druckquelle verbindbare Speiseöffnung, um zwei mit einem Verbraucher verbindbare Arbeitsöffnungen und zwei mit einer Drucksenke, insbesondere der Atmosphäre, verbindbare Entlüftungsöffnungen handelt. Diese Ventilanschlussöffnungen sind über ein internes Ventileinheit-Kanalsystem der Ventileinheit so mit den vier Hauptventiluntereinheiten fluidisch verschaltet, dass diese Hauptventiluntereinheiten zwei Entlüftungsuntereinheiten und zwei Arbeitsuntereinheiten bilden und sich durch eine mittels der Vorsteuerventileinrichtung hervorrufbare, aufeinander abgestimmte fluidische Ansteuerung der Hauptventilglieder die Funktionalität eines Fünfwegeventils mit zwei oder drei Hauptschaltstellung verwirklichen lässt. Beispielsweise können die Hauptventilglieder der einzelnen Hauptventiluntereinheiten derart in Unterschaltstellungen positioniert werden, dass die sich aus den einzelnen Hauptventilgliedern zusammensetzende Hauptventilgliedanordnung nach außen hin zwei Hauptschaltstellungen vermittelt, in denen jeweils eine der beiden Arbeitsöffnungen mit der Speiseöffnung verbunden und von den Entlüftungsöffnungen abgetrennt ist, während die andere Arbeitsöffnung mit einer der Entlüftungsöffnungen verbunden und gleichzeitig von den anderen Ventilanschlussöffnungen abgetrennt ist. Bevorzugt lässt sich zusätzlich eine weitere Hauptschaltstellung vorgeben, in der alle Ventilanschlussöffnungen voneinander abgetrennt sind.
Die Vorsteuerventileinrichtung ist elektrisch betätigbar und kann über eine elektronische Steuereinheit betrieben werden. Sie ist bevorzugt in einer Magnetventiltechnologie oder einer Piezoventiltechnologie aufgebaut. Bevorzugt enthält sie ein oder zwei Vorsteuerventile, die für sich gesehen jeweils als 3/2-Wegeventile ausgebildet sind und bei denen es sich insbesondere um Magnetventile oder um Piezoventile handelt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Hauptventilglieder sind im Hauptventilgehäuse zweckmäßigerweise in einer linearen Reihe in der Ventileinheit-Längsrichtung aneinandergereiht, ohne einen gegenseitigen Querversatz in einer zur Richtung der Umschaltbewegungen rechtwinkeligen Richtung. Dies ermöglicht eine besonders schlanke Bauweise der Hauptventileinrichtung. Wenn allerdings besonders hohe Durchflüsse zu steuern sind, kann zwischen den einzelnen Hauptventilgliedern durchaus ein gewisser Querversatz vorhanden sein.
Zweckmäßigerweise sind die Hauptventilglieder so angeordnet, dass die Ausrichtung ihrer Umschaltbewegungen untereinander identisch ist. Die Bewegungsrichtungen der Umschaltbewegungen der einzelnen Hauptventilglieder verlaufen hier parallel zueinander. Dies ermöglicht sehr schmale Außenabmessungen des Hauptventilgehäuses in der Richtung quer zu den Bewegungsrichtungen.
Wenn jedes Hauptventilglied eine Längserstreckung mit einer imaginären Hauptventilglied-Längsachse hat, sind die Hauptventiluntereinheiten insbesondere so ausgebildet, dass die Umschaltbewegung jedes Hauptventilgliedes in der Achsrichtung der Hauptventilglied-Längsachse orientiert ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Hauptventilglied-Längsachsen sämtlicher Hauptventilglieder parallel zueinander verlaufen und zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen, als Hauptventilgliedebene bezeichneten Ebene liegen.
Eine zu der Ventileinheit-Längsachse orthogonale imaginäre Achse der Ventileinheit sei als Ventileinheit-Hochachse bezeichnet. Das Hauptventilgehäuse hat bevorzugt an einer in der Achsrichtung der Ventileinheit-Hochachse orientierten Unterseite eine untere Außenfläche, an der zweckmäßigerweise zumindest die Speiseöffnung und die beiden Entlüftungsöffnungen der Ventilanschlussöffnungen ausmünden. Die Speiseöffnung liegt dabei in der Ventileinheit-Längsrichtung zwischen den beiden Entlüftungsöffnungen.
Zweckmäßigerweise sind auch die beiden Arbeitsöffnungen der Ventilanschlussöffnungen an der vorgenannten unteren Außenfläche des Hauptventilgehäuses angeordnet. Dies ermöglicht unter anderem eine Montage der Ventileinheit auf einem Ventilträger in einer Weise, dass sämtliche Ventilanschlussöffnungen mit den Ventilträger durchsetzenden Ventilträgerkanälen kommunizieren. Die beiden Arbeitsöffnungen sind in diesem Fall jeweils zwischen einer der Entlüftungsöffnungen und der Speiseöffnung platziert. Wenn es gewünscht ist, einen Verbraucher direkt an die Hauptventileinrichtung anzuschließen, können die Arbeitsöffnungen zusätzlich oder alternativ an einer der unteren Außenfläche des Hauptventilgehäuses entgegengesetzten oberen Außenfläche des Hauptventilgehäuses angeordnet sein.
Wenn man die Ventileinheit mit ihrer Ventileinheit-Längsachse und ihrer Ventileinheit-Hochachse betrachtet, sind die Hauptventiluntereinheiten insbesondere so ausgebildet, dass jedes Hauptventilglied bei seiner Umschaltbewegung seinen Abstand zu der unteren Außenfläche verändert, wobei es zweckmäßigerweise in seiner Schließstellung einen geringeren Höhenabstand zu der unteren Außenfläche hat als in seiner Offenstellung.
Die Hauptventilglieder sind bevorzugt jeweils stößelartig ausgebildet. Man kann die Hauptventilglieder in diesem Fall auch als Ventilstößel bezeichnen.
Obgleich die einzelnen Hauptventiluntereinheiten nach dem Prinzip von Schieberventilen mit radial dichtenden Kolbenschiebern als Hauptventilgliedern ausgebildet sein können, wird eine Bauform der Hauptventiluntereinheiten als Sitzventile vorgezogen. Die Hauptventilglieder haben in diesem Fall jeweils einen Ventilteller, der in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung einem am Hauptventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz gegenüberliegt und abhängig von der Unterschaltstellung entweder unter Abdichtung axial an dem Ventilsitz anliegt, was einer Schließstellung entspricht, oder von dem Ventilsitz abgehoben ist, was einer Offenstellung entspricht. Derart axial dichtende Ventilsysteme lassen sich mit geringer Toleranzempfindlichkeit sehr kostengünstig und funktionssicher realisieren. Ferner sind bei nur geringer Reibung hohe Umschaltgeschwindigkeiten möglich und das Problem eines Anhaftens und daraus resultierenden Schaltverzögerungen der Hauptventilglieder ist reduziert. Die erforderlichte Dichtheit in der Schließstellung lässt sich wahlweise mit einem hartdichtenden oder mit einem weichdichtenden Dichtkonzept verwirklichen.
Bevorzugt sind im Innern des Hauptventilgehäuses zwei in der Ventilglied-Längsrichtung zueinander beabstandete Ventilkammern ausgebildet, die jeweils einerseits mit der Speiseöffnung und andererseits mit einer der beiden Arbeitsöffnungen und einer der beiden Entlüftungsöffnungen verbunden sind. Beide Ventilkammern stehen in einer ständig offenen Fluidverbindung mit der ihnen zugeordneten Arbeitsöffnung. Hingegen ist die Verbindung zwischen jeder Entlüftungsöffnung und der zugeordneten Ventilkammer durch das Hauptventilglied einer der beiden Entlüftungsuntereinheiten steuerbar und es ist ferner die Verbindung zwischen jeder Ventilkammer und der Speiseöffnung durch das Hauptventilglied einer der beiden Arbeitsuntereinheiten steuerbar. Die Steuerbarkeit äußert sich in einem wahlweisen fluiddichten Absperren oder in einem einen Fluidübertritt ermöglichenden Freigeben der Verbindung, wobei das zugeordnete Hauptventilglied entweder die Schließstellung oder die Offenstellung einnimmt.
In Kombination mit als Sitzventil ausgebildeten Hauptventiluntereinheiten sind zweckmäßigerweise in jeder Ventilkammer die Ventilteller der Hauptventilglieder einer Entlüftungsuntereinheit und einer Arbeitsuntereinheit der Hauptventiluntereinheiten angeordnet, und zwar beabstandet zueinander in der Ventilglied-Längsrichtung.
Jede der beiden Ventilkammern kann mit der nur einfach vorhandenen Speiseöffnung der Ventilanschlussöffnungen kommunizieren. Hierzu umfasst ein im Hauptventilgehäuse zweckmäßigerweise ausgebildetes Ventileinheit-Kanalsystem zwei Speise-Ventilkanäle, die sich jeweils zwischen der Speiseöffnung und einer der beiden Ventilkammern erstrecken.
Das wahlweise Positionieren der Hauptventilglieder in ihren beiden Unterschaltstellungen, bei denen es sich um die Offenstellung und um die Schließstellung handelt, ist mittels der Vorsteuerventileinrichtung steuerbar, die mit den einzelnen Hauptventiluntereinheiten über das Vorsteuerarbeitskanalsystem fluidisch kommuniziert. Durch das Vorsteuerarbeitskanalsystem hindurch ist eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der einzelnen Hauptventilglieder möglich, um deren Umschaltbewegung zu veranlassen und um ein lösbares Festhalten in der jeweils gewünschten Unterschaltstellung zu bewirken. Für die Druckbeaufschlagung weist jedes Hauptventilglied zweckmäßigerweise einen relativ zum Hauptventilgehäuse beweglichen Antriebsabschnitt auf, an dem mindestens eine für eine fluidische Druckbeaufschlagung empfängliche Antriebsfläche ausgebildet ist. Der Antriebsabschnitt ist bevorzugt als im Hauptventilgehäuse abgedichtet gleitverschieblicher Antriebskolben konzipiert, kann alternativ aber beispielsweise auch als bezüglich des Hauptventilgehäuses statisch abgedichtete Antriebsmembran ausgebildet sein.
Die gesteuerte Druckbeaufschlagung des Antriebsabschnittes ist mittels der Vorsteuerventileinrichtung insbesondere dahingehend ausführbar, dass dem Antriebsabschnitt entweder ein einen gewissen Überdruck aufweisender Vorsteuerdruck oder Atmosphärendruck auferlegt wird. Der Vorsteuerdruck stammt von einer an die Ventilanordnung angeschlossenen Vorsteuerdruckquelle, bei der es sich zweckmäßigerweise um die gleiche Druckquelle handelt, die auch ein unter einem Betriebsdruck stehendes Druckmedium bereitstellt, das durch die Hauptventileinrichtung steuerbar ist. Es kann allerdings auch eine bezüglich einer das zu steuernde Druckmedium bereitstellenden Arbeitsdruckquelle separate Vorsteuerdruckquelle vorhanden sein. Die Vorsteuerdruckquelle liefert ein unter einem Vorsteuerdruck stehendes Vorsteuerfluid, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Ventilanordnung ist das Hauptventilglied jeder Hauptventiluntereinheit durch eine Federeinrichtung, insbesondere eine mechanische Federeinrichtung, mit einer Federkraft in eine der beiden Unterschaltstellungen vorgespannt, wobei der Antriebsabschnitt jedes Hauptventilgliedes durch das über das Vorsteuerarbeitskanalsystem zugeführte Vorsteuerfluid mit einem entgegengesetzt zu der Federkraft wirkenden Vorsteuerdruck beaufschlagbar ist, um das Hauptventilglied in die andere der beiden Unterschaltstellungen umzuschalten. Durch Wegnahme des Vorsteuerdruckes mittels entsprechender Betätigung der Vorsteuerventileinrichtung kann das betreffende Hauptventilglied durch die Federkraft wieder in die ursprüngliche Umschaltstellung zurückbewegt werden. Die Wegnahme des Vorsteuerdruckes geht zweckmäßigerweise einher mit einer Druckentlastung des Antriebsabschnittes durch Verbindung mit der Atmosphäre.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Hauptventileinrichtung sind die Federeinrichtungen derart ausgebildet und angeordnet, dass die Hauptventilglieder sämtlicher Hauptventiluntereinheiten mit einer Federkraft in die wirkungsmäßig gleiche Unterschaltstellung vorgespannt sind, also entweder in die Offenstellung oder bevorzugt in die Schließstellung.
Bei einer anderen Auslegung der Hauptventileinrichtung sind durch die jeweils zugeordnete Federeinrichtung zwei der Hauptventilglieder in die Schließstellung und die beiden anderen Hauptventilglieder in die Offenstellung vorgespannt.
Bei einer anderen zweckmäßigen Bauart der Hauptventileinrichtung sind sämtliche Hauptventiluntereinheiten federlos ausgebildet und können jeweils durch den Vorsteuerdruck des Vorsteuerfluides in beide Umschaltstellungen bewegt und dort festgehalten werden. Die Vorsteuerventileinrichtung und das Vorsteuerarbeitskanalsystem sind hierzu mit den Hauptventiluntereinheiten so verbunden, dass jedes Hauptventilglied in beiden möglichen Bewegungsrichtungen wahlweise mit einem Vorsteuerdruck oder mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist. Die Hauptventiluntereinheiten können wahlweise so ausgeführt sein, dass ein Vorsteuerdruck zum Festhalten der jeweiligen Unterschaltstellung zwingend erforderlich ist oder dass die eine und/oder andere Unterschaltstellung auch bei Wegnahme jeglichen Vorsteuerdruckes stabil erhalten bleibt, insbesondere aufgrund vorhandener Reibung oder bedingt durch eine zusätzliche Festhalteeinrichtung, beispielsweise basierend auf einem Rastprinzip.
Das Hauptventilgehäuse ist zweckmäßigerweise mit einer quaderförmigen Außenkontur realisiert. Seine Abmessungen in der Ventileinheit-Längsrichtung sind insbesondere größer als in jeder diesbezüglichen Querrichtung.
Bevorzugt verfügt das Hauptventilgehäuse über zwei in der Ventileinheit-Längsrichtung einander entgegengesetzt orientierte Stirnseiten, wobei die Vorsteuerventileinrichtung zweckmäßigerweise an nur einer einzigen dieser beiden Stirnseiten angebracht ist. Diese einseitige Anbringung ist auch dann vorteilhaft, wenn die Vorsteuerventileinrichtung über zwei Vorsteuerventile verfügt, wenngleich in diesem Fall durchaus auch die Möglichkeit besteht, an jeder der beiden Stirnseiten des Hauptventilgehäuses eines der beiden Vorsteuerventile anzubringen.
In seiner einfachsten Ausgestaltung besteht die Ventilanordnung nur aus der Ventileinheit mit dem weiter oben beschriebenen Aufbau. Den Ventilanschlussöffnungen können Verbindungseinrichtungen wie zum Beispiel Innengewinde oder Steckverbinder zugeordnet sein, die das direkte Anschließen von Fluidleitungen ermöglichen.
Ein besonders komfortabler Aufbau der Ventilanordnung sieht vor, dass sie über einen beispielsweise plattenförmig oder blockförmig ausgebildeten Ventilträger verfügt, der von Ventilträgerkanälen durchsetzt ist und auf dem die Ventileinheit mit zumindest ihrer Hauptventileinrichtung derart montiert ist, dass wenigstens die Speiseöffnung und die beiden Entlüftungsöffnungen und zweckmäßigerweise auch die beiden Arbeitsöffnungen jeweils mit einem der Ventilträgerkanäle verbunden sind. Bei einer solchen Ventilanordnung können auf dem Ventilträger mehrere der Ventileinheiten Seite an Seite montiert sein. Die weiter oben genannten Verbindungseinrichtungen zum Anbringen von Fluidleitungen sind in diesem Fall am Ventilträger angeordnet und den Ventilträgerkanälen zugeordnet. Die Ventileinheit kann dann vom Ventilträger abgenommen werden, ohne dass die Fluidleitungen entfernt werden müssten.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einem partiellen Längsschnitt entsprechend der Schnittlinie I-I aus 2, wobei die Funktionalität der Vorsteuerventileinrichtung mittels Schaltsymbolen illustriert ist,
2 die Ventilanordnung aus 1 in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer Schnittdarstellung entsprechend derjenigen aus 1, und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, wiederum in einem partiellen Längsschnitt entsprechend der Schnittdarstellung aus 1.

Sofern im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden, gelten die nachstehenden Ausführungen für sämtliche in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiele.
Die insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventilanordnung dient zur Steuerung der Strömung eines fluidischen Druckmediums, das im Folgenden auch als Arbeitsfluid bezeichnet wird und unter einem Betriebsdruck stehend durch eine Arbeitsdruckquelle PB bereitgestellt wird. Die Arbeitsdruckquelle PB kann einen Druckregler zur Vorgabe unterschiedlich hoher Betriebsdrücke enthalten.
Die Ventilanordnung 1 enthält eine elektrofluidisch vorgesteuerte Ventileinheit 2 mit einer Hauptventileinrichtung 3 und einer elektrisch betätigbaren Vorsteuerventileinrichtung 4. Durch die Hauptventileinrichtung 3 ist die Strömung des Arbeitsfluides steuerbar, wohingegen die Vorsteuerventileinrichtung 4 den Betrieb der Hauptventileinrichtung 3 steuert. Diese als Vorsteuerung bezeichnete Steuerung basiert auf der Zufuhr und Abfuhr eines als Vorsteuerfluid bezeichneten fluidischen Druckmediums bezüglich der Hauptventileinrichtung 3 mittels der Vorsteuerventileinrichtung 4. Das Vorsteuerfluid wird durch eine Vorsteuerdruckquelle PV unter einem als Vorsteuerdruck bezeichneten Überdruck bereitgestellt. Die Vorsteuerdruckquelle PV kann gesondert vorhanden oder von der Arbeitsdruckquelle PB gebildet sein. Sowohl bei dem Arbeitsfluid als auch bei dem Vorsteuerfluid handelt es sich bevorzugt um Druckluft, wenngleich die Ventilanordnung 1 auch mit anderen gasförmigen oder auch flüssigen Druckmedien betreibbar ist.
Die Ventilanordnung 1 verfügt optional über einen Ventilträger 5, auf dem die Ventileinheit 2 in bevorzugt lösbarer Weise fixiert ist. Dies trifft auf alle illustrierten Ausführungsbeispiele zu. Der Ventilträger 5 hat eine Bestückungsfläche 6, auf der die Ventileinheit 2 platziert ist. Bevorzugt sitzt nur die Hauptventileinrichtung 3 auf der Bestückungsfläche 6, und zwar mit einer unteren Außenfläche 7 eines Hauptventilgehäuses 8 der Hauptventileinrichtung 3. Zur Fixierung sind beispielsweise Befestigungsschrauben 11 vorgesehen, die das Hauptventilgehäuse 8 durchsetzen und in den Ventilträger 5 eingeschraubt sind.
Der Ventilträger 5 ist bevorzugt plattenförmig oder blockförmig ausgebildet.
Nicht illustrierte Ausführungsbeispiele der Ventilanordnung 1 haben keinen Ventilträger 5.
In der Ventileinheit 2 sind die Hauptventileinrichtung 3 und die Vorsteuerventileinrichtung 4 zu einer einheitlich handhabbaren Baueinheit zusammengefasst. Die Ventileinheit 2 hat eine Ventileinheit-Längsachse 12, deren Achsrichtung als Ventileinheit-Längsrichtung 12a bezeichnet wird, wobei die Hauptventileinrichtung 3 eine längliche Gestalt hat, die sich in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a erstreckt.
Die Ventileinheit 2 hat ferner eine sich in einer Ventileinheit-Höhenrichtung 13a erstreckende Ventileinheit-Hochachse 13, die senkrecht zu der Ventileinheit-Längsachse 12 ausgerichtet ist, und sie hat ferner eine sowohl zu der Ventileinheit-Längsachse 12 als auch der Ventileinheit-Hochachse 13 senkrechte Ventileinheit-Querachse 14, die sich in einer Ventileinheit-Querrichtung 14a erstreckt.
Die untere Außenfläche 7 befindet sich an einer in der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a nach unten weisenden Unterseite des Hauptventilgehäuses 8. Das Hauptventilgehäuse 8 hat ferner zwei in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a einander entgegengesetzte erste und zweite Stirnseiten 15, 16, wobei die Vorsteuerventileinrichtung 4 bevorzugt nur an der ersten Stirnseite 15 des Hauptventilgehäuses 8 angebaut ist.
Die Hauptventileinrichtung 3 umfasst vier in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a aufeinanderfolgend angeordnete Hauptventiluntereinheiten 18, die jeweils über ein das Hauptventilgehäuse 8 durchziehendes Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 mit der Vorsteuerventileinrichtung 4 fluidisch verbunden sind. Jede Hauptventiluntereinheit 18 hat ein eigenes Hauptventilglied 21, das im Innern des Hauptventilgehäuses 8 aufgenommen ist, sodass im Innern des Hauptventilgehäuses 8 insgesamt vier in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a beabstandet zueinander angeordnete Hauptventilglieder 21 aufgenommen sind, die gemeinsam eine Hauptventilanordnung 22 der Hauptventileinrichtung 3 bilden.
Jedes Hauptventilglied 21 ist in einer zu der Ventileinheit-Längsachse 12 orthogonalen Ebene, die als Ventilgliedebene 20 bezeichnet wird, relativ zum Hauptventilgehäuse 8 beweglich. Die Bewegung jedes Hauptventilgliedes 21 wird als Umschaltbewegung 23 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert. Durch die Umschaltbewegung 23 kann jedes Hauptventilglied 21 wahlweise in einer von zwei unterschiedlichen Schaltstellungen positioniert werden, die als Unterschaltstellungen bezeichnet werden. Bei diesen beiden Unterschaltstellungen handelt es sich zum einen um eine Offenstellung und zum anderen um eine Schließstellung, deren Bedeutung weiter unten noch erläutert wird. Die Wegstrecke zwischen den beiden Unterschaltstellungen definiert einen Umschalthub des Hauptventilgliedes 21, wobei jede Unterschaltstellung zweckmäßigerweise mechanisch durch eine am Hauptventilgehäuse 8 ausgebildete Hubbegrenzungsfläche 24a, 24b definiert ist.
Die Unterschaltstellungen der Hauptventilglieder 21 sind mittels der Vorsteuerventileinrichtung 4 einstellbar. Genauer gesagt lassen sich mittels der Vorsteuerventileinrichtung 4 mehrere Kombinationen von Unterschaltstellungen der vier Hauptventilglieder 21 vorgeben. Jede vorgebbare Kombination von Unterschaltstellungen der Hauptventilglieder 21 repräsentiert eine sich funktionell nach außen hin äußernde Hauptschaltstellung der in ihrer Gesamtheit betrachteten Hauptventilgliedanordnung 22. Der Effekt der jeweils eingestellten Hauptschaltstellung äußert sich an zur Außenoberfläche 25 des Hauptventilgehäuses 8 ausmündenden Ventilanschlussöffnungen 26 der Hauptventileinrichtung 3. Insgesamt sind fünf dieser Ventilanschlussöffnungen 26 vorhanden, die bevorzugt in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a unter gegenseitigem Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Beispielhaft befinden sich sämtliche Ventilanschlussöffnungen 26 an dem von der unteren Außenfläche 7 gebildeten Flächenabschnitt der Außenoberfläche 25. Bei den Ventilanschlussöffnungen 26 handelt es sich um zwei am weitesten zueinander beabstandete erste und zweite Entlüftungsöffnungen 26d, 26e, um eine zwischen diesen beiden Entlüftungsöffnungen 26d, 26e angeordnete Speiseöffnung 26a und um zwei Arbeitsöffnungen 26b, 26c, von denen eine erste Arbeitsöffnung 26b zwischen der Speiseöffnung 26a und der ersten Entlüftungsöffnung 26d angeordnet ist, während eine zweite Arbeitsöffnung 26c zwischen der Speiseöffnung 26a und der zweiten Entlüftungsöffnung 26e angeordnet ist.
Die Speiseöffnung 26a ist mit der externen Arbeitsdruckquelle PB verbindbar, mit der sie im Betrieb der Ventilanordnung 1 ständig verbunden ist. Die beiden Arbeitsöffnungen 26b, 26c sind zum Anschließen eines zu betätigenden Verbrauchers 27 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um einen fluidbetätigten Antrieb handelt und der in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist. Die beiden Entlüftungsöffnungen 26d, 26e sind zur ständigen Fluidverbindung mit einer Drucksenke vorgesehen, bei der es sich insbesondere um die Atmosphäre R handelt, insbesondere in der Nachbarschaft der Ventilanordnung 1.
Ohne den Ventilträger 5 können die Arbeitsdruckquelle PB und der Verbraucher 27 über entsprechende Fluidleitungen direkt an die Speiseöffnung 26a und an die beiden Arbeitsöffnungen 26b, 26c angeschlossen sein. Die beiden Entlüftungsöffnungen 26d, 26e können in diesem Fall direkt zur Atmosphäre R ausmünden oder mit einem Schalldämpfer bestückt sein.
Wenn die Ventileinheit 2 allerdings entsprechend den illustrierten Ausführungsbeispielen auf einem Ventilträger 5 montiert ist, finden die vorgenannten Anschlussmaßnahmen an dem Ventilträger 5 statt. Die Ventilanschlussöffnungen 26 liegen dann der Bestückungsfläche 6 gegenüber, wobei sie mit den Ventilträger 5 durchsetzenden Ventilträgerkanälen 28 kommunizieren. Diese Ventilträgerkanäle 28 münden einerseits jeweils so mit einer ersten Ventilträgerkanalöffnung zu der Bestückungsfläche 6 aus, dass sich die Ventilanschlussöffnungen 26 und die ersten Ventilträgerkanalöffnungen jeweils paarweise gegenüberliegen. Die Ventilträgerkanäle 28 erstrecken sich im Innern des Ventilträgers 5 derart, dass sie jeweils mit einer zweiten Ventilträgerkanalöffnung zu einer Außenfläche des Ventilträgers 5 ausmünden, wobei dann die oben geschilderten Anschlussmaßnahmen bezüglich der Arbeitsdruckquelle PB und des Verbrauchers 27 an diesen zweiten Ventilträgerkanalöffnungen erfolgen. Die mit den Entlüftungsöffnungen 26d, 26e kommunizierenden Ventilträgerkanäle 28 können mit ihren zweiten Ventilträgerkanalöffnungen direkt zur Atmosphäre R hin ausmünden oder auch mit Schalldämpfern bestückt sein.
In den durch die Unterschaltstellungen der Hauptventilglieder 21 vorgebbaren Hauptschaltstellungen der Hauptventilgliedanordnung 22 sind die Ventilanschlussöffnungen 26 in unterschiedlichem Muster fluidisch miteinander verbunden und/oder fluiddicht voneinander abgetrennt. Dabei liegt in jeder Hauptschaltstellung eine von mehreren unterschiedlichen Steuerkonfigurationen vor, die sich im Muster der Verbindung und/oder Abtrennung der Ventilanschlussöffnungen 26 voneinander unterscheiden.
Während bei den Ventilanordnungen 1 der 1 und 4 jeweils drei betriebsrelevante Steuerkonfigurationen einstellbar sind, ermöglicht die Ventilanordnung 1 der 3 die alternative Einstellung von nur zwei unterschiedlichen Steuerkonfigurationen.
Zwei der Hauptventiluntereinheiten 18 ermöglichen die Steuerung der Fluidströmung des Arbeitsfluides von der Speiseöffnung 26a zu den Arbeitsöffnungen 26b, 26c. Sie werden auch als erste und zweite Arbeitsuntereinheit 18a, 18b bezeichnet. Die beiden anderen Hauptventiluntereinheiten 18 ermöglichen die Steuerung der Fluidströmung zwischen jeweils einer der beiden Arbeitsöffnungen 26b, 26c und einer der beiden Entlüftungsöffnungen 26d, 26e. Sie werden auch als erste und zweite Entlüftungsuntereinheiten 18c, 18d bezeichnet.
Die erste Arbeitsuntereinheit 18a sperrt in der Schließstellung die Fluidverbindung zwischen der Speiseöffnung 26a und der ersten Arbeitsöffnung 26b ab, die sie in der Offenstellung freigibt. Die zweite Arbeitseinheit 18b sperrt in ihrer Schließstellung die Fluidverbindung zwischen der Speiseöffnung 26a und der zweiten Arbeitsöffnung 26c ab, die sie in der Offenstellung freigibt. Die erste Entlüftungsuntereinheit 18c sperrt in der Schließstellung die Fluidverbindung zwischen der ersten Arbeitsöffnung 26b und der ersten Entlüftungsöffnung 26d ab, die sie in der Offenstellung freigibt. Die zweite Entlüftungsuntereinheit 18d sperrt in der Schließstellung die Fluidverbindung zwischen der zweiten Arbeitsöffnung 26c und der zweiten Entlüftungsöffnung 26e ab, die sie in der Offenstellung freigibt.
Jede Hauptventiluntereinheit 18 hat folglich eine 2/2-Wege-Ventilfunktion, sodass sich die Hauptventileinrichtung 3 funktionell aus vier 2/2-Wege-Hauptventiluntereinheiten 18 zusammensetzt, die zur Ermöglichung der schon angesprochenen Steuerkonfigurationen fluidisch miteinander verschaltet sind.
Mit allen illustrierten Ventilanordnungen 1 lässt sich eine 5/2-Wege-Ventilfunktion erzeugen, die in Gestalt zweier unterschiedlicher Steuerkonfigurationen an den Ventilanschlussöffnungen 26 abgreifbar ist.
In einer illustrierten ersten Steuerkonfiguration befinden sich die Hauptventilglieder 21 der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d in der Schließstellung, während gleichzeitig die die Hauptventilglieder 21 der zweite Arbeitsuntereinheit 18b und der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c ihre Offenstellung einnehmen. Dadurch ist die erste Arbeitsöffnung 26b von der Speiseöffnung 26a abgetrennt und mit der ersten Entlüftungsöffnung 26d verbunden, während gleichzeitig die zweite Arbeitsöffnung 26c mit der Speiseöffnung 26a verbunden und von der zweiten Entlüftungsöffnung 26e abgetrennt ist.
In einer zweiten Steuerkonfiguration sind die Unterschaltstellungen der einzelnen Hauptventilglieder 21 gerade vertauscht, sodass die erste Arbeitsöffnung 26b mit der Speiseöffnung 26a verbunden und von der ersten Entlüftungsöffnung 26d abgetrennt ist, während gleichzeitig die zweite Arbeitsöffnung 26c von der Speiseöffnung 26a abgetrennt und mit der zweiten Entlüftungsöffnung 26e verbunden ist.
Die beiden Ventilanordnungen 1 der 1 und 4 eignen sich optional zur Einstellung mindestens einer weiteren Steuerkonfiguration, sodass sich mit der Hauptventileinrichtung 3 eine 5/3-Wege-Ventilfunktion realisieren lässt. Die dritte Steuerkonfiguration äußert sich darin, dass die Hauptventilglieder 21 sämtlicher Hauptventiluntereinheiten 18 ihre Schließstellung einnehmen, sodass beide Arbeitsöffnungen 26b, 26c sowohl von der Arbeitsdruckquelle PB als auch von der Atmosphäre R abgetrennt sind und ein darin befindliches Fluidvolumen eingesperrt ist.
Prinzipiell gestatten die beiden Ventilanordnungen 1 der 1 und 4 sogar noch die Einstellung einer vierten Steuerkonfiguration, bei der die Hauptventilglieder 21 sämtlicher Hauptventiluntereinheiten 18 gleichzeitig in ihrer Offenstellung positioniert sind. Dies ermöglicht beispielsweise ein komplettes Durchspülen des gesamten im Betrieb mit dem Antriebsfluid in Kontakt gelangenden Kanalsystems.
Jedes Hauptventilglied 21 hat zweckmäßigerweise einen Antriebsabschnitt 31, der in einem im Innern des Hauptventilgehäuses 8 ausgebildeten Arbeitsraum 32 einer jeweiligen Hauptventiluntereinheit 18 angeordnet ist und diesen Arbeitsraum 32 in eine erste und zweite Antriebskammer 33, 34 unterteilt. Der Antriebsabschnitt 31 ist bezüglich des Hauptventilgehäuses 8 abgedichtet, sodass die beiden Antriebskammern 33, 34 fluiddicht voneinander abgetrennt sind. Exemplarisch ist der Antriebsabschnitt 31 kolbenförmig ausgebildet, sodass man ihn als Antriebskolben bezeichnen kann, wobei er zweckmäßigerweise über eine Dichtung 35 verfügt, die unter Abdichtung gleitverschieblich an der Begrenzungsfläche des Arbeitsraumes 32 anliegt.
Jeder Antriebsabschnitt 31 hat zwei in der Achsrichtung der Umschaltbewegung 23 einander entgegengesetzt orientierte erste und zweite Antriebsflächen 36, 37, von denen die erste Antriebsfläche 36 die erste Antriebskammer 33 und die zweite Antriebsfläche 37 die zweite Antriebskammer 34 begrenzt. Jede Antriebsfläche 36, 37 ist mit einer Antriebskraft beaufschlagbar, um den Antriebsabschnitt 31 einschließlich des zugeordneten Hauptventilgliedes 21 zu der Umschaltbewegung 23 anzutreiben und in einer der beiden Unterschaltstellungen zu positionieren.
Von den beiden Antriebskammern 33, 34 jeder Hauptventiluntereinheit 18 ist mindestens eine an das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 angeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 trifft dies auf jeweils nur eine der beiden Antriebskammern 33, 34 jeder Hauptventiluntereinheit 18 zu, während bei dem Ausführungsbeispiel der 4 jeweils beide Antriebskammern 33, 34 jeder Hauptventiluntereinheit 18 an das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 angeschlossen sind.
Jede mit dem Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 verbundene Antriebskammer 33, 34 ist mittels der Vorsteuerventileinrichtung 4 wahlweise mit unter dem Vorsteuerdruck stehendem Vorsteuerfluid beaufschlagbar oder zur Druckentlastung zwecks Entlüftung mit der Atmosphäre R verbindbar. Auf diese Weise kann wahlweise eine aus dem Vorsteuerdruck resultierende fluidische Antriebskraft erzeugt werden oder die Antriebskraft weggenommen werden. Die Vorsteuerventileinrichtung 4 verfügt zu diesem Zweck über mindestens eine durch ein entsprechendes Schaltsymbols angedeutete 3/2-Wege-Ventilfunktion. Diese erlaubt es, das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 wahlweise mit einem im Betrieb der Ventilanordnung 1 an die Vorsteuerdruckquelle PV angeschlossenen Vorsteuerspeisekanal 38 oder mit einem zur Atmosphäre R führenden Vorsteuerentlüftungskanal 39 zu verbinden.
Der Vorsteuerspeisekanal 38 erstreckt sich bevorzugt zumindest teilweise in einem zwischen die Vorsteuerventileinrichtung 4 und die Hauptventileinrichtung 3 eingefügten Adapterkörper 42, wobei er zur Verbindung mit der Vorsteuerdruckquelle PV mit einem Einspeiseanschluss 49 an einer Unterseite der Ventileinheit 2 ausmündet. Im auf einem Ventilträger 5 montierten Zustand der Ventileinheit 2 kommuniziert der Vorsteuerspeisekanal 38 zweckmäßigerweise mit einem den Ventilträger 5 durchsetzenden Vorsteuerversorgungskanal 43, der mit einer Anschlussöffnung außen am Ventilträger 5 ausmündet, an die die Vorsteuerdruckquelle PV anschließbar oder angeschlossen ist.
Das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17, das in der Zeichnung durchweg gestrichelt angedeutet ist, durchsetzt den Adapterkörper 42 in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a.
Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Vorsteuerfluid im Innern des Hauptventilgehäuses 8 von der Speiseöffnung 26a abgezweigt, sodass sich ein separater Einspeiseanschluss 49 für das Vorsteuerfluid erübrigt. Insbesondere in diesem Fall kann der optionale Adapterkörper 42 ohne weiteres auch entfallen.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel kann die Vorsteuerventileinrichtung 4 direkt an die Hauptventileinrichtung 3 angebaut sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ventilanordnung 1 wird die Antriebskraft für die Umschaltbewegung 23 bei jedem Hauptventilglied 21 in beiden Bewegungsrichtungen ausschließlich durch den Vorsteuerdruck des Vorsteuerfluides aufgebracht und als fluidische Antriebskraft bereitgestellt. Bei anderen zweckmäßigen Ausgestaltungen, von denen zwei in den 1 und 3 illustriert sind, wird bei jedem Hauptventilglied 21 nur die in der einen Bewegungsrichtung wirksame Antriebskraft durch den Vorsteuerdruck des Vorsteuerfluides aufgebracht, während die in der entgegengesetzten Richtung wirkende Antriebskraft eine durch eine Federeinrichtung 44 bereitgestellte Federkraft ist. In diesem Fall ist jede Hauptventiluntereinheit 18 mit einer entsprechenden Federeinrichtung 44 ausgestattet. Bei der Federeinrichtung 44 handelt es sich bevorzugt um eine Druckfedereinrichtung und insbesondere um eine mechanische Federeinrichtung 44. Bei den Ausführungsbeispielen sind als Schraubendruckfedern konzipierte Federeinrichtungen 44 verbaut. Nicht illustriert ist eine alternative Bauform, bei der auf Luftfedern als Federeinrichtungen 44 zurückgegriffen wird.
Die Hauptventiluntereinheiten 16 sind über das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 derart mit der Vorsteuerventileinrichtung 4 fluidisch verschaltet, dass die Hauptventilglieder 21 stets paarweise umgeschaltet werden. Innerhalb der Paare gleichzeitig umschaltender Hauptventilglieder 21 ist die Umschaltrichtung zweckmäßigerweise identisch, also stets gleichzeitig entweder in Richtung der Schließstellung oder in Richtung der Offenstellung.
Durch die in der ersten Antriebskammer 33 wirkende Antriebskraft ist das zugeordnete Hauptventilglied 21 in seine Schließstellung umschaltbar. Durch die in der zweiten Antriebskammer 34 herrschende Antriebskraft ist das zugeordnete Hauptventilglied 21 in die Offenstellung umschaltbar.
Bei dem federeinrichtungslosen Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung 1 gemäß 4 enthält das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 zweckmäßigerweise zwei Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46, die im Folgenden auch als erster Vorsteuerarbeitskanal 45 und zweiter Vorsteuerarbeitskanal 46 bezeichnet werden. Jeder dieser beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 verbindet die Vorsteuerventileinrichtung 4 mit jeder der vier Hauptventileinheiten 18. So ist der erste Vorsteuerarbeitskanal 45 im Innern des Hauptventilgehäuses 8 an die erste Antriebskammer 33 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b angeschlossen und ferner an die zweite Antriebskammer 34 der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d. Der zweite Vorsteuerarbeitskanal 46 ist an die vier anderen ersten und zweiten Antriebskammern 33, 34 angeschlossen. Die Vorsteuerventileinrichtung 4 ist dahingehend ausgebildet, dass der jeweils eine der beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 mit dem Vorsteuerspeisekanal 38 und folglich mit der Vorsteuerdruckquelle PV verbindbar ist, während gleichzeitig der jeweils andere Vorsteuerarbeitskanal 46, 45 mit der Atmosphäre R verbindbar ist. Diese gegensinnige Ansteuerung der beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 ist durch entsprechende Betätigung der Vorsteuerventileinrichtung 4 vertauschbar. Folglich können die beiden einer jeweiligen Hauptventiluntereinheit 18 zugeordneten Antriebskammern 33, 34 wechselweise gegensinnig druckbeaufschlagt werden, und zwar einmal mit dem Vorsteuerdruck und das andere Mal mit dem Atmosphärendruck, was einer Druckentlastung gleichkommt.
Durch die geschilderte Verbindung der Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 mit den verschiedenen ersten und zweiten Antriebskammern 33, 34 lassen sich abwechselnd zwei Hauptschaltstellungen vorgeben, wobei in der illustrierten Hauptschaltstellung die Hauptventilglieder 21 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b die Offenstellung einnehmen, während gleichzeitig die erste Arbeitsuntereinheit 18a und die zweite Entlüftungsuntereinheit 18d ihre Schließstellung einnehmen. In der zweiten Hauptschaltstellung sind die erste Entlüftungsuntereinheit 18c und die zweite Arbeitsuntereinheit 18b in die Schließstellung geschaltet, während die erste Arbeitsuntereinheit 18a und die zweite Entlüftungsuntereinheit 18d in die Offenstellung bewegt sind.
In allen Fällen wird die jeweilige Umschaltbewegung 23 durch eine fluidische Umschaltkraft hervorgerufen, die daraus resultiert, dass von den beiden Antriebsflächen 36, 37 die jeweils eine dem Vorsteuerdruck und die jeweils andere dem geringeren Atmosphärendruck ausgesetzt ist.
Bei dem aus 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel einer Ventileinheit 2 ist in der ersten Antriebskammer 33 jeder Hauptventiluntereinheit 18 eine drückend wirkende Federeinrichtung 44 angeordnet, die sich einerseits am Hauptventilgehäuse 8 und andererseits am Hauptventilglied 21 und dort insbesondere an der ersten Antriebsfläche 36 abstützt. Durch die Federeinrichtung 44 ist das Hauptventilglied 21 jeder Hauptventiluntereinheit 18 ständig mit einer Federkraft in Richtung der Schließstellung vorgespannt. Das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 hat wiederum einen ersten Vorsteuerarbeitskanal 45 und einen zweiten Vorsteuerarbeitskanal 46, wobei der erste Vorsteuerarbeitskanal 45 nur an die zweite Antriebskammer 34 der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d angeschlossen ist, während der zweite Vorsteuerarbeitskanal 46 nur an die zweite Antriebskammer 34 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b angeschlossen ist.
Durch die Vorsteuerventileinrichtung 4 sind die beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 wie schon beim Ausführungsbeispiel der 4 abwechselnd gegensinnig mit der Vorsteuerdruckquelle PV und mit der Atmosphäre R verbindbar, wobei mit „gegensinnig“ gemeint ist, dass dann, wenn an dem einen der beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 der Vorsteuerdruck PV anliegt, gleichzeitig der jeweils andere der beiden Vorsteuerarbeitskanäle 46, 45 mit der Atmosphäre R verbunden und dementsprechend druckentlastet beziehungsweise entlüftet ist.
Bei denjenigen Hauptventiluntereinheiten 18, deren zweite Arbeitskammer 34 über den zugeordneten ersten oder zweiten Vorsteuerarbeitskanal 45, 46 momentan entlüftet ist, wirkt nur die Federkraft der Federeinrichtung 44 als Antriebskraft auf das zugeordnete Hauptventilglied 21 und verschiebt dieses beziehungsweise hält dieses in der Schließstellung. Bei denjenigen Hauptventiluntereinheiten 18, deren zweite Arbeitskammer 34 über den zugeordneten ersten oder zweiten Vorsteuerarbeitskanal 45, 46 mit unter dem Vorsteuerdruck stehendem Vorsteuerfluid gespeist ist, wirkt eine fluidische Antriebskraft entgegengesetzt zur Federkraft auf das zugeordnete Hauptventilglied 21, sodass es in die Offenstellung verschoben und dort festgehalten wird. Es versteht sich, dass die Höhe des Vorsteuerdruckes und die Größe der zweiten Antriebsfläche 37 jeweils so aufeinander abgestimmt sind, dass die daraus resultierende fluidische Antriebskraft größer ist als die entgegengesetzt wirkende Federkraft.
Je nachdem, mit welcher Druckverteilung die beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 durch die Vorsteuerventileinrichtung 4 angesteuert werden, nehmen entweder die Hauptventilglieder 21 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b oder der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d die Schließstellung ein, während die jeweils anderen Hauptventilglieder 21 zur gleichen Zeit die Offenstellung einnehmen. Auf diese Weise können an den Ventilanschlussöffnungen 26 alternativ zwei unterschiedliche Steuerkonfigurationen abgegriffen werden, die denjenigen entsprechen, wie sie zur 4 erläutert wurden. Dies entspricht einer 5/2-Ventilfunktion.
Bevorzugt ist die Ventilsteuereinrichtung 4 allerdings zumindest auch noch derart elektrisch ansteuerbar, dass beide Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 gleichzeitig mit der Atmosphäre R verbunden sind, sodass sämtliche zweiten Antriebskammern 34 entlüftet sind und die Hauptventilglieder 21 sämtlicher Hauptventiluntereinheiten 18 durch die auf sie einwirkende Federkraft in die Schließstellung umgeschaltet werden und dort auch festgehalten werden. Auf diese Weise kann die Ventileinheit 2 der 1 und 2 mit einer 5/3-Ventilfunktion betrieben werden.
Prinzipiell besteht auch hier die weitere Möglichkeit, sämtliche zweiten Antriebskammern 34 gleichzeitig mit dem Vorsteuerdruck zu beaufschlagen, sodass alle Hauptventilglieder 21 gleichzeitig ihre Offenstellung einnehmen.
Eine nicht illustrierte modifizierte Bauform der Ventilanordnung 1 unterscheidet sich von derjenigen der 1 und 2 darin, dass die Federeinrichtungen 44 nicht im Schließsinne, sondern im Öffnungssinne auf die vorhandenen Hauptventilglieder 21 einwirken. Die Federeinrichtungen 44 sind in diesem Fall bevorzugt jeweils in der zweiten Antriebskammer 34 angeordnet. Die ersten und zweiten Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 sind mit den gleichen Hauptventiluntereinheiten 18 wie beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 verbunden, allerdings jeweils mit deren erster Antriebskammer 33.
Bei dieser modifizierten Bauform können die gleichen Steuerkonfigurationen wie beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 vorgegeben werden. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass im entlüfteten Zustand beider Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 alle Hauptventilglieder 21 in der Offenstellung gehalten sind, während sie unter diesen Umständen beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 in der Schließstellung gehalten sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, die bei der in der 3 illustrierten Ventilanordnung 1 verwirklicht ist, ist wiederum jede Hauptventiluntereinheit 18 mit einer Federeinrichtung 44 zur Erzeugung einer Antriebskraft ausgestattet, wobei allerdings die Federeinrichtungen 44 so installiert sind, dass zwei der Hauptventilglieder 21 durch die ihnen zugeordnete Federeinrichtung 44 in die Schließstellung und die beiden anderen Hauptventilglieder 21 in die Offenstellung vorgespannt sind. In Verbindung mit dieser paarweise federnden Vorspannung in wirkungsmäßig unterschiedliche Unterschaltstellungen enthält das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 nur einen einzigen Vorsteuerarbeitskanal 47, der an all diejenigen ersten und zweiten Antriebskammern 33, 34 angeschlossen ist, deren Druckbeaufschlagung eine der zugeordneten Federkraft entgegengesetzte fluidische Antriebskraft hervorruft.
Exemplarisch ist der einzige Vorsteuerarbeitskanal 47 mit den ersten Antriebskammern 33 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b sowie mit den zweiten Antriebskammern 34 der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d verbunden. Die Federeinrichtungen 44 sitzen hier vorzugsweise in der jeweils anderen Antriebskammer 33, 34 der zugeordneten Hauptventiluntereinheit 18.
Mit dieser fluidischen Verschaltung lassen sich abhängig davon, ob der einzige Vorsteuerarbeitskanal 47 durch die Vorsteuerventileinrichtung 4 mit der Vorsteuerdruckquelle PV oder mit der Atmosphäre R verbunden ist, zwei Hauptschaltstellungen der Hauptventilglieder 21 vorgeben, aus denen zwei unterschiedliche Steuerkonfigurationen der Ventilanschlussöffnungen 26 resultieren. Dies entspricht einer 5/2-Ventilfunktion.
Die Vorsteuerventileinrichtung 4 ist zweckmäßigerweise abhängig davon, ob das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 über zwei Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 oder über nur einen einzigen Vorsteuerarbeitskanal 47 verfügt, mit einer zweifachen oder nur einfachen 3/2-Wege-Ventilfunktion ausgestattet. Diese ist in den 1, 3 und 4 jeweils durch das Schaltsymbol eines monostabilen, elektrisch betätigbaren 3/2-Wegeventils symbolisiert. Bevorzugt enthält die Vorsteuerventileinrichtung 4 für jede 3/2-Wege-Ventilfunktion ein eigenes elektrisch betätigbares Vorsteuerventil 48, sodass exemplarisch die Ventileinheiten 2 der 1 und 4 mit zwei Vorsteuerventilen 48 und die Ventileinheit der 3 mit nur einem einzigen Vorsteuerventil 48 ausgestattet ist.
Jedes Vorsteuerventil 48 hat einen Arbeitsausgang 52, an den das Vorsteuerarbeitskanalsystem 17 angeschlossen ist. Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 4 ist an den Arbeitsausgang 52 jedes der beiden Vorsteuerventile 48 einer der beiden ersten und zweiten Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 angeschlossen. Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist der einzige Vorsteuerarbeitskanal 47 an den Arbeitsausgang 52 des einzigen Vorsteuerventils 48 angeschlossen.
Jedes Vorsteuerventil 48 hat ferner einen mit dem Vorsteuerspeisekanal 38 verbundenen Vorsteuereingang 53 und einen ständig mit der Atmosphäre verbundenen Entlüftungsausgang 54.
Jedes Vorsteuerventil 48 hat elektrische Anschlussmittel 55, über die es im betriebsbereiten Zustand der Ventilanordnung 1 mit einer nur schematisch angedeuteten elektronischen Steuereinheit 56 verbunden ist. Die elektronische Steuereinheit 56 liefert elektrische Steuersignale zur Vorgabe der Schaltstellung des jeweils angeschlossenen Vorsteuerventils 48.
Auf diese Weise kann jedes Vorsteuerventil 48 derart betätigt werden, dass sein mit einem Vorsteuerarbeitskanal 45, 46, 47 verbundener Arbeitsausgang 52 entweder mit der Vorsteuerdruckquelle PV oder mit der Atmosphäre R verbunden ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 4 sind die beiden Vorsteuerventile 48 zweckmäßigerweise unabhängig voneinander betätigbar, wobei durch die elektronische Steuereinheit 56 eine derartige Ansteuerung erfolgt, dass die weiter oben geschilderte, aufeinander abgestimmte fluidische Ansteuerung der beiden Vorsteuerarbeitskanäle 45, 46 stattfindet.
Bei den Vorsteuerventilen 48 handelt es sich vorzugsweise um Magnetventile oder um Piezoventile.
Wenn die Vorsteuerventileinrichtung 4 entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 und 4 über zwei Vorsteuerventile 48 verfügt, ist es vorteilhaft, wenn beide Vorsteuerventile 48 an der ersten Stirnseite 15 der Hauptventileinrichtung 3 montiert sind, bevorzugt in einer in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a aufeinanderfolgend angeordneten Weise. In diesem Fall wird der zum äußeren Vorsteuerventil 48 führende erste Vorsteuerarbeitskanal 45 zweckmäßigerweise durch das direkt im Anschluss an die Hauptventileinrichtung 3 platzierte Vorsteuerventil 48 hindurchgeführt.
Eine in der Ventileinheit-Querrichtung 14a besonders schmale Bauweise ist realisierbar, wenn die vier Hauptventilglieder 21 im Hauptventilgehäuse 8 ohne einen gegenseitigen Querversatz in einer linearen Reihe in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a unter gegenseitigem Abstand aneinandergereiht sind. Alle Hauptventilglieder 21 sind zweckmäßigerweise untereinander gleich ausgebildet.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Hauptventilglieder 21 so angeordnet sind, dass die Ausrichtung ihrer Umschaltbewegungen 23 untereinander identisch ist. Auch dies trifft auf alle illustrierten Ausführungsbeispiele zu. Die Bewegungsrichtungen der Umschaltbewegungen 23 verlaufen parallel zueinander.
Bevorzugt sind die Hauptventilglieder 21 im Innern des Hauptventilgehäuses 8 so ausgerichtet, dass die Umschaltbewegung 23 jedes Hauptventilgliedes 21 in der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a orientiert ist.
Jedes Hauptventilglied 21 hat zweckmäßigerweise eine Längserstreckung mit einer Längsachse, die als Hauptventilglied-Längsachse 57 bezeichnet wird. Jede Umschaltbewegung folgt der Hauptventilglied-Längsachse 57 des zugeordneten Hauptventilglieds 21.
Bevorzugt verlaufen die Längsachsen 57 sämtlicher Hauptventilglieder 21 parallel zu der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a. Die schon angesprochene querfortsatzlose Aneinanderreihung der Hauptventilglieder 21 äußert sich darin, dass sämtliche Hauptventilglied-Längsachsen 57 in einer gemeinsamen Ebene 58 liegen, die zur besseren Unterscheidung als Hauptventilglied-Längsachsenebene 58 bezeichnet wird. Die Hauptventilglied-Längsachsenebene 58 ist exemplarisch aufgespannt von der Ventileinheit-Längsachse 12 und der Ventileinheit-Hochachse 13.
Der bei den Ausführungsbeispielen illustrierte Aufbau der Hauptventileinrichtung 3 bringt es mit sich, dass sich bei der Umschaltbewegung 23 der in der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a gemessene Höhenabstand jedes Hauptventilgliedes 21 zu der unteren Außenfläche 7 verändert, an der sich zumindest die Speiseöffnung 26 und die beiden Entlüftungsöffnungen 26d, 26e befinden und an der vorzugsweise sämtliche Ventilanschlussöffnungen 26 angeordnet sind.
Die einzelnen Hauptventiluntereinheiten 18 sind insbesondere so ausgebildet, dass jedes Hauptventilglied 21 in seiner Schließstellung einen geringeren Höhenabstand zu der unteren Außenfläche 7 hat als in seiner Offenstellung. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Hauptventiluntereinheiten 18 als sogenannte Sitzventile ausgebildet sind, was auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zur Ventilanordnung 1 zutrifft.
Die Sitzventil-Bauform äußert sich insbesondere darin, dass jedes Hauptventilglied 21 einen Ventilteller 61 aufweist, der in der Schließstellung unter Abdichtung an einem ihm in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung 23 gegenüberliegenden gehäusefesten Ventilsitz 62 anliegt und in der Offenstellung von diesem Ventilsitz 62 abgehoben ist. Bezogen auf die Ausführungsbeispiele liegen die Ventilteller 61 in der Schließstellung am zugeordneten Ventilsitz 62 axial an und sind in der Offenstellung von dem Ventilsitz 62 in axialer Richtung abgehoben.
Damit in der Schließstellung eine zuverlässige Abdichtung vorliegt, verfügt jeder Ventilteller 61 zweckmäßigerweise über einen gummielastischen Dichtabschnitt 61b, der in der Schließstellung am zugeordneten Ventilsitz 62 anliegt. Bevorzugt hat der Ventilteller 61 einen starren Ventilteller-Grundkörper 61a, an dem der zugeordnete Dichtabschnitt 61b angebracht ist.
Exemplarisch sind im Innern des Hauptventilgehäuses 8, insbesondere in dem der unteren Außenfläche 7 zugeordneten unteren Gehäusebereich, zwei in der Ventileinheit-Längsachse 12 zueinander beabstandete erste und zweite Ventilkammern 63, 64 ausgebildet. Bezogen auf die Ventileinheit-Längsrichtung 12a liegt die erste Ventilkammer 63 auf gleicher Höhe mit der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der ersten Arbeitsuntereinheit 18a, während die zweite Ventilkammer 64 auf gleicher Höhe mit der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d liegt. Jede Ventilkammer 63, 64 hat eine längliche Gestalt mit einer zur Ventileinheit-Längsachse 12 parallelen Längsachse, wobei sie in einem zur Ventileinheit-Hochachse 13 rechtwinkeligen Querschnitt betrachtet vorzugsweise zumindest im Wesentlichen rechteckig konturiert ist.
In der ersten Ventilkammer 63 befinden sich die Ventilteller 61 der Hauptventilglieder 21 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c und der ersten Arbeitsuntereinheit 18a. In der zweiten Ventilkammer 64 befinden sich die Ventilteller 61 der Hauptventilglieder 21 der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b und der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d. Die in der gleichen Ventilkammer 63, 64 angeordneten Ventilteller 61 sind in der Ventileinheit-Längsrichtung 12a beabstandet zueinander angeordnet.
Jedem Ventilteller 61 liegt in der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a einer der schon erwähnten Ventilsitze 62 gegenüber, die jeweils ringförmig in sich geschlossen und bevorzugt kreisrund ausgebildet sind. Jeder Ventilteller 61 umrahmt die Kanalmündung eines in die betreffende Ventilkammer 63, 64 einmündenden, sich im Hauptventilgehäuse 8 erstreckenden Ventilkanals 65. Die Ventilsitze 62 mit den zugeordneten Kanalmündungen befinden sich an der der unteren Außenfläche 7 abgewandten Innenfläche einer die zugeordnete Ventilkammer 63, 64 unten begrenzenden unteren Gehäusewand 66 des Hauptventilgehäuses 8.
In jede Ventilkammer 63, 64 münden drei Ventilkanäle 65 der Hauptventileinrichtung 3 ein. Jeder dieser Ventilkanäle 65 durchsetzt die untere Gehäusewand 66. Jeweils zweien der insgesamt drei in die gleiche Ventilkammer 63, 64 einmündenden Ventilkanälen 65 ist einer der Ventilsitze 62 zugeordnet.
Unter den Ventilkanälen 65 befinden sich zwei Speise-Ventilkanäle 65a', 65a'', von denen ein erster Speise-Ventilkanal 65a' in die erste Ventilkammer 63 und ein zweiter Speise-Ventilkanal 65a'' in die zweite Ventilkammer 64 einmündet. Die Kanalmündungen beider Speise-Ventilkanäle 65a', 65a'' sind jeweils von einem der Ventilsitze 62 umrahmt, wobei dem Ventilsitz 62 des ersten Speise-Ventilkanals 65a' der Ventilteller 61 des Hauptventilglieds 21 der ersten Arbeitsuntereinheit 18a und dem Ventilsitz 62 des zweiten Speise-Ventilkanals 65a'' der Ventilteller 61 des Hauptventilglieds 21 der zweiten Arbeitsuntereinheit 18b gegenüberliegt. Die beiden Speise-Ventilkanäle 65a', 65a'' sind in der unteren Gehäusewand 66 miteinander verbunden und enden gemeinsam in der Speiseöffnung 26a.
Bei zwei weiteren der Ventilkanäle 65 handelt es sich zum einen um einen in die erste Ventilkammer 63 einmündenden ersten Entlüftungs-Ventilkanal 65d und zum anderen um einen in die zweite Ventilkammer 64 einmündenden zweiten Entlüftungs-Ventilkanal 65e. Beide Kanalmündungen sind jeweils von einem Ventilsitz 62 umrahmt. Dem Ventilsitz 62 des ersten Entlüftungs-Ventilkanals 65d liegt der Ventilteller 61 des Hauptventilgliedes 21 der ersten Entlüftungsuntereinheit 18c gegenüber, während dem Ventilsitz des zweiten Entlüftungs-Ventilkanals 65e der Ventilteller 61 des Hauptventilgliedes 21 der zweiten Entlüftungsuntereinheit 18d gegenüberliegt. Der erste Entlüftungs-Ventilkanal 65d ist mit der ersten Entlüftungsöffnung 26d verbunden, der zweite Entlüftungs-Ventilkanal 65e ist mit der zweiten Entlüftungsöffnung 26e verbunden.
Bei zwei weiteren der Ventilkanäle 65 handelt es sich zum einen um einen die erste Arbeitsöffnung 26b mit der ersten Ventilkammer 63 verbindenden ersten Arbeits-Ventilkanal 65b und zum anderen um einen die zweite Arbeitsöffnung 26c mit der zweiten Ventilkammer 64 verbindenden zweiten Arbeits-Ventilkanal 65c. Den beiden Arbeits-Ventilkanälen 65b, 65c ist kein Hauptventilglied 21 zugeordnet, sie stehen unabhängig von der Unterschaltstellung der Hauptventilglieder 21 jeweils in ständiger Fluidverbindung mit der zugeordneten Ventilkammer 63, 64.
Je nachdem, welches der Hauptventilglieder 21 die vom zugeordneten Ventilsitz 62 abgehobene Offenstellung oder die am Ventilsitz 62 anliegende und dadurch die zugeordnete Kanalmündung verschließende Schließstellung einnimmt, kommunizieren die Arbeits-Ventilkanäle 65b, 65c mit entweder dem zugeordneten Speise-Ventilkanal 65a', 65a'' oder dem zugeordneten Entlüftungs-Ventilkanal 65d, 65e.
Wenn sich eines der ein und derselben Ventilkammer 33, 34 zugeordneten Hauptventilglieder 21 in einer Offenstellung befindet, kann das Arbeitsfluid durch die zugeordnete Ventilkammer 33, 34 hindurch zwischen den dann miteinander in Fluidverbindung stehenden Ventilkanälen 65 übertreten. Durch Pfeile 69 sind in diesem Fall auftretende Fluidströmungen beispielhaft angedeutet.
Die Hauptventilglieder 21 sind zweckmäßigerweise stößelartig ausgebildet. Bevorzugt hat jedes Hauptventilglied 21 einen beispielsweise stangenförmigen Schaftkörper 67, der sich zwischen dem Antriebsabschnitt 31 und dem Ventilteller 61 erstreckt und dabei eine Gehäusezwischenwand 68 des Hauptventilgehäuses 8 gleitverschieblich durchsetzt, durch die der Arbeitsraum 32 von der zugeordneten ersten oder zweiten Ventilkammer 63, 64 abgetrennt ist.
Bevorzugt ist der Schaftkörper 67 in der Gehäusezwischenwand 68 von einem ringförmigen Dichtungselement 72 und zweckmäßigerweise auch von einem ringförmigen Führungselement 73 umschlossen, sodass zum einen ein Fluidübertritt zwischen der Ventilkammer 63, 64 und dem zugeordneten Arbeitsraum 32 verhindert ist und zum anderen eine exakte Linearführung des Schaftkörpers 67 und mithin des gesamten Hauptventilgliedes 21 bezüglich des Hauptventilgehäuses 8 gegeben ist.
Das Hauptventilgehäuse 8 ist bevorzugt mehrteilig ausgebildet, wobei es sich aus mehreren in der Ventileinheit-Höhenrichtung 13a aneinander angesetzten Gehäuseelementen 74, 75, 76 zusammensetzt. Bei diesen Gehäuseelementen 74, 75, 76 handelt es sich beispielhaft um ein die unter Gehäusewand 66 bildendes plattenförmiges unteres Gehäuseelement 74, um ein die Gehäusezwischenwand 68 ausbildendes blockförmiges Gehäuse-Zwischenelement 75 und um ein wiederum plattenförmiges oberes Gehäuseelement 76, das an der dem unteren Gehäuseelement 74 entgegengesetzten Oberseite an das Gehäuse-Zwischenelement 75 angesetzt ist. Während das untere Gehäuseelement 74 gemeinsam mit dem Gehäuse-Zwischenelement 75 die beiden Ventilkammern 63, 64 begrenzt, begrenzen das Gehäuse-Zwischenelement 75 und das obere Gehäuseelement 76 gemeinsam die vier Arbeitsräume 62. Im oberen Gehäuseelement 76 können Vertiefungen 77 ausgebildet sein, in die die optionalen Federeinrichtungen 44 eintauchen.
Die Gehäuseelemente 74, 75, 76 sind durch geeignete Befestigungsmaßnahmen aneinander fixiert, beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder unter Verwendung von Befestigungsschrauben oder sonstiger Befestigungsstrukturen.
Das Hauptventilgehäuse 8 hat bevorzugt eine quaderförmige Außenkontur. Diese quaderförmige Außenkontur umschließt sämtliche Bestandteile der Hauptventiluntereinheiten 18. Exemplarisch resultiert die Außenkontur des Hauptventilgehäuses 8 aus den äußeren Konturen des unteren Gehäuseelementes 74, des Gehäuse-Zwischenelementes 75 und des oberen Gehäuseelementes 76.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4042518 C2 [0002]
DE 102016223685 A1 [0003]
DE 102009017880 A1 [0004]
DE 10315460 B4 [0005]

Claims

Ventilanordnung, mit mindestens einer Ventileinheit (2), die eine sich in der Achsrichtung einer imaginären Ventileinheit-Längsachse (12) erstreckende Hauptventileinrichtung (3) und eine an der Hauptventileinrichtung (3) angeordnete, über ein Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) fluidisch an die Hauptventileinrichtung (3) angeschlossene, elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung (4) aufweist, wobei die Hauptventileinrichtung (3) ein Hauptventilgehäuse (8) und eine in dem Hauptventilgehäuse (8) aufgenommene, mittels der Vorsteuerventileinrichtung (4) in unterschiedlichen Hauptschaltstellungen positionierbare Hauptventilgliedanordnung (22) aufweist, wobei außen an dem Hauptventilgehäuse (8) mehrere Ventilanschlussöffnungen (26) ausmünden, bei denen es sich um eine mit einer externen Arbeitsdruckquelle (PB) verbindbare Speiseöffnung (26a), um zwei mit einem zu betätigenden Verbraucher (27) verbindbare Arbeitsöffnungen (26b, 26c) und um zwei mit einer Drucksenke verbindbare Entlüftungsöffnungen (26d, 26e) handelt und die in Abhängigkeit von der momentanen Hauptschaltstellung der Hauptventilgliedanordnung (22) in unterschiedlichen Steuerkonfigurationen fluidisch miteinander verbunden und/oder voneinander abgetrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptventilgliedanordnung (24) vier in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) aufeinanderfolgend in dem Hauptventilgehäuse (8) angeordnete individuelle Hauptventilglieder (21) aufweist, die jeweils zu einer von vier in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) aufeinanderfolgend angeordneten, jeweils über das Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) an die Vorsteuerventileinrichtung (4) angeschlossenen Hauptventiluntereinheiten (18) gehören und die jeweils in einer zu der Ventileinheit-Längsachse (12) orthogonalen Ventilgliedebene (20) relativ zum Hauptventilgehäuse (8) beweglich und durch die Vorsteuerventileinrichtung (4) unter Ausführung einer Umschaltbewegung (23) in zwei unterschiedlichen Unterschaltstellungen positionierbar sind, wobei zwei Hauptventiluntereinheiten (18) als Entlüftungsuntereinheiten (18c, 18d) ausgebildet sind, durch die jeweils abhängig von der Unterschaltstellung des zugehörigen Hauptventilgliedes (21) die Fluidverbindung zwischen einer der beiden Entlüftungsöffnungen (26d, 26e) und einer der beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) wahlweise in einer Offenstellung freigebbar oder in einer Schließstellung absperrbar ist und wobei zwei andere Hauptventiluntereinheiten (18) als Arbeitsuntereinheiten (18a, 18b) ausgebildet sind, durch die jeweils abhängig von der Unterschaltstellung des zugehörigen Hauptventilgliedes (21) die Fluidverbindung zwischen der Speiseöffnung (26a) und einer der beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) wahlweise in einer Offenstellung freigebbar oder in einer Schließstellung absperrbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptventilglieder (21) im Hauptventilgehäuse (8) ohne gegenseitigen Querversatz in einer linearen Reihe in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) aneinandergereiht sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptventilglieder (21) so angeordnet sind, dass die Ausrichtung ihrer Umschaltbewegungen (23) untereinander identisch ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptventilglied (21) eine Längserstreckung mit einer Hauptventilgliedlängsachse (57) hat, wobei die zugeordnete Umschaltbewegung (23) in der Achsrichtung der Hauptventilgliedlängsachse (57) orientiert ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptventilgliedlängsachsen (57) sämtlicher Hauptventilglieder (21) parallel zueinander verlaufen und zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Hauptventilglied-Längsachsenebene (58) liegen.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (2) eine zu der Ventileinheit-Längsachse (58) orthogonale Ventileinheit-Hochachse (13) hat, wobei das Hauptventilgehäuse (8) an einer in der Achsrichtung der Ventileinheit-Hochachse (13) orientierten Unterseite eine untere Außenfläche (7) aufweist, an der zumindest die Speiseöffnung (26a) und die beiden Entlüftungsöffnungen (26d, 26e) der Ventilanschlussöffnungen (26) ausmünden.
Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch die beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) der Ventilanschlussöffnungen (26) an der unteren Außenfläche (7) des Hauptventilgehäuses (8) ausmünden, wobei zweckmäßigerweise bezogen auf die Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) die Speiseöffnung (26a) zwischen den beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) und die beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) jeweils zwischen der Speiseöffnung (26s) und einer der beiden Entlüftungsöffnungen (26d, 26e) platziert sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Hauptventilglieder (21) so ausgerichtet sind, dass die Richtung ihrer Umschaltbewegungen (23) in der Achsrichtung der Ventileinheit-Hochachse (13) verläuft.
Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptventilglied (21) in seiner Schließstellung einen geringeren Höhenabstand zu der unteren Außenfläche (57) hat als in seiner Offenstellung.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptventilglied (21) stößelartig ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Hauptventiluntereinheiten (18) als Sitzventile ausgebildet sind, deren Hauptventilglied (21) zur Vorgabe seiner Schließstellung in der Richtung der Umschaltbewegung (23) an einen Ventilsitz (62) andrückbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilglied (21) jeder Hauptventiluntereinheit (18) einen Ventilteller (61) aufweist, der in der Schließstellung an einen am Hauptventilgehäuse (8) ausgebildeten Ventilsitz (62) angedrückt und in der Offenstellung von dem Ventilsitz (62) abgehoben ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptventilgehäuse (8) zwei in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) zueinander beabstandete Ventilkammern (63, 64) ausgebildet sind, die jeweils zum einen mit der Speiseöffnung (26a) sowie zum andern mit einer der Arbeitsöffnungen (26b, 26c) und einer der Entlüftungsöffnungen (26d, 26c) verbunden sind, wobei in beiden Fällen eine ständig offene Fluidverbindung zwischen der Ventilkammer (63, 64) und der ihr zugeordneten Arbeitsöffnung (26b, 26c) vorliegt, während die Verbindung zwischen der Ventilkammer (63, 64) und der Speiseöffnung (26a) sowie zwischen der Ventilkammer (63, 64) und der Entlüftungsöffnung (26d, 26e) jeweils durch eines der Hauptventilglieder (21) wahlweise absperrbar oder für einen Fluidübertritt freigebbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Ventilkammer (63, 64) die Ventilteller (61) zweier Hauptventilglieder (21) in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass von der Speiseöffnung (26a) zwei im Hauptventilgehäuse (8) ausgebildete Speise-Ventilkanäle (65a', 65a'') ausgehen, die jeweils in eine der beiden Ventilkammern (63, 64) einmünden.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptventilglied (21) einen relativ zum Hauptventilgehäuse (8) beweglichen Antriebsabschnitt (31) aufweist, der über das Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) gesteuert druckbeaufschlagbar ist, um das Hauptventilglied (21) in einer gewünschten Unterschaltstellung zu positionieren.
Ventilanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptventilglied (21) durch eine Federeinrichtung (44) mit einer Federkraft in eine der beiden Unterschaltstellungen vorgespannt ist, wobei der Antriebsabschnitt (31) jedes Hauptventilgliedes (21) durch ein über das Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) zuführbares Vorsteuerfluid mit einem entgegengesetzt zu der Federkraft wirkenden Vorsteuerdruck beaufschlagbar ist, um ein Umschalten des Hauptventilgliedes (21) in die andere der beiden Unterschaltstellungen hervorzurufen.
Ventilanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtungen (44) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Hauptventilglieder (21) sämtlicher Hauptventiluntereinheiten (18) mittels einer Federkraft in die wirkungsmäßig gleiche Unterschaltstellung und dabei zweckmäßigerweise in die Schließstellung vorgespannt sind oder dass zwei der Hauptventilglieder (21) in die Schließstellung und die beiden anderen Hauptventilglieder (21) in die Offenstellung vorgespannt sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsabschnitt (31) jedes Hauptventilgliedes (21) über das Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) abwechselnd in einander entgegengesetzten Richtungen mit einem Vorsteuerdruck druckbeaufschlagbar ist, sodass die Umschaltbewegung (23) sowohl in Richtung der Offenstellung als auch in Richtung der Schließstellung durch einen Vorsteuerdruck eines über das Vorsteuerarbeitskanalsystem (17) zuführbaren Vorsteuerfluides hervorrufbar ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilgehäuse (8) eine quaderförmige Außenkontur hat.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilgehäuse (8) zwei in der Achsrichtung der Ventileinheit-Längsachse (12) einander entgegengesetzt orientierte Stirnseiten (15, 16) hat, wobei die Vorsteuerventileinrichtung (4) an wenigstens einer dieser beiden Stirnseiten (15, 16) und zweckmäßigerweise nur an einer dieser beiden Stirnseiten (15, 16) angebracht ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ventilträger (5) aufweist, der von Ventilträgerkanälen (28) durchsetzt ist und auf dem die mindestens eine Ventileinheit (2) mit ihrer Hauptventileinrichtung (3) derart montiert ist, dass zumindest die Speiseöffnung (26a) und die beiden Entlüftungsöffnungen (26d, 26e) und zweckmäßigerweise auch die beiden Arbeitsöffnungen (26b, 26c) jeweils mit einem der Ventilträgerkanäle (28) fluidisch verbunden sind.