DE102021210772A1

DE102021210772A1 - Fluidgerät

Info

Publication number: DE102021210772A1
Application number: DE102021210772.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Kunze; Georg Preisenberger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30
Also published as: CN115875322A

Abstract

Es wird ein Fluidgerät (1) vorgeschlagen, das in einem Gerätegehäuse (4) eine Ventilkammer (13) aufweist, in der ein zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung umschaltbares Ventilglied (34) angeordnet ist. Ein Einlass-Kammerabschnitt (14) der Ventilkammer (13) ist von einer Trennwand (42) begrenzt, die eine axiale Durchgangsöffnung (46) aufweist, durch die ein Verschlussabschnitt (52) des Ventilgliedes (34) hindurchragt, der innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes (14) eine ringförmige Verschlussfläche (56) aufweist, die einem die Durchgangsöffnung (46)umrahmenden Ventilsitz (47) gegenüberliegt. Ein Strömungskanal (61) durchsetzt das Ventilglied (34) und mündet rückseitig in einen mit einem Auslasskanal (3) verbundenen Auslass-Kammerabschnitt (15) der Ventilkammer (13) aus. Der Strömungskanal (61) hat außerdem axial benachbart zu der Verschlussfläche (56) an dem Ventilglied (34) mindestens eine vordere Kanalmündung (66), die in der Schließstellung des Ventilgliedes (34) durch die an dem Ventilsitz (47) anliegende Verschlussfläche (56) vom Einlass-Kammerabschnitt (14) abgetrennt ist und in der Schließstellung aufgrund der vom Ventilsitz (47) abgehobenen Verschlussfläche (56) mit dem Einlass-Kammerabschnitt (14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidgerät, mit einer in einem Gerätegehäuse ausgebildeten, sich entlang einer Geräte-Hauptachse erstreckenden Ventilkammer, in der ein Ventilglied angeordnet ist, das durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung unter Ausführung einer in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse orientierten Umschaltbewegung relativ zu dem Gerätegehäuse zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung umschaltbar ist, wobei die Ventilkammer an einer Vorderseite einen mit einem zur Einspeisung eines fluidischen Druckmediums vorgesehenen Einlasskanal kommunizierenden Einlass-Kammerabschnitt und an einer diesbezüglich axial entgegengesetzten Rückseite einen mit einem zur Abfuhr eines fluidischen Druckmediums vorgesehenen Auslasskanal kommunizierenden Auslass-Kammerabschnitt aufweist.
Ein aus der US 4 549 854 bekanntes Fluidgerät dieser Art ist als zur Vakuumerzeugung geeignetes Ejektorgerät ausgebildet. Es hat ein in einem Gerätegehäuse angeordnetes, durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung wahlweise in einer Offenstellung oder in einer Schließstellung positionierbares Ventilglied. Das Ventilglied befindet sich in einer Ventilkammer, in die an einer Vorderseite über einen Einlasskanal in einen Einlass-Kammerabschnitt ein fluidisches Druckmedium in Form von Druckluft eingespeist werden kann, das in der Offenstellung des Ventilgliedes durch das Ventilglied hindurch in einen Auslass-Kammerabschnitt der Ventilkammer übertritt, in den ein zur Atmosphäre führender Auslasskanal einmündet. Der Auslasskanal definiert die Treibdüse einer Vakuumsaugdüseneinrichtung, sodass hindurchströmende Druckluft an einem mit der Treibdüse kommunizierenden Saugkanal einen Unterdruck erzeugen kann. Das Ventilglied hat einen den Auslass-Kammerabschnitt begrenzenden Verschlussabschnitt, der stirnseitig mit einer Dichtung versehen ist, die in der Schließstellung des Ventilgliedes an einem die Mündung des Auslasskanals umrahmenden Ventilsitz anliegt und in der Offenstellung von diesem Ventilsitz abgehoben ist. Somit kann die durch das Ventilglied hindurchtretende Druckluft in der Offenstellung in den Auslasskanal ausströmen, während sie in der Schließstellung an einem Ausströmen aus dem Auslass-Kammerabschnitt gehindert ist. Für die fluidische Ansteuerung des Ventilgliedes zuständig ist ein Umschaltventil, durch das das Ventilglied wahlweise in Richtung der Offenstellung oder der Schließstellung mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist. Sollte in der Schließstellung des Ventilgliedes der Steuerdruck störungsbedingt ausfallen, ist die Schließstellung nicht mehr sicher gewährleistet, sodass möglicherweise Fehlfunktionen auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluidgerät zu schaffen, das bei kompaktem Aufbau eine funktionssichere Steuerung der Strömung eines fluidischen Druckmediums gewährleistet.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass der Einlass-Kammerabschnitt der Ventilkammer an seiner dem Auslass-Kammerabschnitt zugewandten Rückseite von einer Trennwand begrenzt ist, in der eine in den Einlass-Kammerabschnitt einmündende und an ihrer dem Einlass-Kammerabschnitt zugewandten Vorderseite von einem Ventilsitz umrahmte axiale Durchgangsöffnung ausgebildet ist, die von einem in den Einlass-Kammerabschnitt hineinragenden Verschlussabschnitt des Ventilgliedes durchsetzt ist, der innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes eine dem Ventilsitz axial zugewandte ringförmige Verschlussfläche aufweist, die in der Schließstellung des Ventilgliedes unter Verschließen der Durchgangsöffnung dichtend an dem Ventilsitz anliegt und in der Offenstellung des Ventilgliedes von dem Ventilsitz abgehoben ist, wobei in dem Ventilglied ein sich axial erstreckender Strömungskanal ausgebildet ist, der einerseits an einem den Auslass-Kammerabschnitt der Ventilkammer begrenzenden Begrenzungsabschnitt des Ventilgliedes mit mindestens einer hinteren Kanalmündung in den Auslass-Kammerabschnitt ausmündet, sodass er unabhängig von der Stellung des Ventilgliedes mit dem Auslasskanal kommuniziert und der andererseits axial benachbart zu der ringförmigen Verschlussfläche des Verschlussabschnittes an einer Außenfläche des Ventilgliedes mit mindestens einer vorderen Kanalmündung ausmündet, die in der Schließstellung des Ventilgliedes von dem Einlass-Kammerabschnitt fluiddicht abgetrennt ist und die in der Offenstellung des Ventilgliedes mit dem Einlass-Kammerabschnitt fluidisch verbunden ist, um durch den Strömungskanal hindurch eine Fluidströmung aus dem Einlass-Kammerabschnitt in den Auslass-Kammerabschnitt zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Fluidgerät ermöglicht die Steuerung einer Fluidströmung, insbesondere einer Druckluftströmung, zwischen einem mit einem Einlasskanal verbundenen Einlass-Kammerabschnitt und einem mit einem Auslasskanal verbundenen Auslass-Kammerabschnitt der Ventilkammer. Das hinsichtlich seiner Strömung zu steuernde Druckmedium ist über den Einlasskanal in den Einlass-Kammerabschnitt einspeisbar, der rückseitig von einer gehäusefesten Trennwand begrenzt ist, die von einer Durchgangsöffnung durchsetzt ist, durch die das Ventilglied mit einem an seiner Vorderseite angeordneten Verschlussabschnitt hindurchragt. Der Verschlussabschnitt hat eine axial orientierte ringförmige Verschlussfläche, die in der Schließstellung des Ventilgliedes an einem die Durchgangsöffnung umrahmenden Ventilsitz der Trennwand anliegt und in der Offenstellung des Ventilgliedes von diesem Ventilsitz abgehoben ist. Ein das Ventilglied durchsetzender Strömungskanal mündet an einem den Auslass-Kammerabschnitt begrenzenden Begrenzungsabschnitt des Ventilgliedes derart aus, dass er unabhängig von der im Folgenden auch als Schaltstellung bezeichneten Stellung des Ventilgliedes mit dem Auslass-Kammerabschnitt fluidisch verbunden ist. Mindestens eine vordere Kanalmündung des Strömungskanals ist im Bereich des Verschlussabschnittes so platziert, dass sie sich hinter der ringförmigen Verschlussfläche befindet, also auf der dem Auslass-Kammerabschnitt zugewandten Seite der Verschlussfläche. Auf diese Weise ist die mindestens eine vordere Kanalmündung in der Schließstellung des Ventilgliedes von dem Einlass-Kammerabschnitt fluiddicht abgeschottet. In der Offenstellung des Ventilgliedes hingegen, in der die Verschlussfläche zu dem Ventilglied beabstandet ist, liegt eine offene Fluidverbindung zwischen dem Einlass-Kammerabschnitt und der mindestens einen vorderen Kanalmündung vor, was es dem eingespeisten Druckmedium erlaubt, durch den Strömungskanal des Ventilgliedes hindurch von dem Einlass-Kammerabschnitt in den Auslass-Kammerabschnitt überzuströmen und letztlich durch den Auslasskanal hindurch aus der Ventilkammer auszutreten. Das Ventilglied ist von dem im Einlass-Kammerabschnitt befindliche Druckmedium ständig nach rückwärts gerichtet axial beaufschlagt und mithin in Richtung der Schließstellung fluidisch vorgespannt, sodass es für eine Vorgabe bzw. Änderung der Schaltstellung ausreicht, das Ventilglied in der Gegenrichtung mit einem mehr oder weniger hohen fluidischen Antriebsdruck zu beaufschlagen. Bei einem unerwünschten Ausfall des Antriebsdruckes kann das zu steuernde fluidische Druckmedium das Ventilglied in der sicheren Schließstellung festhalten. Das Fluidgerät lässt sich in einer schlanken Bauweise realisieren, da Einlass und Auslass des zu steuernden Druckmediums in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse stattfinden können, sodass man von einem Inline-Fluidgerät sprechen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Für das Fluidgerät eröffnen sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Für einen universellen Einsatz empfiehlt sich eine Ausgestaltung als ein Ventilgerät, das über eine 2/2-Wege-Ventilfunktion verfügt. Für die gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Ventilgliedes kann zusätzlich ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil vorhanden sein, was die vorteilhafte Möglichkeit bietet, das Ventilgerät als Verstärker beziehungsweise „Booster“ zu betreiben. Als vorteilhaft wird ferner eine Ausgestaltung des Fluidgerätes als ein Ejektorgerät angesehen, das zur Vakuumerzeugung nutzbar ist. In diesem Fall hat das Fluidgerät zusätzlich zu den schon beschriebenen Ausstattungsmerkmalen eine Vakuumsaugdüseneinrichtung, die eine von dem Auslasskanal gebildete Treibdüse, eine der Treibdüse in einem Absaugbereich in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse gegenüberliegende und zur Atmosphäre ausmündende Fangdüse sowie einen mit dem Absaugbereich verbundenen Saugkanal aufweist. In der Offenstellung kann das in den Einlass-Kammerabschnitt eingespeiste fluidische Druckmedium, insbesondere Druckluft, durch den Strömungskanal des Ventilgliedes und daran anschließend durch die von dem Auslasskanal gebildete Treibdüse hindurchtreten, wobei in dem zwischen der Treibdüse und der Fangdüse liegenden Absaugbereich ein Unterdruck erzeugt wird, der in einem angeschlossenen Saugkanal eine Saugwirkung hervorruft und Umgebungsluft ansaugt, die dann zusammen mit dem fluidischen Druckmedium durch die Fangdüse hindurch zur Atmosphäre ausgeblasen wird. An den Saugkanal kann beispielsweise ein Sauggreifer angeschlossen sein, der eine Handhabung von Objekten mittels Unterdruck ermöglicht.
Der Strömungskanal des Ventilgliedes kann an seiner Vorderseite mit nur einer einzigen oder mit mehreren vorderen Kanalmündungen zu einer Außenfläche des Ventilgliedes ausmünden. Vorteilhaft ist es, wenn jede vordere Kanalmündung radial außen am Verschlussabschnitt des Ventilgliedes ausgebildet ist. Im Einlass-Kammerabschnitt befindliches Druckmedium kann folglich in der Offenstellung des Ventilgliedes axial am vorderen Bereich des Verschlussabschnittes vorbeiströmen und daran anschließend radial nach innen gerichtet durch die mindestens eine vordere Kanalmündung hindurch in den Strömungskanal eintreten. Bevorzugt mündet der Strömungskanal mit mehreren und insbesondere mit drei oder vier in der Umfangsrichtung des Verschlussabschnittes verteilten vorderen Kanalmündungen zur Außenseite des Ventilgliedes aus.
Jede vordere Kanalmündung ist insbesondere so an dem Verschlussabschnitt angeordnet, dass sie in der Offenstellung des Ventilgliedes zumindest teilweise vor der axialen Durchgangsöffnung der Trennwand innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes der Ventilkammer positioniert ist. Zumindest ein Teil des Mündungsquerschnittes jeder Kanalmündung liegt somit in der Offenstellung des Ventilgliedes innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes. Es ist eine Ausgestaltung möglich, bei der mindestens eine und bevorzugt jede vordere Kanalmündung in der Offenstellung des Ventilgliedes mit ihrem vollen Mündungsquerschnitt innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes liegt. Bevorzugt wird allerdings eine Bauform, bei der der Mündungsquerschnitt jeder vorderen Kanalmündung nur teilweise innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes angeordnet ist und im Übrigen innerhalb der axialen Durchgangsöffnung der Trennwand, wobei zweckmäßigerweise ein zwischen jeder Kanalmündung und der Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung vorhandener radialer Abstand ein Einströmen des Druckmediums trotz der vorhandenen axialen Überlappung zwischen der betreffenden Kanalmündung und der Trennwand begünstigt.
Der Einlasskanal ist bevorzugt derart im Gerätegehäuse ausgebildet, dass er in einem der axialen Durchgangsöffnung der Trennwand in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse gegenüberliegenden Bereich mit einer inneren Einlasskanalmündung in den Einlass-Kammerabschnitt der Ventilkammer einmündet. Bevorzugt sind die Einlasskanalmündung und die axiale Durchgangsöffnung der Trennwand koaxial zueinander angeordnet. Eine der inneren Einlasskanalmündung entgegengesetzte äußere Einlasskanalmündung des Einlasskanals ist bevorzugt in bezüglich der inneren Einlasskanalmündung koaxialer Ausrichtung an einer Außenfläche des Gerätegehäuses angeordnet. Sie kann insbesondere dahingehend ausgebildet sein, dass eine das fluidische Druckmedium heranführende Fluidleitung, beispielsweise ein Druckmittelschlauch, anschließbar ist.
Für die Realisierung der ringförmigen Verschlussfläche ist es günstig, wenn der Verschlussabschnitt einen unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes im Einlass-Kammerabschnitt befindlichen gummielastischen Dichtungsring aufweist, der eine dem Ventilsitz zugewandte ringförmige axiale Stirnfläche hat, die die Verschlussfläche bildet. Dieser Dichtungsring wird zur besseren Unterscheidung auch als Verschluss-Dichtungsring bezeichnet. Das Ventilglied hat zweckmäßigerweise einen länglichen, sich in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse erstreckenden starren Grundkörper, wobei der Verschluss-Dichtungsring zweckmäßigerweise in einer radial außen offenen Ringnut an einem in den Einlass-Kammerabschnitt hineinragenden axialen Fortsatz des Grundkörpers des Ventilgliedes fixiert ist. Die Verschlussfläche ist dabei von dem radial über den Grundkörper vorstehenden ringförmigen Abschnitt des Dichtungsringes gebildet.
Der Auslasskanal ist bevorzugt so ausgebildet, dass er in einen dem Begrenzungsabschnitt des Ventilgliedes in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse gegenüberliegenden Bereich mit einer inneren Auslasskanalmündung in den Auslass-Kammerabschnitt der Ventilkammer einmündet. Bevorzugt ist die innere Auslasskanalmündung koaxial zu der weiter oben erwähnten inneren Einlasskanalmündung angeordnet. Der Strömungskanal des Ventilgliedes erstreckt sich bevorzugt ebenfalls koaxial zu der Einlasskanalmündung und der Auslasskanalmündung.
Bei dem Begrenzungsabschnitt des Ventilgliedes handelt es sich vorzugsweise um einen dem Verschlussabschnitt axial entgegengesetzten rückseitigen Endabschnitt des Ventilgliedes. Die hintere Kanalmündung des Strömungskanals ist zweckmäßigerweise an der von der Trennwand axial abgewandten axialen Stirnfläche des Begrenzungsabschnittes ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn diese hintere Kanalmündung des Strömungskanals koaxial zu der vorstehend genannten inneren Auslasskanalmündung ausgerichtet ist, sodass ein aus dem Strömungskanal rückseitig austretendes Druckmedium geradlinig und dementsprechend strömungsgünstig in den Auslasskanal eintreten kann.
Der Begrenzungsabschnitt des Ventilgliedes weist zweckmäßigerweise einen zur besseren Unterscheidung als Begrenzungs-Dichtungsring bezeichneten gummielastischen Dichtungsring auf, der mit Dichtwirkung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche einer die Ventilkammer radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand anliegt. Dadurch kann wirksam verhindert werden, dass im Einlass-Kammerabschnitt befindliches Druckmedium außen um das Ventilglied herum in zwischen den Einlass-Kammerabschnitt und den Auslass-Kammerabschnitt liegende Bereiche der Ventilkammer strömt. Wenn das Ventilglied über einen starren Grundkörper verfügt, ist es zweckmäßig, wenn der Begrenzungs-Dichtungsring in einer radial außen offenen Ringnut dieses starren Grundkörpers fixiert ist.
Durch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Ventilgliedes ist beeinflussbar, welche der beiden möglichen Schaltstellungen, entweder die Offenstellung oder die Schließstellung, das Ventilglied einnimmt. Für diese Ansteuerung, die man auch als Vorsteuerung bezeichnen kann, verfügt das Ventilglied an seinem radialen Außenumfang über eine zur Rückseite der Ventilkammer weisende ringförmige Antriebsfläche, die durch ein auch als Vorsteuerfluid bezeichenbares Antriebsfluid gesteuert beaufschlagbar ist. Die ringförmige Antriebsfläche befindet sich an einem Zwischenabschnitt des Ventilgliedes, der sich auf der dem Einlass-Kammerabschnitt axial entgegengesetzten Seite der Trennwand zwischen dem Verschlussabschnitt und dem Begrenzungsabschnitt erstreckt. Die Antriebsfläche macht die Umschaltbewegung des Ventilgliedes mit und fungiert als bewegliche axiale Begrenzungswand eines das Ventilglied umschließenden Ringraumes, der als ringförmiger Antriebsraum bezeichnet wird und der mit einem als Antriebskanal bezeichneten Fluidkanal kommuniziert, der im Gerätegehäuse ausgebildet ist. Durch den Antriebskanal hindurch ist ein Antriebsfluid wahlweise zuführbar oder abführbar, um die Antriebsfläche mit einem Antriebsdruck zu beaufschlagen oder druckmäßig zu entlasten. Bei Beaufschlagung mit dem Antriebsdruck bewegt sich das Ventilglied in die Offenstellung und bleibt dort, solange der Antriebsdruck anliegt. Sobald der Antriebsdruck durch Entlüftung des Antriebsraumes weggenommen wird, kann das Ventilglied durch den Betriebsdruck des im Einlass-Kammerabschnitt anstehenden fluidischen Druckmediums in die Schließstellung verlagert und dort so lange festgehalten werden, bis neuerlich eine Druckbeaufschlagung des Antriebsraumes erfolgt.
Bevorzugt ist an den Antriebskanal ein über eine 3/2-Wege-Ventilfunktion verfügendes, elektrisch betätigbares Vorsteuerventil angeschlossen. Dieses Vorsteuerventil ist zweckmäßigerweise als ein Bestandteil des Fluidgerätes ausgebildet.
An der der Trennwand axial entgegengesetzten Rückseite ist der ringförmige Antriebsraum zweckmäßigerweise durch den optionalen gummielastischen Begrenzungs-Dichtungsring von dem Auslass-Kammerabschnitt der Ventilkammer fluiddicht abgetrennt. Dadurch kann eine gegenseitige druckmäßige Beeinflussung zwischen dem Antriebsraum und dem Auslass-Kammerabschnitt auf einfache Weise vermieden werden.
Bevorzugt ist die ringförmige Antriebsfläche zumindest teilweise an einem zur besseren Unterscheidung als Antriebs-Dichtungsring bezeichneten gummielastischen Dichtungsring des Zwischenabschnittes des Ventilgliedes ausgebildet. Der Antriebs-Dichtungsring macht die Umschaltbewegung des Ventilgliedes mit, wobei er an der Innenumfangsfläche einer die Ventilkammer radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand, an der er dichtend anliegt, entlanggleiten kann.
Bevorzugt hat das Ventilglied einen weiter oben schon angesprochenen starren Grundkörper. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Antriebs-Dichtungsring in einer radial außen offenen Ringnut des starren Grundkörpers fixiert ist. Der Antriebs-Dichtungsring ist zweckmäßigerweise mit dem überwiegenden Teil seiner radialen Dicke in der zugeordneten Ringnut aufgenommen, sodass er sich zur Übertragung einer Antriebskraft an einer Nutflanke der Ringnut abstützen kann, wenn er durch das Antriebsfluid an seiner der Rückseite der Ventilkammer zugewandten, als Antriebsfläche fungierenden ringförmigen Stirnfläche beaufschlagt wird.
Bevorzugt weist der Zwischenabschnitt des Ventilgliedes in dem zwischen der Trennwand und dem Antriebs-Dichtungsring liegenden Längenabschnitt einen als Rückstell-Dichtungsring bezeichneten gummielastischen Dichtungsring auf. Dieser liegt mit Dichtwirkung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche einer die Ventilkammer radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand an. Gemeinsam mit dieser peripheren Ventilkammerwand und der Trennwand begrenzt der Rückstell-Dichtungsring einen als Rückstell-Kammerabschnitt bezeichneten Abschnitt der Ventilkammer, der sich rückseitig an die Trennwand anschließt und in der Offenstellung des Ventilgliedes über die Durchgangsöffnung der Trennwand mit dem Einlass-Kammerabschnitt fluidverbunden ist. Eine solche Ausgestaltung hat die Wirkung, dass in der Offenstellung des Ventilgliedes das über den Einlasskanal eingespeiste fluidische Druckmedium auch in dem Rückstell-Kammerabschnitt präsent ist und die der Trennwand zugewandte, als Rückstellfläche bezeichnete ringförmige Stirnfläche des Rückstell-Dichtungsringes beaufschlagt, wodurch der Schließvorgang unterstützt und beschleunigt wird, wenn der ringförmige Antriebsraum entlüftet wird.
Für eine kostengünstige Herstellung ist es vorteilhaft, wenn die Ventilkammer radial außen von einer peripheren Ventilkammerwand begrenzt ist, die von einer bezüglich des Gerätegehäuses gesonderten, in das Gerätegehäuse eingesetzten Hülsenanordnung gebildet ist. Diese Hülsenanordnung weist auch die Trennwand auf. Zwischen der Hülsenanordnung und der Ventilkammer ist zweckmäßigerweise eine statisch dichtende Dichtungsanordnung platziert, die bevorzugt an der Hülsenanordnung fixiert ist. Die Hülsenanordnung ermöglicht eine kostengünstige Realisierung komplexer geometrischer Strukturen der Ventilkammer und kann beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt sein. Im Gerätegehäuse kann eine einfach konturierte Aufnahmeausnehmung ausgebildet sein, in die die Hülsenanordnung bei ihrer Montage axial einsteckbar ist. Die Hülsenanordnung kann nur eine einzige Hülse oder bevorzugt mehrere koaxial hintereinander angeordnete Hülsenelemente aufweisen. Bei einer Ausgestaltung als Ejektorgerät kann ein Hülsenelement insbesondere die Treibdüse ausbilden.
Bei einem als Ejektorgerät konzipierten Fluidgerät kann die Hülsenanordnung einfach und kostengünstig mit einer die Vakuumsaugdüseneinrichtung zumindest teilweise definierenden und in das Gerätegehäuse einsetzbaren Saugdüsenpatrone kombiniert sein.
Bevorzugt ist die Trennwand ringscheibenförmig ausgebildet. In diesem Fall kann eine einfache und kurze Wanddurchbrechung die axiale Durchgangsöffnung definieren. Besonders vorteilhaft lässt sich eine solche Trennwandgestaltung als integraler Bestandteil einer beispielsweise durch Spritzgießen hergestellten Hülsenanordnung realisieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Fluidgerätes in einem Längsschnitt bei in einer Schließstellung positioniertem Ventilglied, wobei ein gestrichelt umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert dargestellt ist, und
2 das gleiche Fluidgerät wie in 1 wiederum in einem Längsschnitt, wobei das Ventilglied bei Einnahme einer Offenstellung gezeigt ist und wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert illustriert ist.

Aus der Zeichnung ist ein Fluidgerät 1 ersichtlich, das ausgebildet ist, um die Strömung eines fluidischen Druckmediums zwischen einem Einlasskanal 2 und einem Auslasskanal 3 zu steuern. Bei dem fluidischen Druckmedium handelt es sich insbesondere um Druckluft.
Das Fluidgerät 1 hat ein beispielsweise blockförmiges Gerätegehäuse 4, in dem der Einlasskanal 2 und der Auslasskanal 3 jeweils zumindest teilweise ausgebildet sind. Bevorzugt liegen die beiden vorgenannten Kanäle 2, 3 koaxial mit axialem Abstand zueinander auf einer strichpunktiert angedeuteten Geräte-Hauptachse 5 des Gerätegehäuses 4. Die Achsrichtung der Geräte-Hauptachse 5 wird im Folgenden zur Vereinfachung auch als Geräte-Hauptrichtung 5a bezeichnet.
Im Betrieb des Fluidgerätes 1 ist der Einlasskanal 2 mit einer das fluidische Druckmedium bereitstellenden Druckquelle P verbunden. Dem Einlasskanal 2 zugeordnete Anschlussmittel 8 erlauben exemplarisch das Anschließen einer schematisch angedeuteten, zu der Druckquelle P führenden Fluidleitung 6. Der Einlasskanal 2 mündet mit einer äußeren Einlasskanalmündung 2a zu einer Außenfläche 12 des Gerätegehäuses 4 aus.
Der Auslasskanal 3 ist im Betrieb des Fluidgerätes 1 mit einer Drucksenke R verbunden, insbesondere mit der Atmosphäre. Dies kann durch direkte Ausmündung des Auslasskanals 3 mit einer äußeren Auslasskanalmündung 3a zur Atmosphäre erfolgen oder vorzugsweise durch einen nur angedeuteten Schalldämpfer 7 hindurch, der im Bereich der äußeren Auslasskanalmündung 3a an dem Auslasskanal 3 zugeordneten Anschlussmitteln 9 fixierbar ist. Alternativ kann das ausströmende Druckmedium auch über eine Fluidleitung gefasst zu der Drucksenke R abgeführt werden.
Bei den Anschlussmitteln 8, 9 handelt es sich beispielsweise um ein Innengewinde oder um eine in den betreffenden Kanal 2, 3 eingesetzte Steckanschlussvorrichtung.
Im Innern des Gerätegehäuses 4 ist eine sich in der Geräte-Hauptrichtung 5a erstreckende Ventilkammer 13 ausgebildet. Die Ventilkammer 13 hat einen Einlass-Kammerabschnitt 14 und einen diesbezüglich in der Geräte-Hauptrichtung 5a beabstandeten Auslass-Kammerabschnitt 15. Der Einlass-Kammerabschnitt 14 ist einer Vorderseite 16, der Auslass-Kammerabschnitt 15 einer Rückseite 17 der Ventilkammer 13 zugeordnet.
Der Einlass-Kammerabschnitt 14 steht in ständiger Fluidverbindung mit dem Einlasskanal 2. Exemplarisch mündet der Einlasskanal 2 mit einer zu der äußeren Einlasskanalmündung 2a beabstandeten inneren Einlasskanalmündung 2b in bezüglich der Geräte-Hauptachse 5 koaxialer Anordnung vorne in den Einlass-Kammerabschnitt 14 ein.
Der Auslasskanal 3 mündet mit einer zu der Geräte-Hauptachse 5 bevorzugt ebenfalls koaxialen inneren Auslasskanalmündung 3b rückseitig in den Auslass-Kammerabschnitt 15 ein.
In der Zeichnung ist ein als Ejektorgerät 1a konzipiertes Fluidgerät 1 illustriert, bei dem es sich um eine bevorzugte Ausgestaltung des Fluidgerätes 1 handelt. Bei dieser Ausgestaltung ist in dem Gerätegehäuse 2 in axialer Verlängerung der Ventilkammer 13 eine Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 angeordnet, die von einem Längenabschnitt des Auslasskanals 3 durchsetzt ist, sodass die innere Auslasskanalmündung 3b ein Bestandteil der Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 sein kann.
Die Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 hat eine Treibdüse 22, die von einem sich an den Auslass-Kammerabschnitt 15 anschließenden Längenabschnitt des Auslasskanals 3 gebildet ist und die mit einem sich erweiternden Kanalquerschnitt zu einem Absaugbereich 23 ausmündet, an den sich eine von einem weiteren Längenabschnitt des Auslasskanals 3 gebildete Fangdüse 24 der Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 anschließt. Die Fangdüse mündet in einen äußeren Endabschnitt 25 des Auslasskanals 3, der mit der äußeren Auslasskanalmündung 3a endet, die zu der Außenfläche 12 des Gerätegehäuses 4 ausmündet. Zu der Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 gehört auch noch ein zweckmäßigerweise in dem Gerätegehäuse 4 ausgebildeter Saugkanal 26, der einerseits mit dem Absaugbereich 23 kommuniziert und andererseits über einen Sauganschluss 27 verfügt, der exemplarisch ebenfalls zu der Außenfläche 12 ausmündet.
Ein im Betrieb des Ejektorgerätes 1a gemäß einer gepunkteten Strömungslinie 30 zwischen der äußeren Einlasskanalmündung 2a und der äußeren Auslasskanalmündung 3a strömendes Druckmedium ruft nach dem Strahldüsenprinzip in dem Absaugbereich 23 eine Saugwirkung 31 hervor, aus der in dem Saugkanal 26 ein Unterdruck V resultiert. Dieser Unterdruck V kann beispielsweise genutzt werden, um einen an dem Saugkanal 26 angeschlossenen Sauggreifer 29 zu betreiben, mit dem sich Objekte zwecks ihrer Handhabung unterdruckbasiert ergreifen und festhalten lassen.
Bevorzugt enthält die Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 eine als Saugdüsenpatrone 28 bezeichnete Baugruppe, die die Treibdüse, den Absaugbereich und die Fangdüse 24 definiert und die in eine in dem Gerätegehäuse 4 ausgebildete Aufnahmeausnehmung 32 eingesetzt und insbesondere eingesteckt ist. Der Saugkanal 26 mündet benachbart zu dem Absaugbereich 23 in die Aufnahmeausnehmung 32 ein.
Der Auslass-Kammerabschnitt 15 ist zweckmäßigerweise axial von einer die innere Auslasskanalmündung 3b aufweisenden, bezüglich des Gerätegehäuses 4 ortsfesten Abschlusswand 33 begrenzt. Diese Abschlusswand 33 ist bei dem Ejektorgerät 1a von der Treibdüse 22 durchsetzt.
Bei einer nur in der 1 gestrichelt angedeuteten anderen Ausführungsform ist das Fluidgerät als ein Ventilgerät 1b ausgebildet, das keine Vakuumsaugdüseneinrichtung 18 aufweist. In diesem Fall kann der Auslasskanal 3 vollständig im Gerätegehäuse 4 ausgebildet sein, wobei die Abschlusswand 33 ein Bestandteil des Gerätegehäuses 4 ist. Allerdings kann auch bei einer Ausgestaltung als Ventilgerät 1b die die innere Auslasskanalmündung 3b definierende Abschlusswand 33 als separates Bauteil im Gerätegehäuse 4 angeordnet sein.
In der Ventilkammer 13 ist ein bevorzugt eine Längsgestalt aufweisendes Ventilglied 34 des Fluidgerätes 1 aufgenommen. Das Ventilglied 34 kann eine in der Geräte-Hauptrichtung 5a orientierte, linear hin und her gehende und durch einen Doppelpfeil angedeutete Umschaltbewegung 35 relativ zum Gerätegehäuse 4 ausführen. Im Rahmen dieser Umschaltbewegung 35 ist es in unterschiedlichen axialen Schaltstellungen positionierbar, wobei es sich zum einen um eine aus 1 ersichtliche Schließstellung und zum anderen um eine aus 2 ersichtliche Offenstellung handelt. In der Offenstellung ist das Ventilglied 34 axial weiter an den Einlasskanal 2 angenähert als in der Schließstellung. Bei der öffnenden Umschaltbewegung 35 bewegt sich das Ventilglied 34 in Richtung zum Einlasskanal 2 und bei der schließenden Umschaltbewegung 35 in Richtung zum Auslasskanal 3.
Die Umschaltbewegung 35 ist durch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Ventilgliedes 34 mittels eines zur besseren Unterscheidung als Antriebsfluid bezeichneten Druckfluides hervorrufbar. Das Ventilglied 34 hat im Bereich seines radialen Außenumfanges eine zu der Geräte-Hauptachse 5 koaxiale, der Rückseite 17 der Ventilkammer 13 zugewandte ringförmige Antriebsfläche 36, die durch das Antriebsfluid beaufschlagbar ist, um eine zur Vorderseite 16 gerichtete Antriebskraft auszuüben, durch die das Ventilglied 34 in die Offenstellung verschoben und dort festgehalten werden kann. Durch Wegnahme der Fluidbeaufschlagung des Antriebsfluides ist die Antriebskraft entfernbar, was exemplarisch dazu führt, dass das Ventilglied 34 durch den im Bereich des Einlass-Kammerabschnittes 14 ständig in Richtung der Rückseite 17 auf es einwirkenden Betriebsdruck des über den Einlasskanal 2 eingespeisten fluidischen Druckmediums in die Schließstellung verschoben und dort so lange festgehalten wird, bis erneut der Antriebsdruck wieder angelegt wird.
Für die gesteuerte Fluidbeaufschlagung mit dem Antriebsfluid ist zwischen dem Gerätegehäuse 4 und dem radialen Außenumfang des Ventilgliedes 34 ein das Ventilglied 34 umschließender ringförmiger Antriebsraum 37 ausgebildet, der an seiner Vorderseite von der Antriebsfläche 36 begrenzt ist. Der Antriebsraum 37 kommuniziert mit einem im Gerätegehäuse 4 ausgebildeten Antriebskanal 38, der zweckmäßigerweise mit einem elektrisch betätigbaren Vorsteuerventil 39 in Fluidverbindung steht. Über das Vorsteuerventil 39 kann der Antriebsraum 37 wahlweise mit unter dem Antriebsdruck stehendem, von der Druckquelle P stammendem Antriebsfluid beaufschlagt oder zur Atmosphäre entlüftet werden. Hierzu kann das Vorsteuerventil 39 schaltstellungsabhängig den Antriebskanal 38 alternativ mit einer Antriebsfluidquelle PA oder mit der Atmosphäre R verbinden.
Das in der Zeichnung nur schematisch angedeutete Vorsteuerventil 39 ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Fluidgeräts 1. In diesem Fall ist es insbesondere mit dem Gerätegehäuse 4 zu einer Baugruppe vereinigt.
Die Ventilkammer 13 ist in ihrer Längsrichtung durch eine Trennwand 42 in einen der Vorderseite 16 zugeordneten vorderen Ventilkammerabschnitt 43 und einen der Rückseite 17 zugeordneten hinteren Ventilkammerabschnitt 44 unterteilt. Der vordere Ventilkammerabschnitt 43 bildet oder beinhaltet den Einlass-Kammerabschnitt 14. Der der Rückseite 17 zugeordnete axiale Endabschnitt des hinteren Ventilkammerabschnittes 44 bildet den Auslass-Kammerabschnitt 15. Zur Vorderseite 16 hin ist der Auslass-Kammerabschnitt 15 von einem rückseitigen Endabschnitt des Ventilgliedes 34 begrenzt, der aufgrund seiner Begrenzungsfunktion als Begrenzungsabschnitt 45 bezeichnet wird.
Die Trennwand 42 ist von einer axialen Durchgangsöffnung 46 durchsetzt, die einerseits in den Einlass-Kammerabschnitt 14 einmündet und andererseits zu dem hinteren Ventilkammerabschnitt 44 hin offen ist. Sie ist an ihrer dem Einlass-Kammerabschnitt 14 zugewandten Vorderseite von einem axial orientierten ringförmigen Ventilsitz 47 umrahmt, der an der Trennwand 42 ausgebildet ist und bevorzugt koaxial zu der Gehäuse-Hauptachse 5 ausgerichtet ist. Bevorzugt steht der Ventilsitz 47 bezüglich der Trennwand 42 kragenartig in Richtung zu dem Einlass-Kammerabschnitt 14 vor.
Die bevorzugt über einen kreisförmigen Querschnitt verfügende Durchgangsöffnung 46 ist radial außen von einer zweckmäßigerweise kreiszylindrisch gestalteten und von der Trennwand 42 gebildeten Innenumfangsfläche 48 umschlossen.
Abgesehen von einem an seiner Vorderseite ausgebildeten Verschlussabschnitt 52 erstreckt sich das Ventilglied 34 zweckmäßigerweise ausschließlich in dem hinteren Ventilkammerabschnitt 44. Der Verschlussabschnitt 52 erstreckt sich als mit einer vorderen Stirnfläche 53 frei endender Fortsatz vom hinteren Ventilkammerabschnitt 44 her durch die axiale Durchgangsöffnung 46 hindurch und ragt mit der vorderen Stirnfläche 53 voraus in den Einlass-Kammerabschnitt 14 hinein. Zwischen dem Verschlussabschnitt 52 und der Innenumfangsfläche 48 der Durchgangsöffnung 46 ist ausreichendes radiales Spiel vorhanden, um die Umschaltbewegung 35 des Ventilgliedes 34 als Relativbewegung zu der Trennwand 42 zu ermöglichen.
Bevorzugt hat das Ventilglied 34 einen sich zwischen dem Verschlussabschnitt 52 und dem Begrenzungsabschnitt 45 erstreckenden Zwischenabschnitt 54. Der Außendurchmesser des Verschlussabschnittes 52 ist geringer als der Außendurchmesser des Zwischenabschnittes 54. Daher schließt sich exemplarisch der bevorzugt stößelartig ausgebildete Verschlussabschnitt 52 im Rahmen einer Ringstufe an den Zwischenabschnitt 54 an. Der Zwischenabschnitt 54 hat an seiner Vorderseite eine den Verschlussabschnitt 52 umrahmende, der Trennwand 42 axial zugewandte ringförmige Endfläche, die aufgrund ihrer beim Ausführungsbeispiel zu erfüllenden Funktion als ringförmige Anschlagfläche 55 bezeichnet wird.
Der Verschlussabschnitt 52 hat eine unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 34 innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes 14 angeordnete ringförmige Verschlussfläche 56, die der Trennwand 42 zugewandt ist und dem Ventilsitz 47 axial gegenüberliegt. Bevorzugt ist die Verschlussfläche 56 von einer der beiden axialen Stirnflächen eines gummielastischen Dichtungsrings 57 des Verschlussabschnittes 52 gebildet, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Verschluss-Dichtungsring 57 bezeichnet wird.
In der Schließstellung des Ventilgliedes 34 liegt der Verschluss-Dichtungsring 57 mit seiner Verschlussfläche 56 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 47 an, sodass der Einlass-Kammerabschnitt 14 von dem sich zur Rückseite 17 hin an den Ventilsitz 47 anschließenden Bereich der Ventilkammer 13 dicht abgetrennt ist. Mit anderen Worten ist dann die axiale Durchgangsöffnung 46 verschlossen. Diese Schließstellung ist in der 1 illustriert.
Im Vergleich dazu ist die ringförmige Verschlussfläche 56 in der aus 2 ersichtlichen Offenstellung des Ventilgliedes 34 zur Vorderseite 16 hin von dem Ventilsitz 47 abgehoben beziehungsweise entfernt. Dadurch ist eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass-Kammerabschnitt 14 und der axialen Durchgangsöffnung 46 freigegeben. Zweckmäßigerweise kommuniziert der Einlass-Kammerabschnitt 14 dabei durch die Durchgangsöffnung 46 hindurch auch mit einem zwischen der Trennwand 42 und dem Zwischenabschnitt 54 ausgebildeten Teilbereich des hinteren Ventilkammerabschnittes 44, der aufgrund einer beim Ausführungsbeispiel erfüllten Funktion als Rückstell-Kammerabschnitt 58 bezeichnet wird.
Die Offenstellung des Ventilgliedes 34 ist zweckmäßigerweise mechanisch dadurch vorgegeben, dass das Ventilglied 34 mit der ringförmigen Anschlagfläche 55 an der dem Ventilsitz 47 abgewandten Rückseite der Trennwand 42 anliegt.
In dem Ventilglied 34 ist ein sich axial erstreckender Strömungskanal 61 ausgebildet. Dieser Strömungskanal 61 hat einen sich in dem Begrenzungsabschnitt 45 erstreckenden hinteren Endabschnitt 62 und einen sich in dem Verschlussabschnitt 52 erstreckenden vorderen Endabschnitt 63.
Mit seinem hinteren Endabschnitt 62 mündet der Strömungskanal 61 über eine hintere Kanalmündung 64 in den Auslass-Kammerabschnitt 15 aus. Es handelt sich hier um eine ständig offene Verbindung, sodass der Strömungskanal 61 unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 34 mit dem Auslass-Kammerabschnitt 15 kommuniziert.
Die hintere Kanalmündung 64 befindet sich vorzugsweise an der von der Trennwand 42 axial abgewandten axialen Stirnfläche 65 des Begrenzungsabschnittes 45. Bevorzugt ist die hintere Kanalmündung 64 koaxial zu der inneren Auslasskanalmündung 3b angeordnet, sodass sie dieser in der Geräte-Hauptrichtung 5a gegenüberliegt.
Bei der Umschaltbewegung 35 verändert sich der axiale Abstand zwischen der axialen Stirnfläche 65 und der inneren Auslasskanalmündung 3b beziehungsweise der Abschlusswand 33. Folglich verändert sich die axiale Länge des Auslass-Kammerabschnittes 15 in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Ventilgliedes 34.
Der hintere Endabschnitt 62 des Strömungskanals 61 könnte sich auch verzweigen, sodass der Strömungskanal 61 mit mehreren hinteren Kanalmündungen 64 in den Auslass-Kammerabschnitt 15 mündet.
An seinem vorderen Endabschnitt 63 verzweigt sich der Strömungskanal 61 innerhalb des Ventilgliedes 34 und mündet mit mehreren vorderen Kanalmündungen 66 an der bezüglich der Geräte-Hauptachse 5 radial orientierten Außenfläche 67 des Verschlussabschnittes 52 aus. Sämtliche vorderen Kanalmündungen 66 sind axial hinter der ringförmigen Verschlussfläche 56 platziert, also auf der dem Begrenzungsabschnitt 45 zugewandten Seite der ringförmigen Verschlussfläche 56. Dadurch ist sichergestellt, dass die vorderen Kanalmündungen 66 in der Schließstellung des Ventilgliedes 34 durch die an dem Ventilsitz 47 anliegende Verschlussfläche 56 fluiddicht von dem Einlass-Kammerabschnitt 14 abgetrennt ist.
Andererseits sind die vorderen Kanalmündungen 66 so ausgebildet und angeordnet, dass mindestens eine und bevorzugt jede vordere Kanalmündung 66 in der Offenstellung des Ventilgliedes 34 mit dem Einlass-Kammerabschnitt 14 fluidisch verbunden ist, sodass im Einlass-Kammerabschnitt 14 befindliches Druckmedium durch die vorderen Kanalmündungen 66 hindurch in den Strömungskanal 61 einströmen kann, um durch den Strömungskanal 61 hindurch in den Auslass-Kammerabschnitt 15 zu gelangen.
Dieses Grundprinzip der Anordnung und Ausbildung der vorderen Kanalmündungen 66 gilt unabhängig von der Anzahl dieser vorderen Kanalmündungen 66. Beispielsweise kann der Strömungskanal 61 über nur eine einzige vordere Kanalmündung 66 verfügen. Die Mehrzahl von vorderen Kanalmündungen 66 ermöglicht allerdings besonders hohe Durchflussraten.
Wenn der radiale Abstand zwischen der Innenumfangsfläche 48 der Durchgangsöffnung 46 und der peripheren Außenfläche 67 des Verschlussabschnittes 52 ausreichend groß bemessen ist, ist es irrelevant, ob oder ob nicht die vorderen Kanalmündungen 66 in der Offenstellung des Ventilgliedes 34 ganz oder teilweise innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes 14 zu liegen kommen. Zu Gunsten hoher Durchflussraten in der Offenstellung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die mindestens eine vordere Kanalmündung 66 derart radial außen im Bereich der Außenfläche 67 des Verschlussabschnittes 52 angeordnet ist, dass sie in der Offenstellung des Ventilgliedes 34 zumindest teilweise innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes 14 positioniert ist, zumindest ein Teil des Mündungsquerschnittes also der Trennwand 42 und dem daran ausgebildeten Ventilsitz 47 zur Vorderseite 16 hin vorgelagert ist. Ein solches Konzept ist bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel verwirklicht.
Exemplarisch sind die vorderen Kanalmündungen 66 so ausgestaltet und angeordnet, dass sie jeweils mit nur einem Teil ihres Mündungsquerschnittes innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes 14 liegen und mit dem übrigen Teil des Mündungsquerschnittes innerhalb der axialen Durchgangsöffnung 46 zu liegen kommen. Dies ist gut aus 2 ersichtlich. Aufgrund des Umstandes, dass der Verschlussabschnitt 52 im Bereich der vorderen Kanalmündungen 66 bevorzugt kreiszylindrisch konturiert ist, steht dem fluidischen Druckmedium gleichwohl ein großer Mündungsquerschnitt zur Verfügung, um gemäß dem Strömungspfeil 68 in den Strömungskanal 61 eintreten zu können.
Das Ventilglied 34 ist zweckmäßigerweise mehrteilig aufgebaut, wobei zur Erfüllung diverser Dichtfunktionen bevorzugt auf individuelle Dichtungsringe zurückgegriffen wird.
Entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel hat das Ventilglied 34 zweckmäßigerweise einen starren Grundkörper 72, der bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Leichtmetall besteht. An dem Grundkörper 72 ist sowohl die rückseitige axiale Stirnfläche 65 des Begrenzungsabschnittes 45 ausgebildet als auch die vordere Stirnfläche 53 des Verschlussabschnittes 52. Der Strömungskanal 61 erstreckt sich ausschließlich innerhalb des starren Grundkörpers 72.
Der starre Grundkörper 72 hat einen in dem hinteren Ventilkammerabschnitt 44 aufgenommenen Grundkörper-Hauptabschnitt 73 und einen diesbezüglich im Durchmesser kleineren, in Richtung zur Vorderseite 16 axial abstehenden Grundkörper-Fortsatz 74. Der Grundkörper-Fortsatz 74 gehört zu dem Verschlussabschnitt 22. In dem Grundkörper-Fortsatz 74 ist peripher eine radial außen offene Ringnut 75 ausgebildet, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erste Ringnut 75 bezeichnet wird und in der der Verschluss-Dichtungsring 57 sitzt und gehalten ist. Mit einem ringförmigen Außenabschnitt steht der Verschluss-Dichtungsring 57 radial über den Grundkörper-Fortsatz 74 vor, wobei die daran ausgebildete Verschlussfläche 56 in der Schließstellung des Ventilgliedes 34 an den Ventilsitz 47 angedrückt ist.
Die ringförmige Anschlagfläche 55 ist zweckmäßigerweise von der der Trennwand 42 zugewandten axialen Stirnfläche des Grundkörper-Hauptabschnittes 73 gebildet.
Die ringförmige Antriebsfläche 36 ist zweckmäßigerweise zumindest teilweise und insbesondere zur Gänze an einem als Antriebs-Dichtungsring 76 bezeichneten gummielastischen Dichtungsring des Zwischenabschnittes 54 ausgebildet. Exemplarisch sitzt dieser Antriebs-Dichtungsring 76 in einer in dem Grundkörper-Hauptabschnitt 73 ausgebildeten und radial außen offenen Ringnut 77, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als zweite Ringnut 77 bezeichnet wird.
Die Ventilkammer 13 ist radial außen von einer sich um die Geräte-Hauptachse 5 herum erstreckenden peripheren Ventilkammerwand 78 begrenzt, die bezüglich des Gerätegehäuses 4 ortsfest ist. Diese periphere Ventilkammerwand 78 hat zumindest im Bereich des hinteren Ventilkammerabschnittes 44 eine Innenumfangsfläche 82, die vergleichbar der Innenmantelfläche eines Hohlzylinders gestaltet ist, die aber in der Geräte-Hauptrichtung 5a durchaus mehrfach abgestuft sein kann. Der Antriebs-Dichtungsring 76 liegt unter Abdichtung gleitverschieblich an dieser Innenumfangsfläche 82 an und schottet auf diese Weise den von der Antriebsfläche 36 begrenzten Antriebsraum 37 von den vor dem Antriebs-Dichtungsring 76 liegenden Bereichen der Ventilkammer 13 fluiddicht ab.
Damit keine Interaktionen zwischen den im Antriebsraum 37 und im Auslass-Kammerabschnitt 15 befindlichen Druckfluiden auftreten, sind diese beiden Bereiche zweckmäßigerweise unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 34 fluiddicht voneinander abgetrennt. Bevorzugt ist dies dadurch realisiert, dass der Begrenzungsabschnitt 45 einen zur besseren Unterscheidung als Begrenzungs-Dichtungsring 83 bezeichneten gummielastischen Dichtungsring aufweist, der die Umschaltbewegung 35 mitmacht und dabei unter Abdichtung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche 82 der peripheren Ventilkammerwand 78 anliegt.
Beispielhaft ist der Begrenzungs-Dichtungsring 83 in einer zur besseren Unterscheidung als dritte Ringnut 84 bezeichneten Ringnut gehalten, die radial außen in dem zum Begrenzungsabschnitt 45 gehörenden Bestandteil des Grundkörper-Hauptabschnittes 73 ausgebildet ist.
Somit ist der ringförmige Antriebsraum 37 unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 34 rückseitig durch den mit der peripheren Ventilkammerwand 78 kooperierenden Begrenzungs-Dichtungsring 84 stets fluiddicht verschlossen.
Zur Verhinderung einer fluidischen Interaktion zwischen dem Rückstell-Kammerabschnitt 58 und dem Antriebsraum 37 ist der Zwischenabschnitt 54 des Ventilgliedes 34 zweckmäßigerweise mit einem zur besseren Unterscheidung als Rückstell-Dichtungsring 85 bezeichneten gummielastischen Dichtungsring ausgestattet, und zwar in dem zwischen der Trennwand 42 und dem Antriebs-Dichtungsring 76 liegenden Bereich. Der Rückstell-Dichtungsring 85 ist wie die anderen beschriebenen Dichtungsringe 57, 76, 83 statisch dichtend an dem Grundkörper 72 fixiert und liegt mit Dichtwirkung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche 82 der peripheren Ventilkammerwand 78 an. Zweckmäßigerweise ist der Rückstell-Dichtungsring 85 in einer peripher in dem Grundkörper-Hauptabschnitt 73 ausgebildeten Ringnut 86 gehalten, die zur besseren Unterscheidung auch als vierte Ringnut 86 bezeichnet wird.
Die dem Rückstell-Kammerabschnitt 58 zugewandte axiale Stirnfläche des Rückstell-Dichtungsringes 85 bildet eine von dem in dem Rückstell-Kammerabschnitt 58 befindlichen fluidischen Druckmedium beaufschlagte Rückstellfläche 87. Wenn in der Offenstellung des Ventilgliedes 34 der Antriebsraum 37 entlüftet wird, wird das Ventilglied 34 mit einer Druckkraft in die Schließstellung verschoben, die aus dem in dem Einlass-Kammerabschnitt 14 anstehenden, auch als Einlassdruck bezeichenbaren Betriebsdruck des zu steuernden fluidischen Druckmediums resultiert. Der Einlassdruck beaufschlagt nicht nur die vordere Stirnfläche 53 des Verschlussabschnittes 52, sondern auch die Rückstellfläche 87, sodass die druckbeaufschlagte Fläche größer ist als die dem im Auslass-Kammerabschnitt 15 herrschenden Auslassdruck ausgesetzte, entgegengesetzt orientierte Fläche des Ventilgliedes 34. Daraus ergibt sich eine resultierende Umschaltkraft in die Schließstellung, ohne dass es einer zusätzlichen aktiven Fluidbeaufschlagung durch das Vorsteuerventil 39 bedürfte. Die fluidischen Ansteuermaßnahmen lassen sich folglich mit sehr geringem Aufwand realisieren. Einmal in der Schließstellung positioniert, wird das Ventilglied 34 bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel durch den auf die vordere Stirnfläche 53 einwirkenden Einlassdruck zuverlässig festgehalten, da der Auslass-Kammerabschnitt 15 aufgrund seiner Verbindung mit der Atmosphäre drucklos ist.
Ersichtlich reicht bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel zur Betätigung des Ventilgliedes 34 eine einfachwirkende fluidische Ansteuerung mittels des Vorsteuerventils 39 aus. Es versteht sich jedoch, dass ohne weiteres auch eine doppeltwirkende Ansteuerung möglich ist. In diesem Fall kann ein zwischen dem Antriebs-Dichtungsring 76 und dem Rückstell-Dichtungsring 35 liegender Ringraum 88 als weiterer Antriebsraum genutzt werden, der über einen optionalen weiteren Antriebskanal 79 mit einem Vorsteuerventil 39 verbunden ist. Der Antriebs-Dichtungsring 76 kann in diesem Fall von beiden Seiten her mit einer fluidischen Antriebskraft beaufschlagt werden.
Mit dem Ventilgerät 1b lässt sich beispielhaft eine 2/2-Ventilfunktion realisieren. Eine solche Ventilfunktion kommt exemplarisch auch bei dem Ejektorgerät 1a zur Anwendung.
Die periphere Ventilkammerwand 78 kann direkt vom Gerätegehäuse 4 gebildet sein. Bevorzugt ist sie jedoch nicht direkt vom Gerätegehäuse 4 gebildet, sondern von einer in die Aufnahmeausnehmung 32 eingesetzten Hülsenanordnung 89. Eine solche Bauform ist bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel verwirklicht. Die Hülsenanordnung 89 ist exemplarisch durch den Einlasskanal 2 hindurch in die Aufnahmeausnehmung 32 eingesteckt und darin durch einen Sicherungsring 92 axial unbeweglich fixiert. Die Hülsenanordnung 89 enthält zweckmäßigerweise auch die Trennwand 42, die bei allen Ausführungsbeispielen zweckmäßigerweise ringscheibenförmig ausgebildet ist.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel enthält die Hülsenanordnung 89 zwei gesonderte, koaxial aufeinanderfolgend in der Aufnahmeausnehmung 32 platzierte, erste und zweite Hülsenelemente 93, 94. In das erste Hülsenelement 93 ist die Trennwand 42 integriert. Mit ihm kooperieren der Antriebs-Dichtungsring 76 und der Rückstell-Dichtungsring 85. Das zweite Hülsenelement 94 umschließt den Begrenzungsabschnitt 45 und kooperiert mit dem Begrenzungs-Dichtungsring 83. Bevorzugt ist die Abschlusswand 33 ein integraler Bestandteil des zweiten Hülsenelements 94. Dementsprechend ist bei dem illustrierten Ejektorgerät 1a die Treibdüse 22 ein Bestandteil des zweiten Hülsenelements 94.
Durch eine sie radial außen umschließende ringförmige Dichtungsanordnung 95 ist die Hülsenanordnung 89 nach Bedarf bezüglich des sie umgebenden Gerätegehäuses 4 abgedichtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4549854 [0002]

Claims

Fluidgerät, mit einer in einem Gerätegehäuse (4) ausgebildeten, sich entlang einer Geräte-Hauptachse (5) erstreckenden Ventilkammer (13), in der ein Ventilglied (34) angeordnet ist, das durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung unter Ausführung einer in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse (5) orientierten Umschaltbewegung (35) relativ zu dem Gerätegehäuse (4) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung umschaltbar ist, wobei die Ventilkammer (13) an einer Vorderseite (16) einen mit einem zur Einspeisung eines fluidischen Druckmediums vorgesehenen Einlasskanal (2) kommunizierenden Einlass-Kammerabschnitt (14) und an einer diesbezüglich axial entgegengesetzten Rückseite (17) einen mit einem zur Abfuhr eines fluidischen Druckmediums vorgesehenen Auslasskanal (3) kommunizierenden Auslass-Kammerabschnitt (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass-Kammerabschnitt (14) der Ventilkammer (13) an seiner dem Auslass-Kammerabschnitt (15) zugewandten Rückseite von einer Trennwand (42) begrenzt ist, in der eine in den Einlass-Kammerabschnitt (14) einmündende und an ihrer dem Einlass-Kammerabschnitt (14) zugewandten Vorderseite von einem Ventilsitz (47) umrahmte axiale Durchgangsöffnung (46) ausgebildet ist, die von einem in den Einlass-Kammerabschnitt (14) hineinragenden Verschlussabschnitt (52) des Ventilgliedes (34) durchsetzt ist, der innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes (14) eine dem Ventilsitz (47) axial zugewandte ringförmige Verschlussfläche (56) aufweist, die in der Schließstellung des Ventilgliedes (34) unter Verschließen der Durchgangsöffnung (46) dichtend an dem Ventilsitz (47) anliegt und in der Offenstellung des Ventilgliedes (34) von dem Ventilsitz (47) abgehoben ist, wobei in dem Ventilglied (34) ein sich axial erstreckender Strömungskanal (61) ausgebildet ist, der einerseits an einem den Auslass-Kammerabschnitt (15) der Ventilkammer (23) begrenzenden Begrenzungsabschnitt (45) des Ventilgliedes (34) mit mindestens einer hinteren Kanalmündung (64) in den Auslass-Kammerabschnitt (15) ausmündet, sodass er unabhängig von der Stellung des Ventilgliedes (34) mit dem Auslasskanal (3) kommuniziert und der andererseits axial benachbart zu der ringförmigen Verschlussfläche (56) des Verschlussabschnittes (52) an einer Außenfläche des Ventilgliedes (34) mit mindestens einer vorderen Kanalmündung (66) ausmündet, die in der Schließstellung des Ventilgliedes (34) von dem Einlass-Kammerabschnitt (14) fluiddicht abgetrennt ist und die in der Offenstellung des Ventilgliedes (34) mit dem Einlass-Kammerabschnitt (14) fluidisch verbunden ist, um durch den Strömungskanal (61) hindurch eine Fluidströmung aus dem Einlass-Kammerabschnitt (14) in den Auslass-Kammerabschnitt (15) zu ermöglichen.
Fluidgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als zur Steuerung einer Fluidströmung geeignetes, zweckmäßigerweise über eine 2/2-Wege-Ventilfunktion verfügendes Ventilgerät (1b) ausgebildet ist.
Fluidgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als zur Vakuumerzeugung geeignetes Ejektorgerät (1a) ausgebildet ist, wobei es über eine Vakuumsaugdüseneinrichtung (18) verfügt, die eine von dem Auslasskanal (3) gebildete Treibdüse (33), eine der Treibdüse (22) in einem Absaugbereich (23) in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse (5) gegenüberliegende, zur Atmosphäre (R) ausmündende Fangdüse (24) und einen mit dem Absaugbereich (23) verbundenen Saugkanal (26) aufweist, wobei an den Saugkanal (26) zweckmäßigerweise ein Sauggreifer (29) anschließbar oder angeschlossen ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine vordere Kanalmündung (66) radial außen am Verschlussabschnitt (52) des Ventilgliedes (34) ausgebildet ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine vordere Kanalmündung (66) derart an dem Verschlussabschnitt (52) angeordnet ist, dass sie in der Offenstellung des Ventilgliedes (34) zumindest teilweise und zweckmäßigerweise nur teilweise vor der axialen Durchgangsöffnung (46) der Trennwand (42) innerhalb des Einlass-Kammerabschnittes (14) der Ventilkammer (13) positioniert ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (2) in einem der axialen Durchgangsöffnung (46) der Trennwand (42) in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse (5) gegenüberliegenden Bereich mit einer inneren Einlasskanalmündung (2b) in den Einlass-Kammerabschnitt (14) der Ventilkammer (34) einmündet.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Verschlussfläche (56) des Verschlussabschnittes (52) an einem gummielastischen Verschluss-Dichtungsring (57) des Verschlussabschnittes (52) des Ventilgliedes (34) ausgebildet ist, der zweckmäßigerweise in einer radial außen offenen Ringnut (75) eines axialen Grundkörper-Fortsatzes (74) eines starren Grundkörpers (72) des Ventilgliedes (34) fixiert ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (4) in einem dem Begrenzungsabschnitt (45) des Ventilgliedes (34) in der Achsrichtung der Geräte-Hauptachse (5) gegenüberliegenden Bereich mit einer inneren Auslasskanalmündung (3b) in den Auslass-Kammerabschnitt (15) der Ventilkammer (13) einmündet.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsabschnitt (45) ein rückseitiger Endabschnitt des Ventilgliedes (34) ist, wobei die hintere Kanalmündung (64) des Strömungskanals (61) an einer von der Trennwand (42) axial abgewandten axialen Stirnfläche (65) des Begrenzungsabschnittes (45) ausgebildet ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsabschnitt (45) des Ventilgliedes (34) einen gummielastischen Begrenzungs-Dichtungsring (83) aufweist, der unter Abdichtung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche (82) einer die Ventilkammer (13) radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand (78) anliegt und der zweckmäßigerweise in einer radial außen offenen Ringnut (84) eines starren Grundkörpers (72) des Ventilgliedes (34) fixiert ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (34) an einem sich auf der dem Einlass-Kammerabschnitt (14) axial entgegengesetzten Seite der Trennwand (42) zwischen dem Verschlussabschnitt (52) und dem Begrenzungsabschnitt (45) erstreckenden Zwischenabschnitt (54) im Bereich seines radialen Außenumfanges eine zur Rückseite (17) der Ventilkammer (13) weisende ringförmige Antriebsfläche (36) aufweist, die einen das Ventilglied (34) umschließenden ringförmigen Antriebsraum (37) begrenzt, der zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung mit einem im Gerätegehäuse (4) ausgebildeten Antriebskanal (38) kommuniziert.
Fluidgerät nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Antriebsraum (37) rückseitig durch den gummielastischen Begrenzungs-Dichtungsring (83) des Begrenzungsabschnittes (45) von dem Auslass-Kammerabschnitt (15) der Ventilkammer (13) fluiddicht abgetrennt ist.
Fluidgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Antriebsfläche (36) zumindest teilweise an einem gummielastischen Antriebs-Dichtungsring (76) des Zwischenabschnittes (54) des Ventilgliedes (34) ausgebildet ist, der unter Abdichtung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche (82) einer die Ventilkammer (13) radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand (78) anliegt.
Fluidgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (54) des Ventilgliedes (34) in dem zwischen der Trennwand (42) und dem Antriebs-Dichtungsring (76) liegenden Bereich einen gummielastischen Rückstell-Dichtungsring (85) aufweist, der unter Abdichtung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche (82) einer die Ventilkammer (13) radial außen begrenzenden gerätegehäusefesten peripheren Ventilkammerwand (78) anliegt und der in der Offenstellung des Ventilgliedes (34) mit einer ringförmigen Rückstellfläche (87) einen durch die Durchgangsöffnung (46) der Trennwand (42) hindurch mit dem Einlass-Kammerabschnitt (14) der Ventilkammer (13) kommunizierenden Rückstell-Kammerabschnitt (58) der Ventilkammer (13) begrenzt.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (13) radial außen von einer peripheren Ventilkammerwand (78) begrenzt ist, die von einer in das Gerätegehäuse (4) eingesetzten, gleichzeitig auch die Trennwand (42) ausbildenden Hülsenanordnung (89) gebildet ist.
Fluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (42) ringscheibenförmig ausgebildet ist.