DE102022119889A1

DE102022119889A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102022119889A1
Application number: DE102022119889.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Aegerter; Kurt Stoll
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-08

Abstract

Bei einem Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluids, mit einem Ventilgehäuse (12), in dem wenigstens eine Ventilkammer (13; 13a, 13b) ausgebildet ist, in die mehrere Ventilkanäle (20, 21, 22; 52, 53) einmünden, wobei die Kanalmündung (26) eines ersten Ventilkanals (20) dieser mehreren Ventilkanäle von einem der Ventilkammer (13; 13a, 13b) zugewandten Ventilsitz (27) umrahmt ist, dem in der Ventilkammer (13; 13a, 13b) eine an einem Verschlussabschnitt (26) eines Ventilglieds (28) ausgebildete erste Verschlussfläche (30) gegenüberliegt, ist das Ventilglied als fluidbetätigte Kontraktionseinheit ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluids, mit einem Ventilgehäuse, in dem wenigstens eine Ventilkammer ausgebildet ist, in die mehrere Ventilkanäle einmünden, wobei die Kanalmündung eines ersten Ventilkanals dieser mehreren Ventilkanäle von einem der Ventilkammer zugewandten Ventilsitz umrahmt ist, dem in der Ventilkammer eine an einem Verschlussabschnitt eines Ventilglieds ausgebildete erste Verschlussfläche gegenüberliegt, wobei der Verschlussabschnitt im Rahmen einer in Achsrichtung einer Hauptachse orientierten Hubbewegung zwischen einer mit seiner Verschlussfläche an dem Ventilsitz anliegenden und dadurch den ersten Ventilkanal fluiddicht von der Ventilkammer abtrennenden Schließstellung und mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal und der Ventilkammer freigebenden Offenstellung axial bewegbar ist.
Derartige Ventile, die auch als Sitzventile bezeichnet werden können, sind bereits seit langem bekannt. So ist beispielsweise in der WO 2017/080602 A1 ein Ventil offenbart, das ein mehrteiliges Ventilglied besitzt, mit einem Ventilglied-Grundkörper, der an der axialen Vorderseite mit einem aus einem Elastomermaterial bestehenden Dichtelement bestückt ist. An der Unterseite des Dichtelements ist eine Verschlussfläche ausgebildet, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei der in Achsrichtung einer Hauptachse gemessene Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Verschlussfläche den freien Strömungsquerschnitt, der dem Druckfluid für den Übertritt zwischen einem Einlasskanal und einer Ventilkammer zur Verfügung steht, bestimmt. Das Ventilglied wird durch eine Druckfeder in eine normally-closed-Schließstellung vorgespannt. Es ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, die so ausgelegt ist, dass sie in der Lage ist, die Federkraft der Federmittel zu überwinden, um das Ventilglied in eine Offenstellung zu bewegen. Die Antriebseinrichtung verfügt hierzu über eine elektrische Spuleneinrichtung, die am Ventilglied angeordnet ist und insbesondere von dessen Seitenwand getragen ist. Diese Spuleneinrichtung kooperiert mit einem bezüglich des Ventilgehäuses ortsfesten Kooperationspartner, bei dem es sich vorzugsweise um eine Permanentmagneteinheit handelt, die nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip mit der Spuleneinrichtung kooperiert.
Insgesamt ist der Teileaufwand bei der Realisierung dieses Sitzventils insbesondere durch das mehrteilig ausgebildete Ventilglied relativ groß.
Aufgabe ist es daher, ein Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluids der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das gegenüber den Ventilen aus dem Stand der Technik einfacher aufgebaut ist, insbesondere durch Reduzierung der Anzahl der zu verwendenden Bauteile, wodurch die Herstellung und der Zusammenbau des Ventils einfacher und günstiger wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Das erfindungsgemäße Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventilglied als fluidbetätigte Kontraktionseinheit ausgebildet ist, die einen den Verschlussabschnitt bildenden Kopfabschnitt und einen den Kopfabschnitt mit dem Ventilgehäuse verbindenden, bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraums unter radialer Aufweitung axial kontrahierenden flexiblen Kontraktionsschlauch enthält, wobei die Außenfläche des Kontraktionsschlauchs eine zweite Verschlussfläche bildet, die einer bezüglich der Hauptachse radial orientierten Kanalmündung eines zweiten Ventilkanals mehreren Ventilkanälen gegenüberliegt und die die Kanalmündung des zweiten Ventilkanals in der Offenstellung des Verschlussabschnitts verschließt.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Ventilen kommt das erfindungsgemäße Ventil mit wesentlich weniger Bauteilen aus. Ferner vereinigt das erfindungsgemäße Ventil die Vorteile eines Sitzventils (kompakte Bauform) mit den Vorteilen eines Kolbenschieberventils (Fluidsteuerung von mehreren Ventilkanälen durch ein einzelnes Ventilglied). Ein weiterer Vorteil ist, dass die fluidbetätigte Kontraktionseinheit keine Schmierung mit Schmiermittel, insbesondere Fett, benötigt, da hier im Wesentlichen keine Reibung zwischen beweglichen Bauteilen und ortsfesten Bauteilen auftritt.
Auch das Ansprechverhalten des erfindungsgemäßen Ventils gegenüber den herkömmlichen Ventilen ist besser, da hier keine Stick-Slip-Effekte auftreten.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Verschlussabschnitt bzw. Kopfabschnitt der Kontraktionseinheit mittels Federmitteln in seine Schließstellung vorgespannt. Diese Funktionalität kann auch als „normally-closed“-Schließstellung bezeichnet werden.
In besonders bevorzugter Weise weisen die Federmittel wenigstens ein Federelement, insbesondere Druckfeder, auf, das sich einerseits ortsfest, beispielsweise an einem Gehäusedeckel des Ventilgehäuses, und andererseits am Verschlussabschnitt abstützt. Bei Fluidbeaufschlagung der Kontraktionseinheit und der damit einhergehenden axialen Kontraktion des Kontraktionsschlauchs, arbeitet der Kontraktionsschlauch also gegen die Federkraft der Druckfeder.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ragt das Federelement, insbesondere die Druckfeder, in den Kontraktionsschlauch hinein und ist koaxial zur Hauptsachse ausgerichtet.
In besonders bevorzugter Weise ist das Federelement, insbesondere die Druckfeder, auf einem ebenfalls in den Kontraktionsschlauch hineinragenden Stift bzw. Bolzen geführt. Der Stift hat dabei mehrere Funktionen. Er führt die Druckfeder, wobei insbesondere verhindert wird, dass die Druckfeder bei deren Kontraktion abknickt. Ferner bewirkt der Stift eine Volumenbegrenzung des Schlauchinneren bzw. Hohlraums des Kontraktionsschlauchs, wodurch der Verbrauch von Druckluft bei der Fluidbeaufschlagung der Kontraktionseinheit verringert wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Verschlussfläche zwischen einer eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ventilkanal und der Ventilkammer freigebenden Öffnungsposition, in der sich der Verschlussabschnitt in der Schließstellung befindet, und einer den zweiten Ventilkanal von der Ventilkammer abtrennenden Schließposition, in der sich der Verschlussabschnitt in der Offenstellung befindet, bewegbar.
In besonders bevorzugter Weise ist der Kontraktionsschlauch derart ausgebildet, dass bei dessen Fluidbeaufschlagung die Einnahme der Offenstellung des Verschlussabschnitts erst erfolgt, nachdem die zweite Verschlussfläche ihre Schließposition eingenommen hat. Die beiden Ventilkanäle werden also in diesem Fall durch den Kontraktionsschlauch überschneidungsfrei angesteuert, d. h. es wird eine Situation vermieden, in der die Kanalmündungen beider Ventilkanäle offen sind, sei es auch nur für ein Bruchteil einer Sekunde, wodurch der Verlust von Druckluft bei der Fluidbeaufschlagung vermieden werden kann.
In besonders bevorzugter Weise ist der Verschlussabschnitt konisch ausgebildet, wobei sich der Konus zum freien Ende des Verschlussabschnitts hin verjüngt. Es sind jedoch auch alternativ andere geometrische Ausgestaltungen des Verschlussabschnitts denkbar. Die konische Ausgestaltung des Verschlussabschnitts hat jedoch den Vorteil, dass er selbstzentrierend in die Schließstellung einfährt.
In besonders bevorzugter Weise ist auch die Kanalmündung zumindest des ersten Ventilkanals konisch ausgebildet und weist einen zum Konus des Verschlussabschnitts komplementären Gegen-Konus auf, der sich in Richtung Kontraktionsschlauch hin erweitert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind Verschlussabschnitt und Kontraktionsschlauch einstückig miteinander ausgebildet. Insbesondere bestehen der Kontraktionsschlauch und der Verschlussabschnitt im Wesentlichen aus demselben Material, bei dem es sich vorzugsweise um Elastomermaterial handelt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung schließt sich an den Kontraktionsschlauch an dem dem Verschlussabschnitt entgegengesetzten Schlauchende ein Halteabschnitt an, durch den die Kontraktionseinheit derart einseitig fixiert ist, dass die Fluidbeaufschlagung einen Hub des Verschlussabschnitts bewirkt.
Insbesondere ist der Halteabschnitt als quer, insbesondere senkrecht zur Hauptachse ausgerichteter Flanschabschnitt ausgebildet.
In besonders bevorzugter Weise sind der Halteabschnitt und der Kontraktionsschlauch einstückig miteinander verbunden, insbesondere bestehen im Wesentlichen aus demselben Material.
Es ist also möglich, dass die fluidbetätigte Kontraktionseinheit ein einstückiges Elastomer-Bauteil ist, das aus einem Halteabschnitt, einen daran in Achsrichtung anschließenden Kontraktionsschlauch und einem am freien Ende des Kontraktionsschlauchs ausgebildeten Kopfabschnitt, der den Kontraktionsschlauch endseitig verschließt, besteht.
Es ist möglich, dass der Halteabschnitt zwischen dem Gehäusedeckel und einem Basiskörper des Ventilgehäuses eingeklemmt ist. Es sind jedoch auch andere ortsfeste Fixierungen des Halteabschnitts denkbar.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ventilgehäuse einen Ventilgehäuse-Basiskörper und einen die Ventilkammer stirnseitig verschließenden, am Ventilkörper-Basiskörper mittels Befestigungsmitteln befestigten Gehäusedeckel auf.
In besonders bevorzugter Weise sind der Ventilgehäuse-Basiskörper und/oder der Gehäusedeckel aus Kunststoff hergestellt, insbesondere als Kunststoffspritzgieß-Bauteile ausgebildet.
Die Ausgestaltung als Kunststoff-Bauteile Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass keine großen mechanischen Beanspruchungen auf das Ventilgehäuse wirken, wie sie beispielsweise bei herkömmlichen Ventilen mit einer Antriebseinrichtung zur Bewegung des Ventilglieds in Form einer Elektromagneteinrichtung der Fall wäre.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind im Ventilgehäuse zwei insbesondere über einen entlang der Hauptachse ausgerichteten Verbindungskanal verbundene Ventilkammern ausgebildet, in die jeweils mehrere Ventilkanäle einmünden, wobei jeder Ventilkammer ein Ventilglied in Form einer fluidbetätigten Kontraktionseinheit zugeordnet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils, wobei sich der Kopfabschnitt in der Schließstellung befindet,
2 einen Längsschnitt durch das Ventil von 1, wobei sich der Kopfabschnitt in der Offenstellung befindet,
3 eine perspektivische Ansicht im Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils gemäß 1,
4 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der fluidbetätigten Kontraktionseinheit aus 3 und
5 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils.

Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet ist. Das Ventil 11 verfügt über ein Ventilgehäuse 12, das im gezeigten Beispielsfall des ersten Ausführungsbeispiels mehrteilig ausgebildet ist und das in seinem Inneren eine Ventilkammer 13 aufweist.
Das Ventilgehäuse 12 ist im gezeigten Beispielsfall des ersten Ausführungsbeispiels insgesamt quaderförmig ausgebildet und besitzt einen Ventilgehäuse-Basiskörper 14 und einen Gehäusedeckel 15, der auf einer Oberwand 16 des in die Gehäuse-Basiskörpers 14 aufliegt und am Ventilgehäuse-Basiskörper 14 über geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben 60, befestigt ist.
Das Ventil 11 besitzt eine Hauptachse 17. Die Ventilkammer 13 ist im Ventilgehäuse-Basiskörper 14 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Hauptachse 17.
Der Ventilgehäuse-Basiskörper 14 besitzt einen insbesondere im Wesentlichen parallel zur Oberwand 16 ausgerichteten, der Oberwand entgegengesetzten Boden 18, der das Ventilgehäuse 12 unterseitig abschließt. Oberwand 16 und Boden 18 werden durch zwei relativ großflächige Seitenwände (nicht dargestellt) und zwei einander entgegengesetzt ausgerichtete im Wesentlichen senkrecht zu den Seitenwänden verlaufende Stirnwände 19a, 19b verbunden.
In die Ventilkammer 13 münden mehrere Ventilkanäle, bei denen sich exemplarisch um einen ersten Ventilkanal 20, einen zweiten Ventilkanal 21 und einen dritten Ventilkanal 23 handelt. Im Betrieb des Ventils 11 steht der erste Ventilkanal 20 über eine Anschlussöffnung 23 mit einer externen Druckquelle P in Verbindung, die ein unter Druck stehendes Fluid bereitstellt, wobei es sich insbesondere um Druckluft handelt. Der erste Ventilkanal 20 könnte daher auch als Versorgungskanal bezeichnet werden. Der zweite Ventilkanal 21 steht über seine Anschlussöffnung 24 im Betrieb des Ventils 11 mit einer Drucksenke R in Verbindung, so dass der zweite Ventilkanal 21 auch als Entlüftungskanal bezeichnet werden kann.
Schließlich steht der dritte Ventilkanal 22 über seine Anschlussöffnung 25 mit einem Verbraucher V in Fluidverbindung, bei dem es sich beispielsweise um einen fluidbetätigten Antrieb handelt. Der dritte Ventilkanal 22 könnte daher auch als Arbeitskanal bezeichnet werden.
Das Ventil 11 ermöglicht eine Steuerung der Fluidströmung zwischen dem ersten Ventilkanal 20 (Versorgungskanal) und dem dritten Ventilkanal (Arbeitskanal) oder alternativ der Fluidsteuerung zwischen dem zweiten Ventilkanal 21 (Entlüftungskanal) und dem dritten Ventilkanal 22 (Arbeitskanal). Das Ventil 11 ermöglicht wahlweise ein Absperren der Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 22 oder eine Freigabe dieser Fluidverbindung, so dass Druckfluid aus dem ersten Ventilkanal 20 in den dritten Ventilkanal 22 überströmen kann. Ist diese Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 22 abgesperrt, so kann der dritte Ventilkanal 22 über den zweiten Ventilkanal 21 entlüftet werden.
Im gezeigten Beispielsfall ist der Ventilgehäuse-Basiskörper 14 aus Kunststoff hergestellt, insbesondere ist er ein Kunststoffspritzgieß-Bauteil. Die Ventilkammer 13 und die Ventilkanäle 20-22 können bei der Herstellung des Ventilgehäuse-Basiskörpers 14 gleich mit angeformt werden. Zweckmäßigerweise besteht auch der Gehäusedeckel 15 aus Kunststoff, insbesondere ist auch der Gehäusedeckel 15 ein Kunststoffspritzgieß-Bauteil.
Wie insbesondere in 1 gezeigt, erstreckt sich der erste Ventilkanal 20 von der Anschlussöffnung 23, im Wesentlichen mit seinem Hauptabschnitt senkrecht zur Hauptachse 17. Der erste Ventilkanal 20 mündet über eine sich axial zur Hauptachse 17 erstreckende Kanalmündung 26 in die Ventilkammer 13. Diese Kanalmündung 26 des ersten Ventilkanals 20 ist von einem der Ventilkammer 13 zugewandten Ventilsitz 27 umrahmt.
Wie ferner in 1 gezeigt, ist in der Ventilkammer 12 ein Ventilglied 28 aufgenommen, das mit einem Verschlussabschnitt 29 ausgestattet ist, an dem sich eine erste Verschlussfläche 30 befindet, die dem Ventilsitz 27 gegenüberliegt.
Im gezeigten Beispielsfall des ersten Ausführungsbeispiels ist der Verschlussabschnitt 29 konisch ausgebildet, wobei sich der Konus 31 (4) zum freien Ende des Verschlussabschnitts 29 hin verjüngt. Komplementär hierzu ist die Kanalmündung 26 ebenfalls konisch ausgebildet und weist einen zum Konus des Verschlussabschnitts 29 komplementären Gegen-Konus 32 (2) auf, der sich in Richtung Oberwand 16 des Ventilgehäuse-Basiskörpers 14 hin erweitert.
Wie die Zusammenschau der 1 und 2 zeigt, ist der Verschlussabschnitt 29 im Rahmen einer in Achsrichtung der Hauptachse 17 orientierten Hubbewegung zwischen einer mit seiner Verschlussfläche 30 an dem Ventilsitz 27 anliegenden und dadurch den ersten Ventilkanal 20 fluiddicht von der Ventilkammer 13 abtrennenden Schließstellung 33 (1) und mindestens einer von dem Ventilsitz 27 abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und der Ventilkammer 13 freigebenden Offenstellung 34 ( 2) axial bewegbar.
Wie insbesondere in den 1 und 2 gezeigt, ist das Ventilglied 28 als fluidbetätigte Kontraktionseinheit 28 ausgebildet, die einen dem Verschlussabschnitt 29 bildenden Kopfabschnitt und einen dem Kopfabschnitt mit dem Ventilgehäuse 12 verbindenden, bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraums bzw. Hohlraums 44 unter radialer Aufweitung axial kontrahierenden flexiblen Kontraktionsschlauch 35 enthält. Der Kontraktionsschlauch 35 verfügt über einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden länglichen Schlauchkörper 36. Als Werkstoff wird insbesondere Gummi oder Elastomermaterial eingesetzt. In die Wand des Schlauchkörpers 36 ist eine Strangstruktur mit zwei in Überkreuzkonfiguration angeordneten biegeflexiblen Strängen hoher Zugfestigkeit eingebettet, die vom Material des Schlauchkörpers vollständig umschlossen und die koaxial zum Schlauchkörper 36 angeordnet ist.
Bevorzugt entspricht der strukturelle Aufbau des Kontraktionsschlauches 35 demjenigen, wie er in der WO 00/61952 A1 beschrieben ist. Die folgenden Erläuterungen zu der Strangstruktur beschränken sich daher auf das Wesentliche. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf den Inhalt der vorgenannten Druckschrift verwiesen.
Wie insbesondere in 1 gezeigt, bildet die Außenfläche des Kontraktionsschlauchs 35 eine zweite Verschlussfläche 37, die einer bezüglich der Hauptachse 17 radial orientierten Kanalmündung 38 des zweiten Ventilkanals 21 gegenüberliegt und die die Kanalmündung 38 des zweiten Ventilkanals 21 in der Offenstellung des Verschlussabschnitts 29 verschließt.
Wie insbesondere in 4 gezeigt, besitzt die Kontraktionseinheit 28 zusätzlich zu dem Kontraktionsschlauch 35 den bereits erwähnten konischen Verschlussabschnitt 29 in Form des Kopfabschnitts. Der Kontraktionsschlauch 35 ist also mittels des konischen Verschlussabschnitts 29 endseitig verschlossen.
Der Verschlussabschnitt 29 und der Kontraktionsschlauch 35 sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen im gezeigten Beispielsfall aus demselben Material, insbesondere dem bereits erwähnten Gummi- oder Elastomermaterial.
Die Kontraktionseinheit 28 besitzt an dem Ende des Kontraktionsschlauchs 35, das dem mit dem Verschlussabschnitt 29 ausgestatten Ende gegenüberliegt, einen Halteabschnitt 40 über den die Kontraktionseinheit 28 einseitig eingespannt bzw. einseitig ortsfest fixiert ist. Der Halteabschnitt 40 ist zweckmäßigerweise als insbesondere senkrecht zur Hauptachse 17 ausgerichteter Flanschabschnitt ausgebildet. Der Halteabschnitt 40 ist wie der Verschlussabschnitt 29 einstückig mit dem Kontraktionsschlauch 35 verbunden und besteht wiederum zweckmäßigerweise aus dem bereits erwähnten Gummi oder Elastomermaterial. Gegebenenfalls können im Halteabschnitt 40 noch Verstärkungsstrukturen eingearbeitet sein, beispielsweise Verstärkungsfasern, womit die Kraftaufnahme des Halteabschnitts 40 beim Einspannen verbessert wird.
Im gezeigten Beispielsfall des ersten Ausführungsbeispiels ist der Halteabschnitt 40 zwischen der Unterseite des Gehäusedeckels 15 und der Oberwand 16 des Ventilgehäuse-Basiskörpers 14 eingeklemmt.
Wie insbesondere in 1 gezeigt, befindet sich an der Oberwand 16 des Ventilgehäuse-Basiskörper 14 eine koaxial zur Hauptachse 17 ausgerichtete kreisringförmige zur Aufnahme des Halteabschnitts 40 der Kontraktionseinheit 28 ausgebildete Aufnahmeausnehmung 41. Komplementär hierzu befindet sich an der Unterseite des Gehäusedeckels 15 ein von der Unterseite nach unten abragender ebenfalls kreisringförmiger Vorsprung 42. Bei der Montage des Gehäusedeckels 15 wird also der in der Aufnahmeausnehmung 41 befindliche Halteabschnitt 40 der Kontraktionseinheit 50 durch den Vorsprung 42 auf den unterhalb der Aufnahmeausnehmung 41 befindlichen Teil des Ventilgehäuse-Basiskörpers 14 gespannt.
Wie insbesondere in den 1 und 2 gezeigt, ist der Verschlussabschnitt 29 beziehungsweise Kopfabschnitt der Kontraktionseinheit 28 mittels Federmitteln in seine Schließstellung 33 vorgespannt. In dieser Stellung liegt also die erste Verschlussfläche 30 am Verschlussabschnitt 29 am zugeordneten Ventilsitz 27 an und versperrt den Fluiddurchgang zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 22. Eine solche vorgespannte Schließstellung 33 könnte auch als normally-closed (nc)-Schließstellung bezeichnet werden.
Zweckmäßigerweise weisen die Federmittel ein Federelement 43 in Form einer Druckfeder auf, die sich einerseits ortsfest, beispielsweise an der Unterseite des Gehäusedeckels 15 und andererseits an der dem Inneren des Kontraktionsschlauchs 35 zugewandten Oberseite des Verschlussabschnitts 29 abstützt.
Wie insbesondere in 1 und 2 gezeigt, besitzt der Kontraktionsschlauch 35 einen Hohlraum 44, in den Federelement 43 hineinragt. Das Federelement 43 ist koaxial zur Hauptachse ausgerichtet. Es ist ferner ein ebenfalls in den Hohlraum 44 des Kontraktionsschlauchs 35 hineinragender Führungsstift 45 vorgesehen, auf dem das Federelement 43 geführt ist. neben der Funktion der Führung des Federelements 43 hat der Führungsstift 45 zusätzlich die Aufgabe, das Volumen des Hohlraums 44 zu begrenzen, um damit den Verbrauch von zugeführtem Fluid, insbesondere Druckluft zu minimieren.
Wie bereits erwähnt, ist die fluidbetätigte Kontraktionseinheit 28 dazu eingerichtet, dass sie bei Fluidbeaufschlagung des Hohlraums 44 des Kontraktionsschlauchs 35 eine radiale Aufweitung erfährt, wobei sich der Kontraktionsschlauch 35 axial kontrahiert. Ein solcher Zustand ist in 2 gezeigt.
Die Fluidzuführung, insbesondere Druckluft-Zuführung, erfolgt über ein am Gehäusedeckel 15 angeordnetes Vorsteuerventil 46, das beispielsweise als elektrisches Vorsteuerventil mit einer elektrischen Spuleneinrichtung (nicht dargestellt) ausgebildet sein kann. Die Wirkungsweise solcher elektromagnetischer Vorsteuerventile 46 ist hinlänglich bekannt und soll daher nicht im Detail beschrieben werden. Jedenfalls erfolgt eine Zufuhr von Steuerfluid, insbesondere Druckluft, über einen in den 1 und 2 schematisch angedeuteten Speisekanal 70.
Wie die Zusammenschau der 1 und 2 zeigt, ist die zweite Verschlussfläche, also die Außenfläche des Kontraktionsschlauchs 35 zwischen einer eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ventilkanal 21 und der Ventilkammer 13 freigebenden Öffnungsposition 47, in der sich der Verschlussabschnitt 29 in der Schließstellung befindet, und einer den zweiten Ventilkanal 21 von der Ventilkammer 13 abtrennenden Schließposition 48, in der sich der Verschlussabschnitt 29 in der Offenstellung 34 befindet, bewegbar.
Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Kontraktionseinheit 28 im gezeigten Beispielsfall überschreibungsfrei arbeitet, das heißt, der Kontraktionsschlauch 35 ist derart ausgebildet, dass bei dessen Fluidbeaufschlagung die Einnahme der Offenstellung 34 des Verschlussabschnitts 26 erst erfolgt, nachdem die zweite Verschlussfläche 37 ihre Schließposition 48 eingenommen hat. Damit wird verhindert, dass beide Kanalmündungen zur Ventilkammer hin offen sind, wodurch zugeführte Druckluft verloren gehen könnte.
Wie insbesondere die Zusammenschau der 1 und 2 zeigt, ist die Kanalmündung 38 des zweiten Ventilkanals 21 mit einem sich koaxial um die Hauptachse 17 herum erstreckenden Ringraum 49 verbunden, der einen größeren Durchmesser besitzt, als der Durchmesser der Ventilkammer 13.
Wie insbesondere in 2 gezeigt, schmiegt sich der Kontraktionsschlauch 35, also die zweite Verschlussfläche 37 bei der radialen Aufweitung des Kontraktionsschlauchs 35 an diese zweite Kanalmündung 38 an. Gegebenenfalls kann der Kontraktionsschlauch in dem Bereich, der in Anlage mit der Kanalmündung 38 gelangt, mit einer Verstärkungsstruktur, beispielsweise Verstärkungsfasern, ausgestattet sein, um hier den Verschleiß bei der Vielzahl von zu erwartenden Schaltspielen des Kontraktionsschlauchs 35 zu minimieren.
Die Funktion des Ventils 11 gemäß erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung lässt sich folgendermaßen beschreiben:

In der in 1 gezeigten Schließstellung 33 des Verschlussabschnitts 29 ist die Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 23 abgesperrt. Jedoch besteht eine Fluidverbindung zwischen dem dritten Ventilkanal (Arbeitskanal) und dem zweiten Ventilkanal (Entlüftungskanal), wodurch ein an den dritten Ventilkanal 22 angekoppelter fluidischer Verbraucher entlüftet werden kann. Bei dem fluidischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um einen einfach wirkenden Arbeitszylinder handeln, dessen zunächst mit Fluid beaufschlagte Arbeitskammer in der in 1 gezeigten Steuerstellung des Ventils 11 entlüftet wird.

Mittels Zufuhr von Fluid, insbesondere Druckluft, über das Vorsteuerventil 46 kann der Hohlraum 44 des Kontraktionsschlauchs 35 mit Fluiddruck beaufschlagt werden, wodurch der Kontraktionsschlauch 35 unter radialer Aufweitung axial kontrahiert, so dass eine entlang der Hauptachse 17 ausgerichtete Hubbewegung nach oben in Richtung Vorsteuerventil 46 erfolgt, so dass die Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 22 geöffnet wird. Bevor der Verschlussabschnitt 29 den Ventilsitz 27 verlässt und vom Ventilsitz 27 abgehoben wird, befindet sich bereits die zweite Verschlussfläche 37 an der Außenseite des Kontraktionsschlauchs 35 in deren Schließposition 48, in der die Kanalmündung 38 des zweiten Ventilkanals 21 verschlossen wird, wodurch verhindert wird, dass über den ersten Ventilkanal 20 zugeführtes Druckfluid über den zweiten Ventilkanal 21 entweicht. Bei der Fluidbeaufschlagung des Kontraktionsschlauchs 35 wird eine axiale Kontraktion erzeugt, deren Kontraktionskraft gegen die Federkraft des Federelements 43 wirkt. Wird der Hohlraum 44 des Kontraktionsschlauchs wieder entlüftet, drückt das Federelement 43 den Kontraktionsschlauch 35 wieder in seine Ausgangstellung, das heißt Schließstellung 33, zurück, in der der Verschlussabschnitt 29 mit seiner ersten Verschlussfläche 30 am zugeordneten Ventilsitz 27 anliegt und den Fluiddurchgang zwischen dem ersten Ventilkanal 20 und dem dritten Ventilkanal 22 versperrt.
Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils 11. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass hier eine 5/2-Funktionalität des Ventils mit zwei Ventilkammern 13a, 13b und zwei Kontraktionseinheiten 28a, 28b abgebildet wird. Letztendlich ist das zuvor beschriebene Ventil 11 des ersten Ausführungsbeispiels an einer senkrecht zur Hauptachse verlaufenden Mittelachse gespiegelt. Die beiden Ventilkammern 13a, 13b sind über einen Verbindungskanal 51 miteinander verbunden. In den Verbindungskanal mündet der erste Ventilkanal ein. Der Verbindungskanal 51 besitzt zwei einander entgegengesetzt liegende Kanalmündungen 52a, 52b, die ihrerseits jeweils in eine zugeordnete Ventilkammer 13a, 13b einmünden. Der Aufbau der Kontraktionseinheit 50 sowie des Ventilgehäuses 12 und der Lagerung der Kontraktionseinheiten 28a, 28b am Ventilgehäuse 12 ist identisch zu dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, so dass vollumfänglich darauf Bezug genommen wird.
Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besitzt das zweite Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Ventilkanäle. Es ist ein erster Ventilkanal 20 vorgesehen, der auch als Versorgungskanal bezeichnet werden kann, der - wie bereits erwähnt - in den Verbindungskanal 51 und von dort in die erste oder zweite Ventilkammer 13a, 13b mündet. Es ist ein zweiter Ventilkanal 21 vorgesehen, der als Entlüftungskanal bezeichnet werden kann, der in die erste Ventilkammer 13a einmündet. Ferner ist ein dritter Ventilkanal 22 vorgesehen, der ebenfalls in die erste Ventilkammer 13a einmündet. Ferner ist ein vierter Ventilkanal 53 vorgesehen, der in die zweite Ventilkammer 13b einmündet. Schließlich ist ein fünfter Ventilkanal 54 vorgesehen, der ebenfalls in die zweite Ventilkammer 13b einmündet.
Die Funktion des Ventils 11 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel lässt sich folgendermaßen beschreiben:

Der erste Kontraktionsschlauch 15 ist radial aufgeweitet und axial verkürzt, so dass der Fluiddurchgang zwischen dem ersten Ventilkanal (Versorgungskanal) und dem dritten Ventilkanal 22 offen ist. Gleichzeitig ist der Fluiddurchgang zum zweiten Ventilkanal 21 verschlossen. Der zweite Kontraktionsschlauch 35b befindet sich in der Schließstellung 33, wodurch der Fluiddurchgang zwischen dem ersten Ventilkanal 20 (Versorgungskanal) und dem vierten Ventilkanal 53 (zweiter Arbeitskanal) versperrt ist. Gleichzeitig ist der Fluiddurchgang zwischen dem vierten Ventilkanal 53 (zweiter Arbeitskanal) und dem fünften Ventilkanal 54 (zweiter Entlüftungskanal) offen. Eine solche Fluidsteuerung kann beispielsweise für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder verwendet werden, bei dem abwechselnd die eine oder die andere Arbeitskammer be- und entlüftet werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/080602 A1 [0002]
WO 0061952 A1 [0041]

Claims

Ventil zur Steuerung der Strömung eines Fluids, mit einem Ventilgehäuse (12), in dem wenigstens eine Ventilkammer (13; 13a, 13b) ausgebildet ist, in die mehrere Ventilkanäle (20, 21, 22; 52, 53) einmünden, wobei die Kanalmündung (26) eines ersten Ventilkanals (20) dieser mehreren Ventilkanäle von einem der Ventilkammer (13; 13a, 13b) zugewandten Ventilsitz (27) umrahmt ist, dem in der Ventilkammer (13; 13a, 13b) eine an einem Verschlussabschnitt (26) eines Ventilglieds (28) ausgebildete erste Verschlussfläche (30) gegenüberliegt, wobei der Verschlussabschnitt (29) im Rahmen einer in Achsrichtung einer Hauptachse (17) orientierten Hubbewegung zwischen einer mit seiner Verschlussfläche (30) an dem Ventilsitz (27) anliegenden und dadurch den ersten Ventilkanal (20) fluiddicht von der Ventilkammer (13; 13a, 13b) abtrennenden Schließstellung (33) und mindestens einer von dem Ventilsitz (27) abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal (20) und der Ventilkammer (13; 13a, 13b) freigebenden Offenstellung (34) axial bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als fluidbetätigte Kontraktionseinheit (28) ausgebildet ist, die einen den Verschlussabschnitt (29) bildenden Kopfabschnitt und einen den Kopfabschnitt mit dem Ventilgehäuse (12) verbindenden, bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraums unter radialer Aufweitung axial kontrahierenden flexiblen Kontraktionsschlauch (35) enthält, wobei die Außenfläche des Kontraktionsschlauchs (35) eine zweite Verschlussfläche (37) bildet, die einer bezüglich der Hauptachse (17) radial orientierten Kanalmündung (38) eines zweiten Ventilkanals (21) der mehreren Ventilkanäle gegenüberliegt und die die Kanalmündung (38) des zweiten Ventilkanals (21) in der Offenstellung (34) des Verschlussabschnitts (29) verschließt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (29) mittels Federmitteln in seine Schließstellung (33) vorgespannt ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel wenigstens ein Federelement (43), insbesondere Druckfeder, aufweisen, das sich einerseits ortsfest, beispielsweise an einem Gehäusedeckel (15) des Ventilgehäuses (12), und andererseits am Verschlussabschnitt (29) abstützt.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (43) in den Kontraktionsschlauch (35) hineinragt und koaxial zum Hauptasche (17) ausgerichtet ist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (43) auf einem ebenfalls in den Kontraktionsschlauch (35) hineinragenden Führungsstift (45) geführt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verschlussfläche (37) zwischen einer eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Ventilkanal (21) und der Ventilkammer (13; 13a, 13b) freigebenden Öffnungsposition (47), in der sich der Verschlussabschnitt (29) in der Schließstellung (33) befindet, und einer den zweiten Ventilkanal (21) von der Ventilkammer (13; 13a, 13b) abtrennenden Schließposition (48), in der sich der Verschlussabschnitt (29) in der Offenstellung (34) befindet, bewegbar ist.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontraktionsschlauch (35) derart ausgebildet ist, dass bei dessen Fluidbeaufschlagung die Einnahme der Offenstellung (34) des Verschlussabschnitts (29) erst erfolgt, nachdem die zweite Verschlussfläche (37) ihre Schließposition (48) eingenommen hat. (Überschneidungsfrei).
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (29) konisch ausgebildet, wobei sich der Konus (31) zum freien Ende des Verschlussabschnitt (29) hin verjüngt.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalmündung (26) konisch ausgebildet ist und einen zum Konus (31) des Verschlussabschnitts (29) komplementären Gegen-Konus (32) aufweist, der sich in Richtung Kontraktionsschlauch (35) hin erweitert.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (29) und der Kontraktionsschlauch (35) einstückig miteinander ausgebildet sind, insbesondere aus im Wesentlichen demselben Material bestehen.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Kontraktionsschlauch (35) an dem dem Verschlussabschnitt (29) entgegengesetzten Schlauchende ein Halteabschnitt (40) anschließt, durch den die Kontraktionseinheit (28) derart einseitig fixiert ist, dass die Fluidbeaufschlagung einen Hub des Verschlussabschnitts (29) bewirkt.
Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (40) als quer, insbesondere senkrecht zur Hauptachse (17) ausgerichteter Flanschabschnitt ausgebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (40) und der Kontraktionsschlauch (35) einstückig miteinander ausgebildet sind, insbesondere aus im Wesentlichen demselben Material bestehen.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse einen Ventilgehäuse-Basiskörper (14) und einen die Ventilkammer (13) stirnseitig verschließenden, am Ventilkörper-Basiskörper mittels Befestigungsmitteln befestigter Gehäusedeckel aufweist.
Ventil nach einem der Ansprüche 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (40) zwischen dem Gehäusedeckel (15) und einem Ventilgehäuse-Basiskörper (14) eingeklemmt ist.
Ventil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgehäuse-Basiskörper (14) und/oder der Gehäusedeckel (15) aus Kunststoff bestehen, insbesondere als Kunststoffspritzgieß-Bauteile ausgebildet sind.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (12) zwei insbesondere über einen entlang der Hauptachse (17) ausgerichteten Verbindungskanal (51) verbundene Ventilkammern (13a, 13b) ausgebildet sind, in die jeweils mehrere Ventilkanäle (20, 21, 22; 52, 53) einmünden, wobei jeder Ventilkammer (13a, 13b) ein Ventilglied in Form einer fluidbetätigten Kontraktionseinheit (28) zugeordnet ist.