DE10242726A1

DE10242726A1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE10242726A1
Application number: DE10242726A
Authority: DE
Inventors: Günter Baldauf; Hans-Joachim Pflüger
Original assignee: IMI Norgren Herion Fluidtronic GmbH and Co KG
Current assignee: Norgren GmbH
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-03-25
Also published as: WO2004027268A1

Abstract

Ein Mehrwegeventil (100) ist gekennzeichnet durch miteinander verblockte Einzelsitzventile (A, B, C, D) und ein voreinstellbares Verteilermittel (130), durch welches Steuerkanäle (110) der Einzelsitzventile (A, B, C, D) miteinander und mit externen Anschlüssen fluidisch verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil.
Es ist bekannt, derartige Mehrwegeventile als Schieberventile auszubilden, bei welchen durch einen Ventilschieber eine Mehrzahl von Steuerkanälen öffen- und verschließbar sind. Schieberventile sind hinsichtlich der während ihres Betriebs entstehenden Reibung, dem damit verbundenen Verschleiß und als Folge davon in bezug auf die Dichtheit problematisch.
Darüber hinaus existieren auch Mehrwege-Sitzventilkonstruktionen mit axialer mechanischer Kopplung der Dichtelemente. Diese weisen den Nachteil auf, daß sie mit hoher Genauigkeit gefertigt werden müssen oder Toleranzen durch zusätzliche aufwendige Maßnahmen ausgeglichen werden müssen. Die verschiedenen Wegeventil funktionen werden hiebei durch unterschiedliche Bauteile realisiert. Nachteilig bei einer derartigen Realisierung ist, daß die hierfür erforderlichen Sonderteile nur in niedrigen Stückzahlen gefertigt werden, ferner ist deren aufwendige Bereitstellung und Montage nachteilig. Darüber hinaus ist es mit Nachteilen verbunden, daß unterschiedliche Wegeventilfunktionen oft nur mit unterschiedlichen Außenabmessungen des Ventils realisierbar sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeventil zu vermitteln, welches auf technisch einfache und damit kostengünstige Weise herstellbar ist, nur wenig verschleißt und somit eine lange Lebensdauer aufweist. Darüber hinaus soll durch einfache Mittel die Schaltfunktion des Mehrwegeventils auch anwenderseitig geändert werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Mehrwegeventil der gattungsgemäßen Art gelöst durch wenigstens zwei vorzugsweise miteinander verblockte Einzelsitzventile und ein voreinstellbares Verteilermittel, durch welches Steuerkanäle der Einzelsitzventile miteinander fluidisch verbindbar sind.
Durch die Anordnung von mehreren miteinander verblockten Einzelsitzventilen und die Verbindung der Steuerkanäle dieser Einzelsitzventile miteinander durch ein voreinstellbares Verteilermittel wird auf sehr einfache Weise nicht nur ein modularer Aufbau des Mehrwegeventils geschaffen, wobei durch Ändern des voreinstellba ren Verteilermittels auf technisch einfache Weise unterschiedliche Schaltfunktionen realisiert werden können. Es wird darüber hinaus durch die Verwendung von Einzelsitzventilen eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitig hoher Dichtheit erzielt. Die Verwendung von Einzelsitzventilen hat ferner den großen Vorteil, daß mittels eines geringen Hubs eine große Öffnung und damit ein großer Durchfluß erzielbar ist, was wiederum sehr schnelle Schaltvorgänge sowie geringe Schaltzeitstreuungen und damit hohe Schaltfrequenzen des Mehrwegeventils ermöglicht. Schließlich ist die Verwendung von mechanisch nicht gekoppelten Einzelsitzventilen, zum Beispiel mit Kolben- oder Membran-Antrieb, auch deshalb besonders vorteilhaft, weil kein aufwendiger Toleranzausgleich erfolgen muß und somit eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Beispielsweise können die Teile komplett aus Kunststoff-Spritzguß hergestellt werden. Ferner ist die Unabhängigkeit von externer Schmierung besonders vorteilhaft.
Das Verteilermittel ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform eine fluidische Verbindungen zwischen den Kanälen mehrerer Einzelventile ausbildende Verteilerplatte. Auf diese Weise sind nur zwei Elemente für die Festlegung der Schaltfunktion des Mehrwegeventils vorzusehen, nämlich die miteinander verblockten Einzelsitzventile und die als Verteilermittel wirkende Verteilerplatte.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, daß die Verteilerplatte ein Deckelelement um faßt, das wenigstens einen gegenüber der Umgebung abgedichteten, die Steuerkanäle der Einzelsitzventile verbindenden Steuerkanal bildet und ein auf das Deckelelement angepaßtes und mit diesem zusammenwirkendes Dichtelement, durch welches die Steuerkanäle eines oder mehrerer Einzelsitzventile verschließbar sind. Bei dieser Anordnung ist vorteilhaft, daß nicht nur das Dichtelement leicht austauschbar und damit auch Variationen des Dichtelements und daher Variationen der Schaltfunktion des Mehrwegeventils möglich sind, sondern daß sie einen sehr einfachen und insbesondere hinsichtlich der Dichtheit optimalen Aufbau aufweist.
Das Dichtelement selbst kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das Dichtelement elastisch angeordnete Verschlußmittel, beispielsweise Verschlußstopfen oder Verschlußmembranen aufweist, welche durch in dem Deckelelement angeordnete Nocken, erhaben ausgebildete Bereiche, Vorsprünge oder dgl. auf Öffnungen der Steuerkanäle gepreßt werden.
Die Voreinstellung des Verteilermittels und damit die gewünschte Schaltfunktion des Mehrwegeventils wird dadurch realisiert, daß die Anordnung der Nocken in dem Deckelelement frei wählbar ist. Die Wahl der Anordnung der Nocken und damit die Wahl der geöffneten und verschlossenen Steuerkanäle der verblockten Einzelsitzventile kann vom Hersteller vorgegeben oder vom Anwender bestimmt werden.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß das Dichtelement eine Gitterdichtung ist, durch die einzelne Steuerkanäle der Einzelsitzventile verschlossen werden. Vorzugsweise ist die Gitterdichtung so ausgebildet, daß durch Drehen und/oder Wenden der Gitterdichtung unterschiedliche Schaltfunktionen, also Wegeventile mit unterschiedlichen Schaltfunktionen realisierbar sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, die Verteilerplatte durch wenigstens ein elektronisches Bauteil auszubilden, das durch Einwirkung eines elektrischen Stromes derart verformbar ist, daß die Kanäle eines oder mehrerer Einzelsitzventile durch seine gezielte Verformung verschließbar sind. Hierdurch wird auf sehr einfache Weise eine elektrische Ansteuerung und damit eine Änderung der Schaltfunktion des Mehrwegeventils auf elektrischem Wege realisiert.
Die Einzelsitzventile können rein prinzipiell unterschiedliche Schaltfunktionen aufweisen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die miteinander verblockten Einzelsitzventile flächig nebeneinander angeordnete 2/2-Wegesitzventile. Die Verwendung von 2/2-Wegesitzventilen hat den Vorteil, daß diese einen technisch einfachen, störunanfälligen und letztendlich auch kostengünstigen Aufbau bei hoher Schaltgeschwindigkeit aufweisen. Die flächige Anordnung der Ventile nebeneinander kommt der Ausbildung der Verteilerplatte und des Deckelelements entgegen.
Zur weiteren Optimierung der Schaltfunktion kann dem Verteilermittel wenigstens ein Pilotventil vor- und/oder nachgeschaltet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1a schematisch ein Schaltbild eines von der Erfindung Gebrauch machenden Mehrwegeventils;
1b eine Tabelle, welche die Schaltpositionen der Einzelsitzventile zur Realisierung mehrerer Schaltfunktionen des Mehrwegeventils veranschaulicht;
1c eine die unterschiedlichen Wegeventil-Funktionen veranschaulichende Tabelle;
2a schematisch ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines von der Erfindung Gebrauch machenden Mehrwegeventils;
2b eine Tabelle, aus der die Schaltfunktion des in 2a dargestellten Mehrwegeventils durch Änderung der Verschaltung der einzelnen Ventile hervorgeht;
2c eine die unterschiedlichen Wegeventil-Funktionen veranschaulichende Tabelle;
3a schematisch schaubildlich ein Ausführungsbeispiel eines in 1a oder 2a dargestellten Mehrwegeventils;
3b eine in 3a mit III gekennzeichnete Einzelheit in vergrößerter Darstellung;
3c die in 3a mit III gekennzeichnete Einzelheit mit einem modifizierten Dichtelement; 4a,b schematisch schaubildlich weitere Ausführungsbeispiele zweier von der Erfindung Gebrauch machender Mehrwegeventile und
4c schematisch geöffnete und geschlossene Steuerkanäle eines Einzelsitzventils.
Grundidee der Erfindung ist es, aus mehreren, vorzugsweise nebeneinander verblockt angeordneten Einzelsitzventilen, beispielsweise 2/2-Wegeventilen, mit Hilfe einer gegenüber der Umgebung abgedichteten Verteilerplatte, welche Verbindungen zwischen Steuerkanälen der Einzelventile herstellt, wahlweise unterschiedliche Schaltfunktionen von Mehrwegeventilen zu realisieren.
Ein als Ganzes in 1a mit 100 bezeichnetes Mehrwegeventil umfaßt vier 2/2-Wegeventile A, B, C, D, die in Ruhestellung geschlossen sind und zum Steuern der an den Anschlüssen 2 und 4 angeschlossenen Verbraucher (nicht dargestellt) verwendet werden. Ferner sind Steuerventile E, F sowie elektrisch betätigbare Steuerventile G, H kleiner Nennweiten vorgesehen. Zur Realisierung unterschiedlicher Schaltfunktionen sind fluidische Schalter S1 bis S11 vorgesehen. Die Ausbildung dieser Schalter ist in 3 sowie in 4 veranschaulicht. In 1b sind unterschiedliche Schaltstellungen der Schalter S1,... S11 dargestellt, welche die in 1c tabellarisch aufgeführten Wegeventil-Funktionen ermöglichen.
Wie aus 1b, 3 und 4 hervorgeht, sind die 2/2-Wegesitzventile A, B, C, D verblockt nebeneinander angeordnet, sie bilden gewissermaßen also eine Ventilplatte mit nebeneinander angeordneten Steuerkanälen 110. Abhängig von der gewünschten Schaltfunktion des Mehrwegeventils 100 werden einzelne Steuerkanäle 110 verschlossen oder geöffnet. Dies geschieht beispielsweise, wie in 3a, b, c dargestellt mit Hilfe eines Verteilermittels in Form einer Verteilerplatte 130. Die Verteilerplatte 130 umfaßt ein Deckelelement 132 sowie ein mit diesem zusammenwirkendes Dichtelement in Form einer Gitterdichtung 134. Durch die Gitterdichtung 134 werden einzelne Ventilkanäle 110 miteinander fluidisch verbunden oder fluidisch voneinander getrennt. Die Trennung geschieht in dem aufgrund des Deckelelements 132 ausgebildeten fluidischen Verbindungshohlraum durch zwischen den einzelnen Ventilen angeordnete Stege 136 der Gitterdichtung 134. Die Absperrungen oder Öffnungen von Verbindungen können durch Verwendung unterschiedlicher Gitterdichtungen 134, durch Drehen einer einzigen Gitterdichtung und/oder durch Wenden einer Gitterdichtung verändert werden. Das Deckelelement 132 und die Gitterdichtung 134 bilden in diesem Falle die fluidischen Schalter S1,... S11.
4a zeigt schematisch eine weitere Ausbildung einer als Verteilermittel ausgebildeten Verteilerplatte 130'. Hier weist ein Deckelelement 132' Vorsprünge 133' auf, welche Verschlußmembranen 135' eines Dichtelements 134' auf jeweilige Öffnungen der Steuerkanäle 110 der 2/2-Einzelsitzventile pressen und damit verschließen oder – sofern keine Vorsprünge 133' vorgesehen sind – geöffnet lassen.
In 4b und 4d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der fluidischen Schalter S1,... S11 dargestellt. Hierbei umfaßt eine Verteilerplatte 130'' ein Deckelelement 132" sowie ein mit diesem zusammenwirkendes Dichtelement 134". Das Dichtelement 134" selbst weist eine Mehrzahl von nebeneinander elastisch angeordneten Verschlußmitteln in Form von Verschlußstopfen 135'' auf, die durch in dem Deckelelement 132'' in Abhängigkeit von der gewünschten Schaltstellung angeordneten Schaltnokken 133'' auf jeweils einen Steuerkanal 110 der 2/2-Wegesitzventile A, B, C, D gepreßt werden und diesen verschließen oder geöffnet lassen. Auf diese Weise kann durch Ausbildung des Deckelelements 132'', also Ausbildung und Anordnung der Schaltnocken 133 in Abhängigkeit von der in Tabelle 1c angegebenen Verschaltung eine Mehrzahl von Mehrwegeventil-Schaltfunktion realisiert werden, beispielsweise die in Tabelle 1c angegebene 5/2-Ruhestellung oder die 5/3-Sperrmittel (APB–A11 Ports Blocked)-Stellung.
Soll als Beispiel ein 5/2-Wegeventils mit Ruhestellungsfunktion realisiert werden, werden das Deckelelement 132, 132' oder 132'' sowie das Dichtelement 134 bzw. 134' oder 134'' so ausgebildet, daß die fluidischen Schalter S1, S3, S7, S8, S9, S10, S11 nicht geschlossen sind, wohingegen die fluidischen Schalter S2, S4, S5, S6 geschlossen sind. Das Steuermedium kann somit vom Druckanschluß 1 kommend über das Ventil E, über die Schalter 2 und 6, die beiden 2/2-Wegeventile A und C ansteuern. Hierdurch wird Anschluß 4 über Ventil A nach 5 entlüftet und Anschluß 2 wird über Ventil C mit Druck beaufschlagt. Die Ventile B und D bleiben über die Verbindung der fluidischen Schalter 4 und 5 über das nicht angesteuerte Ventil G entlüftet, d.h. die 2/2-Wegeventile B und D bleiben geschlossen. Wird nun Steuerventil G eingeschaltet, wird hierdurch gleichzeitig Ventil E eingeschaltet. Die Ventile B und D werden von Ventil G über die Verbindung der fluidischen Schalter 4 und 5 angesteuert, die Ventile A und C werden durch die Verbindung der fluidischen Schalter 2 und 4 über das eingeschaltete Ventil E entlüftet, d.h. das Fluid kann vom Druckanschluß 1 zum Arbeitsanschluß 4 fließen. Anschluß 2 wird über das Ventil D entlüftet. Die Ventile F und H werden bei dieser Schaltfunktion nicht angesprochen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Mehrwegeventils ist schematisch in 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden jeweils zwei mal zwei in Ruhestellung geschlossene und in Ruhestellung geöffnete Ventile verwendet, mit Ausnahme der 5/3-Sperrmittelstellung (APB–A11 Ports Blocked)-Funktion. Hier werden vier 2/2-Ventile, die in Ruhestellung geschlossen sind, eingesetzt. Durch diese wahlweise Bestückung wird zwar der Vorteil des einfachen Umbaus vor Ort etwas eingeschränkt, gleichzeitig werden aber hier die vorbeschriebenen Pilot- oder Steuerventile E und F eingespart.
In dem in 2a dargestellten Schaltschema stellen die Ventile A' bis D' sowie die strichpunktiert dargestellten Steuerleitungen nur die wahlweise Bestückungsmöglichkeit dar, es handelt sich also nicht um zusätzliche Ventile. Die Darstellung soll verdeutlichen, daß je nach gewünschter Funktion gemäß Tabelle 2b beispielsweise das Ventil A' anstelle des Ventils A eingesetzt werden kann. Die je nach gewünschter Funktion erforderlichen Verbindungen der Steuerleitungen, in 2a und 2b mit II, III und IV bezeichnet, werden in gleicher weise ausgeführt wie vorstehend erläutert. Die Wegeventil-Funktionen sind tabellarisch in 2c dargestellt. Soll beispielsweise ein 5/2-Wegeventil mit Ruhestellungsfunktion realisiert werden, sind gemäß Tabelle 2b die Ventile A, B', C und D' erforderlich. Die Verschaltung erfolgt nun gemäß der mit II bezeichneten Verbindung der Steuerkanäle, d.h. die Steuerleitung des Steuerventils G wird mit den Steuereingängen der Ventile A, B', C und D' verbunden. Das Steuerventil H ist bei dieser Funktion nicht erforderlich. Ist Steuerventil G wie gezeigt nicht eingeschaltet, sind die Steueranschlüsse der Ventile A, B', C, D' über die verbundenen Steuerleitungen und über Ventil G entlüftet. Der Betriebsdruck kann von Anschluß 1 über das Ventil C zum Arbeitsanschluß 2 gelangen, das Ventil D' ist geschlossen, d.h. die Fluidverbindung des Anschlusses 2 nach 3 ist gesperrt. Der Arbeitsanschluß 4 ist über das Ventil A zum Anschluß 5 entlüftet, das Ventil B' ist geschlos sen, so daß keine Druckverbindung zum Anschluß 4 besteht. Ist das Steuerventil G eingeschaltet, wird der Steuerdruck zu den Steueranschlüssen der Ventile A, B', C und D' geleitet. Dadurch wird unter Druck stehendes Fluid über Ventil B' zu Anschluß 4 geleitet, der Anschluß 2 wird über Ventil D' entlüftet. Gleichzeitig wird die Verbindung zum Arbeitsanschluß 2 durch das Ventil C abgesperrt. Die Entlüftung des Arbeitsanschlusses 4 wird über das Ventil A abgesperrt.
Statt der vorstehend erläuterten Verteilerplatten kann beispielsweise auch eine elektrisch ansteuerbare, elektrische Bauelemente aufweisende Verteilerplatte verwendet werden, bei der sich die Bauteile durch Einwirkung eines elektrischen Stromes derart verformen, daß die Steuerkanäle 110 eines oder mehrerer Einzelsitzventile durch diese Verformung verschließbar sind. Rein prinzipiell kann ein beliebig vorgebbares und insbesondere auch vom Anwender vor Ort veränderbares Verteilermittel zum Einsatz kommen, welche unterschiedliche Schaltfunktionen der Einzelventile ermöglicht.

Claims

Mehrwegeventil (100), gekennzeichnet durch wenigstens zwei, vorzugsweise miteinander verblockte Einzelsitzventile (A, B, C, D) und ein voreinstellbares Verteilermittel (130), durch welches Steuerkanäle (110) der Einzelsitzventile (A, B, C, D) miteinander und mit externen Anschlüssen fluidisch verbindbar sind.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilermittel eine fluidische Verbindungen zwischen den Steuerkanälen mehrerer Einzelsitzventile ausbildende Verteilerplatte (130) ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (130) ein Deckelelement (132; 132'; 132'') umfaßt, das wenigstens einen gegenüber der Umgebung abgedichteten, die Steuerkanäle der Einzelsitzventile (A, B, C, D) verbindenden Steuerkanal bildet und ein auf das Deckelelement (132; 132'; 132'') angepaßtes und mit diesem zusammenwirkendes Dichtelement (134; 134'; 134''), durch welches die Steuerkanäle eines oder mehrerer Einzelventile (A, B, C, D) verschließbar sind.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (134; 134'; 134'') elastisch angeordnete Verschlußmittel (135; 135') aufweist, welche durch in dem Deckelelement (132; 132'; 132'') angeordnete Nocken (133; 133') auf Öffnungen der Steuerkanäle (110) gepreßt werden.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Nocken (133; 133') in dem Deckelelement (132; 132'; 132'') frei wählbar ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement eine Gitterdichtung (134'') ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterdichtung (134'') in mehreren gedrehten und/oder gewendeten Positionen anordenbar ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (130) wenigstens ein elektronisches Bauelement aufweist, das durch Einwirkung eines elektrischen Stromes derart verformbar ist, daß Steuerkanäle (110) eines oder mehrerer fluidischer Schalter (S1, S2, S3,..., S11) durch seine Verformung verschließbar sind.
Mehrwegeventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verblockten Einzelsitzventile insbesondere flächig nebeneinander angeordnete 2/2-Wegesitzventile (A, B, C, D) sind.
Mehrwegeventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verteilermittel wenigstens ein, eine elektrische, fluidische oder mechanische Ansteuerung aufweisendes Steuer- oder Pilotventil (E, F, G, H) vor- und/oder nachgeschaltet ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer- oder Pilotventil (E, F, G, H) Teil des Mehrwegeventils (100) ist.
Mehrwegeventil (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer- oder Pilotventil (E, F, G, H) von dem Mehrwegeventil getrennt angeordnet ist.