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Die Erfindung betrifft ein Ventil,
mit einem Ventilgehäuse,
das eine zur Aufnahme wenigstens eines Ventilschiebers vorgesehene,
umfangsseitig von einer Gehäusewand
begrenzte längliche
Gehäuseausnehmung
aufweist, in der wenigstens ein Ventilbauteil angeordnet ist, das
sich mit einer nach radial außen
weisenden Abstützfläche an der
nach radial innen orientierten Wandfläche der Gehäusewand abstützt.
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Ein Ventil dieser Art geht aus der
DE 4027520 C2 hervor.
Es handelt sich um ein Mehrwegeventil mit einem Ventilgehäuse, das
eine längliche Gehäuseausnehmung
definiert, in der ein axial verstellbarer Ventilschieber angeordnet
ist. An der die Gehäuseausnehmung
umfangsseitig begrenzenden Gehäusewand
münden
Ventilkanäle
in die Gehäuseausnehmung
ein. Je nach Stellung des Ventilschiebers werden die Ventilkanäle mit unterschiedlichem
Muster miteinander verbunden. Um dabei einzelne Längenabschnitte
der Gehäuseausnehmung dicht
voneinander abzutrennen, sind in der Gehäuseausnehmung mehrere koaxial
aufeinanderfolgend angeordnete Ventilbauteile in Gestalt ringförmiger Dichtungseinheiten
vorgesehen. Jede Dichtungseinheit verfügt über einen formstabilen Träger mit
U-förmigem
Quer schnitt, an dem ringförmige
Dichtungsmittel fixiert sind. Über
den Träger
erfolgt die ortsfeste Fixierung an der Gehäusewand. Die Dichtungsmittel sind
zum dichtenden Zusammenwirken mit dem Ventilschieber vorgesehen.
Die Fixierung an der Gehäusewand
erfolgt durch Einpressen der jeweiligen Dichtungseinheit, sodass
eine rein kraftschlüssige
Verbindung vorliegt.
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Obgleich sich der bekannte Ventilaufbau
in der Praxis bewährt
hat, besteht hinsichtlich einer Kostenoptimierung ein gewisser Handlungsbedarf. So
ist insbesondere die Fertigung des Ventilgehäuses aus Metall relativ teuer
und stößt an technologische
Grenzen, wenn besonders kleine Abmessungen angestrebt werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Ventil zu schaffen, das rationeller und kostengünstiger
herstellbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei
einem Ventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Ventilbauteil
durch eine Stoffschlussverbindung fest mit der aus Kunststoffmaterial
bestehenden Gehäusewand
verbunden ist.
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Abweichend vom oben diskutierten
Stand der Technik besteht die die Gehäuseausnehmung definierende
Gehäusewand
des Ventilgehäuses
nunmehr aus Kunststoffmaterial, und das betref fende Ventilbauteil,
beispielsweise eine oder mehrere ringförmige Dichtungseinheiten, ist
jeweils durch eine Stoffschlussverbindung fest mit der Gehäusewand verbunden.
Die Verwendung von Kunststoffmaterial für das Ventilgehäuse hat
den Vorteil, dass in der Regel eine Herstellung durch Spritzgießen möglich ist und
somit rationell und kostengünstig
hohe Stückzahlen,
auch bei kleinsten Abmessungen, realisierbar sind. Die bei einer
Spritzgießherstellung
erfahrungsgemäß auftretenden
höheren
Toleranzen wären
bei einer reinen Einpressbefestigung der Ventilbauteile, wie dies
beim Stand der Technik der Fall ist, sehr problematisch, weil eine
sichere, ortsfeste Fixierung der Ventilbauteile in Frage gestellt
wäre. Erfindungsgemäß wird dem
jedoch dadurch begegnet, dass man das oder die Ventilbauteile an
Ort und Stelle. in der Gehäuseausnehmung
durch eine stoffschlüssige
Verbindung an der Gehäusewand
fixiert. Für
den Montagevorgang ist dabei vorteilhaft, dass das Ventilbauteil
weiterhin eine nach radial außen weisende
Abstützfläche aufweist,
mit der sie sich an der nach radial innen weisenden Wandfläche der
Gehäusewand
abstützen
kann, um eine exakte Lageorientierung zu gewährleisten.
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Als Stoffschlussverbindung ist insbesondere eine
Schweißverbindung
oder eine Klebeverbindung vorgesehen. Bei einer Schweißverbindung
empfiehlt sich eine Laserstrahl-Schweißverbindung,
die zweckmäßigerweise
in Durchstrahltechnologie ausgeführt
ist, wie sie beispielsweise in der
EP 0751865 B1 beschrieben wird. Im Falle
einer Klebeverbindung wird zweckmäßigerweise ein UV-härtender
Klebstoff eingesetzt, der aushärtet,
wenn er mit UV-Licht bestrahlt wird. Klebemaßnahmen dieser Art gehen beispielsweise
aus der
DE 19748263
A1 hervor.
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In der Regel reicht die Stoffschlussverbindung
aus, um die gewünschte
Festigkeit zu gewährleisten.
Allerdings kann bei Bedarf zusätzlich
insbesondere eine Formschlussverbindung vorgesehen sein, beispielsweise
der Art, bei der an der Abstützfläche des
Ventilbauteils eine oder mehrere Haltevertiefungen vorgesehen sind,
in die ein Haltevorsprung formschlüssig eingreift, der aus einem
in fließfähigem Zustand
eingebrachten und anschließend
ausgehärteten
Verbindungsstoff besteht, welcher die Stoffschlussverbindung bewirkt.
Bei diesem Verbindungsstoff kann es sich beispielsweise um einen
Klebstoff oder um ein Polymer-Material handeln.
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Besonders vorteilhaft ist eine Bauform,
bei der sich die Stoffschlussverbindung ununterbrochen entlang des
gesamten Umfanges des Ventilbauteils erstreckt. Dies ermöglicht es
auch, die Stoffschlussverbindung als fluiddichte Dichtung zwischen
dem Ventilbauteil und der Gehäusewand
auszubilden. Es kann dann auf eine gesonderte Dichtung verzichtet werden.
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Eine solche gesonderte Dichtung ist
zweckmäßig, wenn
die Stoffschlussverbindung entlang des Umfanges des Ventilbauteils
nur punktuell vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Technologie lässt sich
bei unterschiedlichen Bauformen von Ventilbauteilen einsetzen. Besonders
vorteilhaft ist sie bei Ventilbauteilen in Gestalt von ringförmigen Dichtungseinheiten,
die vom eingebauten Ventilschieber durchsetzt werden. Weitere Anwendungsfälle sind
beispielsweise Verschlussdeckel für die Gehäuseausnehmung, insbesondere
scheibenförmiger
Art, oder auch Lager- oder Führungselemente,
beispielsweise für
den Ventilschieber.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine mögliche
erste Bauform des erfindungsgemäßen Ventils gemäß Schnittlinie
I-I aus 2,
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2 das
Ventil aus 1 im Querschnitt
im Bereich eines von einer Dichtungseinheit gebildeten Ventilbauteils
gemäß Schnittlinie
II-II,
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3 einen
Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils
im Bereich eines von ei ner Dichtungseinheit gebildeten Ventilschiebers
und gemäß Schnittlinie
III-III aus 4 und
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4 das
Ventil aus 3 im Querschnitt gemäß Schnittlinie
IV-IV.
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Die Figuren zeigen jeweils ein in
seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnetes Ventil,
das zur Steuerung von Fluidströmen
dient und bei dem es sich um ein Mehrwegeventil handelt.
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Das Ventil 1 verfügt über ein
Ventilgehäuse 2,
in dem wenigstens eine sich linear erstreckende, längliche
Gehäuseausnehmung 3 vorgesehen
ist. Umfangsseitig ist die Gehäuseausnehmung 3 von
einer Gehäusewand 4 des
Ventilgehäuses 2 begrenzt.
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Die Gehäusewand 4 und insbesondere
das gesamte Ventilgehäuse 2 bestehen
aus Kunststoffmaterial. Die Herstellung erfolgt zweckmäßigerweise durch
Spritzgießen,
wobei ein Nachbearbeiten der die Gehäuseausnehmung 3 definierenden
und nach radial innen orientierten Wandfläche 5 der Gehäusewand 4 nicht
oder in nur geringem Maße
erforderlich ist.
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In die Gehäuseausnehmung 3 münden im Bereich
der Wandfläche 5 an
mehreren in der Längsrichtung
der Gehäuseausnehmung 3 beabstandeten Stellen
Ventilkanäle 6 ein.
Die Ventilkanäle 6 durchsetzen
die Gehäusewand 4 und
bilden an ihrem äußeren En de
Anschlussöffnungen,
beispielsweise zum Anschließen
nicht näher
dargestellter Fluidleitungen.
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Das Ventil 1 des Ausführungsbeispiels
ist ein Dreiwegeventil. Es verfügt über drei
Ventilkanäle 6, die
einen Speisekanal 6a, einen Arbeitskanal 6b und einen
Abführkanal 6c bilden.
Letzterer stellt bei einem Pneumatikventil einen Entlüftungskanal
dar.
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In der Gehäuseausnehmung 3 befindet
sich ein länglicher
Ventilschieber 7 mit kreisförmigem Querschnitt. Er verfügt über mehrere
Steuerabschnitte 8 größeren Durchmessers,
zwischen denen jeweils ein Steuerabschnitt 9 kleineren
Durchmessers platziert ist. Geeignete Betätigungsmittel 12 ermöglichen
ein axiales Verlagern und Positionieren des Ventilschiebers 7 in
der Gehäuseausnehmung 3 relativ
zum Ventilgehäuse 2.
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Die Betätigungsmittel 12 enthalten
beim Ausführungsbeispiel
einen mit dem Ventilschieber 7 einenends in Wirkverbindung
stehenden Betätigungskolben 13,
der in einem als Betätigungsraum 14 bezeichneten
Längenabschnitt
der Gehäuseausnehmung 3 unter
Abdichtung verschiebbar geführt ist.
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Der auf der dem Ventilschieber 7 entgegengesetzten
Seite des Betätigungskolbens 13 liegende äußere Abschnitt 14a des
Betätigungsraumes 14 kommuniziert
mit einem Steuerkanal 15, über den ein fluidisches Steuermedium
wahlweise zugeführt
oder ab geführt
werden kann. Die entsprechende Steuerung übernimmt ein nur strichpunktiert
angedeutetes, elektrisch aktivierbares Vorsteuerventil 16,
das an das Ventilgehäuse 2 angebaut
oder in das Ventilgehäuse 2 integriert
ist.
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Entsprechende Betätigungsmittel 12 können auch
dem entgegengesetzten Ende des Ventilschiebers 7 zugeordnet
sein. Abweichend hiervon findet sich dort beim Ausführungsbeispiel
allerdings nur eine Rückstellfeder 17,
die zwischen dem Ventilgehäuse 2 und
dem Ventilschieber 7 wirksam ist und den Ventilschieber 7 ständig in
Richtung zum Betätigungskolben 13 beaufschlagt.
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Um den Ventilschieber 7 in
die in der Zeichnung gezeigte linke Schaltstellung zu verbringen, wird
der äußere Abschnitt 14a des
Betätigungsraumes 14 mit
Steuerfluid beaufschlagt. Die Rückstellfeder 17 wird
dabei komprimiert. Zum Umschalten in die andere, nicht gezeigte
Endstellung wird der äußere Abschnitt 14a des
Betätigungsraumes 14 druckentlastet,
sodass die Rückstellfeder 17 in
der Lage ist, den Ventilschieber 7 zurückzuschieben.
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Gewisse Ventilbauteile 18 komplettieren
das Ventil 1. Zwei dieser Ventilbauteile 18 haben
eine scheibenförmige
Gestalt und bilden Verschlussdeckel 22, die stirnseitig
beidenends in die Gehäuseausnehmung 3 eingesetzt
sind und letztere verschließen.
Andere Ventilbauteile 18 – beim Ausführungsbei spiel vier Stück – sind von
ringförmigen Dichtungseinheiten 23 gebildet,
die zwischen der Gehäusewand 4 und
dem Ventilschieber 7 wirksam sind. Sie sitzen, mit axialem
Abstand, in der Gehäuseausnehmung 3 ein,
wobei sie den Ventilschieber 7 koaxial umschließen.
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Die Dichtungseinheiten 23 sind
so in der Gehäuseausnehmung 3 angeordnet,
dass jeweils benachbarte Dichtungseinheiten 23 einen Ausnehmungsabschnitt 24 der
Gehäuseausnehmung 3 definieren,
der mit einem der Ventilkanäle 6 kommuniziert.
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Die Dichtungseinheiten 23 besitzen
radial außen
einen formstabilen, ringförmigen
Träger 25, der
eine nach radial außen
weisende, zylindrische Abstützfläche 26 definiert.
Mit ihr stützt
sich die jeweilige Dichtungseinheit 23 an der nach innen
weisenden Wandfläche 5 der
Gehäusewand 4 ab.
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Auch die Verschlussdeckel 22 verfügen übrigens
am Außenumfang über eine
umlaufende, zylindrische Abstützfläche 26,
mit der sie sich ebenfalls an der vorgenannten Wandfläche 5 der
Gehäusewand 4 abstützen können.
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Am Träger 25 einer jeweiligen
Dichtungseinheit 23 sind ringförmige Dichtungsmittel 27 fixiert. Diese
sind zum abdichtenden Zusammenwirken mit dem Außenumfang der Steuerabschnitte 8 größeren Durchmessers
des Ventilschiebers 7 vorgesehen.
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Die Dichtungsmittel 27 bestehen
insbesondere aus einem Dichtungsring, der in geeigneter Weise an
dem ringförmigen
Träger 25 in
koaxialer Anordnung befestigt ist. Beim Ausführungsbeispiel ist er durch
Spritzgießen
angeformt, was dadurch begünstigt
wird, dass auch der Träger 25 aus
einem Kunststoffmaterial besteht. Die Dichtungsmittel können in diesem
Fall als Mehrkomponenten-Spritzgussteile hergestellt werden. Allerdings
ist auch eine separate Fertigung der Dichtungsmittel 27 und
eine Befestigung am Träger 25 auf
andere Art und Weise möglich.
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Je nach Schaltstellung des Ventilschiebers 7 liegen
einige Dichtungseinheiten 23 mit ihren Dichtungsmitteln 27 dichtend über den
gesamten Umfang an einem Steuerabschnitt 8 größeren Durchmessers an,
während
andere Dichtungseinheiten 23 im Bereich eines Steuerabschnittes 9 kleineren
Durchmessers zu liegen kommen. Auf diese Weise wird eine Fluidverbindung
zwischen benachbarten Abschnitten der Gehäuseausnehmung 3 entweder
unterbrochen oder freigegeben. Dadurch kann in an sich bekannter Weise
eine Steuerung der Fluidströme
erfolgen, insbesondere Druckluft oder ein hydraulisches Medium.
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Die Ventilbauteile 18 sind
jeweils durch eine Stoffschlussverbindung 28 unverrückbar fest
mit der aus Kunststoffmaterial bestehenden Gehäusewand 4 des Ventilgehäuses 2 verbunden.
In der Zeichnung sind die Stoffschlussverbindungen 28 durch
dickere Linien verdeutlicht.
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Die Stoffschlussverbindung 28 befindet
sich jeweils, vorzugsweise ausschließlich, zwischen der Abstützfläche 26 des
betreffenden Ventilbauteils 18 und dem von dieser überdeckten
Abschnitt der Wandfläche 5 der
Gehäusewand 4.
Während
sie sich beim Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 ununterbrochen entlang
des gesamten Umfanges des jeweiligen Ventilbauteils 18 erstreckt,
ist beim Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 eine nur punktuelle Stoffschlussverbindung 28 vorgesehen,
wobei die Verbindungsstellen mit gewissem Abstand entlang des Umfanges
des Ventilbauteils 18 verteilt sind.
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Insbesondere bei einer ringsumlaufenden Stoffschlussverbindung 28 ist
es von Vorteil, wenn die Stoffschlussverbindung 28 über gasdichte
bzw. druckdichte Eigenschaften verfügt und somit, wie dies beim
Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 der Fall ist, gleichzeitig
eine statische Dichtung 32 zwischen dem jeweiligen Ventilbauteil 18 und
der Gehäusewand 4 bildet.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass kein Druckmedium durch
den Fügebereich
hindurch zwischen zwei benachbarten Ausnehmungsabschnitten 24 überströmt.
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Gemäß 1 und 2 kann
die Stoffschlussverbindung 28 jeweils die einzige Dichtung
zwischen dem Ventilbauteil 18 und der Gehäusewand 4 darstellen,
eine zusätzliche
Dichtung ist nicht erforderlich.
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Abweichend hiervon empfiehlt sich
eine gesonderte Dichtung 32a zusätzlich zur Stoffschlussverbindung 28 insbesondere
dann, wenn letztere entlang des Außenumfanges des jeweiligen
Ventilbauteils 18 nicht durchgängig ist, wie dies beim Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 der Fall ist. Aber auch bei
einer nicht fluiddichten Stoffschlussverbindung 28, beispielsweise
bedingt durch eine entsprechende Materialwahl eines eingesetzten
Verbindungsstoffes, ist eine zusätzliche
Dichtung 32a empfehlenswert.
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Kommt eine zusätzliche Dichtung 32a zum Einsatz,
wird sie vorzugsweise in Baueinheit mit den zur Kooperation mit
dem Ventilschieber 7 vorgesehenen Dichtungsmitteln 27 ausgebildet.
Exemplarisch ist dies in 3 ersichtlich.
Die Dichtungsmittel 27 und die zusätzliche Dichtung 32a stellen
dann insbesondere eine einstückige
Komponente dar.
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Die Dichtungsmittel bestehen, wie
auch die gegebenenfalls vorhandene zusätzliche Dichtung 32a,
insbesondere aus einem gummielastischen Material, vorzugsweise einem
Elastomer-Material.
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Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind die Stoffschlussverbindungen 28 sämtlicher Ventilbauteile 18 als
Schweißverbindungen
realisiert. Möglich
wäre beispielsweise
eine Ausgestaltung als Ultraschall-Schweißverbindung. Vorteilhafter
ist allerdings die beim Ausführungsbeispiel
vorge sehene Laserstrahl-Schweißverbindung,
die den Vorteil hat, dass beim Verschweißen keine Vibrationen auftreten, die
die Relativlage der zu verschweißenden Komponenten verändern könnten.
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Die Laserstrahl-Schweißverbindung
ist zweckmäßigerweise
in sogenannter Durchstrahltechnologie ausgeführt, bei der der von einem
Laser 33 ausgegebene Laserstrahl 34 die eine der
zu verschweißenden
Komponenten durchdringt, um im gewünschten Verbindungsbereich
wirksam zu werden. Dies hat den Vorteil, dass der Schweißvorgang
durch das Ventilgehäuse 2 hindurch
von außen
her stattfinden kann.
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Ermöglicht wird dies beispielsweise
dadurch, dass man die Gehäusewand 4 aus
transparentem Werkstoff herstellt, während der Werkstoff des ringförmigen Trägers 25 aus
absorbierendem Material besteht. Der Laserstrahl kann dann von außen her die
transparente Gehäusewand 4 durchdringen
und wird an der Kontaktfläche 4 – hier:
die Abstützfläche 26 – des Trägers 25 absorbiert.
In diesem Bereich schmilzt dann das Kunststoffmaterial. Aufgrund
der Wärmeleitung
wird in dieser Zone auch das transparente Material der Gehäusewand 4 aufgeschmolzen, und
es stellt sich die gewünschte
Schweißverbindung
ein.
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Um auf einen transparenten Kunststoff
für das
Ventilgehäuse
2 verzichten
zu können,
kann das Transmissionsverhalten der zu verschweißenden Werkstoffe auch durch
Zufügen
von Additiven im Kunststoff, beispielsweise Glasfasern oder Farbpigmente,
aufeinander abgestimmt werden, wie dies beispielsweise in der
EP 0751865 B1 beschrieben wird.
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Anstelle einer Schweißverbindung
sieht die Bauform gemäß 3 und 4 als Stoffschlussverbindung 28 eine
Klebeverbindung vor. Hier ist Klebstoff 31 als gesonderter
Verbindungsstoff zwischen den zu verklebenden Komponenten appliziert.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines UV-härtenden Klebstoffes,
der es ermöglicht,
die mit ihm versehenen Ventilbauteile 18 ohne Aushärtegefahr
an der gewünschten
Verbindungsstelle zu platzieren, um dann durch Bestrahlung mit UV-Licht ein sofortiges
Aushärten
zu bewirken.
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Die Lichtquelle kann beispielsweise
von einer Stirnseite her in die Gehäuseausnehmung 3 eingeführt werden,
solange einer der Verschlussdeckel 22 noch nicht montiert
ist.
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In 1 und 2 ist strichpunktiert eine
optionale weitere Verbindungsmöglichkeit
gezeigt, bei der zusätzlich
zur stoffschlüssigen
Verbindung eine ergänzende
Formschlussverbindung 30 vorgesehen ist (aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist diese optionale Verbindungsart lediglich bei einer der Dichtungseinheiten 23 angedeutet).
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Die Dichtungseinheit 23 verfügt in diesem Zusammenhang
an der Abstützfläche über eine
oder mehrere Haltevertiefungen 35, wobei das Ausführungsbeispiel
eine einzige, ringnutartige Haltevertiefung 35 vorsieht.
In diese Haltevertiefung 35 greift ein ebenfalls ringförmiger,
ausgehend von der Gehäusewand 4 nach
radial innen vorstehender Haltevorsprung 36 formschlüssig ein.
Er füllt
die Haltevertiefung 35 komplett aus.
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Zur Herstellung des Haltevorsprunges 36 ist die
Gehäusewand 4 mit
mindestens einer sie durchsetzenden und beim Ausführungsbeispiel
kanalartig ausgebildeten Einspeiseöffnung 37 versehen,
die an derjenigen Stelle der Wandfläche 5 ausmündet, an der
sich die Haltevertiefung 35 der eingesetzten Dichtungseinheit 23 befindet.
Die Einspeiseöffnung 37 fluchtet
dann mit der betreffenden Haltevertiefung 35. Anschließend wird
ein Verbindungsstoff, beispielsweise Klebstoff oder ein Polymer,
in fließfähigem Zustand
gemäß Pfeil 38 in
die Einspeiseöffnung 37 eingespeist,
von wo er in die Haltevertiefung 35 übertritt, bis er diese komplett
ausfüllt.
Damit die eingeschlossene Luft entweichen kann, ist zusätzlich eine
bevorzugt ebenfalls kanalförmige
Austrittsöffnung 42 vorgesehen,
die in entsprechender Weise wie die Einspeiseöffnung 37 auf gleicher
Höhe mit der
Haltevertiefung 35 in der Wandfläche 5 ausmündet.
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Nach dem Aushärten ist der Verbindungsstoff
stoffschlüssig
mit der Gehäusewand 4 und
vorzugsweise auch mit dem ringförmigen
Träger 25 verbunden,
sodass er zum einen die Stoffschlussverbindung 28 hervorruft
und zum anderen, in seiner Eigenschaft als Haltevorsprung 36,
eine formschlüssige
Fixierung bewirkt.
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Während
beim Ausführungsbeispiel
die Stoffschlussverbindung lediglich bei Dichtungseinheiten 23 und
Verschlussdeckeln 22 zur Anwendung gelangt, versteht es
sich, dass selbstverständlich auch
andere Anwendungsfelder offen sind. So könnten beispielsweise zur Lagerung
und/oder Führung eines
Ventilschiebers dienende Elemente in gleicher Weise fixiert werden.