DE10315460B4

DE10315460B4 - Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien

Info

Publication number: DE10315460B4
Application number: DE2003115460
Authority: DE
Inventors: Bruno Staiger
Original assignee: STAIGER STEUERUNGSTECH; Steuerungstechnik Staiger & Co Produktions-Vertriebs-Kg GmbH
Current assignee: STAIGER STEUERUNGSTECH; Steuerungstechnik Staiger & Co Produktions-Vertriebs-Kg GmbH
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: DE10315460A1

Abstract

Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien, umfassend mindestens vier zu einer Mehrwegeventileinheit (5) verknüpfte 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4), denen eine elektrische Steuereinheit (6) mit mindestens einem Bus-Anschluss (8) mindestens einem Sensoranschluss (9, 10) und mindestens einer Pulsweitenmodulation (PWM) zugeordnet ist, die als schnellschaltende Plattenankerventile ausgebildet sind, deren Schaltzeit kleiner als 5 Millisekunden ist, und die derart angeordnet sind, dass das erste und das dritte 2/2-Wegeventil (1, 3) eine gemeinsame Zuführung (25) aufweisen, dass ein Ausgang (27) des ersten 2/2-Wegeventils (1) zu einem Eingang (28) des zweiten 2/2-Wegeventils (2) führt und ein Ausgang (30) des dritten 2/2Wegeventils (3) in einen Eingang (31) des vierten 2/2-Wegeventils (4) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien.

Die DE 102 08 390 A1 offenbart eine Ventilanordnung mit einer Ventilmechanik, die in einem Ventilkörper vorgesehen ist und aus vier oder mehr in Reihe geschalteten 2/2-Wegeventilen besteht, zwischen denen die Druckmittelanschlüsse des Ventilkörpers angeordnet sind. An dem Ventilkörper ist eine elektrisch ansteuerbare Antriebseinheit vorgesehen, die aus jedem einzelnen 2/2-Wegeventil zugeordneten elektrischen Antriebselementen besteht. Die Antriebselemente sind an eine elektronische Steuereinrichtung angeschlossen und zur Realisierung einer 5/2-, 5/3- und 2 × 3/2-Wegefunktion über ein in einer Speichereinheit hinterlegtes Programm steuerbar.

Die WO 2004/097227 A1 offenbart eine Ventilanordnung mit vier bistabilen 2/2-Wegeventilen und einem programmierbaren Controller, der Signale von einem externen Logikcontroller verarbeitet. Dadurch können wahlweise ein oder mehrere der vier Ventile angesteuert werden, um unterschiedliche Ventilfunktionen zu erreichen, ohne eine andere mechanische Ausstattung der Ventile vornehmen zu müssen.

Die EP 0 400 504 A1 offenbart ein Elektromagnetventil mit einem Einlass und einem Auslass, der durch eine Scheibe verschließbar ist, die an einer Platte vorgesehen ist, welche mittels Druckluft in die Verschlussposition gebracht wird. Die Platte schwenkt dabei mit geringer Trägheit um einen Wulst aus elastischem Material, wodurch eine hohe Schaltfrequenz des Ventils erreichbar sein soll. In der Ventilkammer können mehrere Elektromagnete vorgesehen sein, die einer entsprechenden Anzahl an Auslässen zugeordnet sind.

Die EP 0 955 473 A1 offenbart eine Ventilbatterie, die mehrere Ventile und eine Steuereinrichtung mit einer Funktionsvorgabeeinheit aufweist. Die Ventile sind über verschiedene Fluidkanäle an ein Fluidkanalsystem angeschlossen. Die Fluidkanäle können mittels der Funktionsvorgabeeinheit durch Freigeben oder Verschließen von Durchgängen verschaltet werden.

Die DE 195 06 472 C2 offenbart ein aus mehreren Modulen bestehendes Druckluftaufbereitungssystem, dessen einzelne Module mit im Querschnitt etwa U-förmigen Koppelklammern verbindbar sind, die mittels federelastischen Verriegelungsmitteln am Modulgehäuse festgelegt sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventilanordnung der vorbeschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine steuerbare Ventileinheit mit zahlreichen Mehrwege- und Schaltfunktionen sowie dauerhaft hoher Funktionstüchtigkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:
1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung in geschnittener Darstellung,
2 eine Draufsicht auf die Ventilanordnung der 1 in geschnittener Darstellung,
3 eine Seitenansicht der Ventilanordnung der 1 in geschnittener Darstellung und
4 ein Schaltschema der Ventilanordnung der 1.
Die in der Zeichnung dargestelle erfindungsgemäße Ventilanordnung weist vier 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 auf, die unmittelbar nebeneinander in einer Reihe angeordnet und digital pneumatisch verknüpft sind, so dass eine Mehrwegeventileinheit 5 gebildet ist, der eine die 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 schaltende elektrische Steuereinheit 6 zugehörig ist. Die Mehrwegeventileinheit 5 und die elektrische Steuereinheit 6 sind so konfiguriert, dass sie eine kleine, kompakte Baueinheit bilden.
Die elektrische Steuereinheit 6 ist auf den blockbildend zusammengefassten 2/2-Wegeventilen 1, 2, 3, 4 lösbar befestigt und besitzt ein Gehäuse 7 sowie einen Bus-Anschluss 8, der vorzugsweise zwischen zwei Sensoranschlüssen 9,10 angeordnet ist. Der Bus-Anschluss 8 und die Sensoranschlüsse 9, 10 ragen oben aus dem Gehäuse 7 heraus. In dem Gehäuse 7 der Steuereinheit 6 befindet sich eine Leiterplatte 11, die mit hier nicht näher dargestellten elektrischen und elektronischen Bauteilen bestückt ist, die so geschaltet sein können, dass zahlreiche Wegefunktionen und unterschiedliche Schaltkombinationen sowie eine Pulsweitenmodulationsansteuerung der 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 erzielt werden kann. Die Leiterplatte 11 trägt zudem vier aus dem Gehäuse 7 teilweise herausragende Leuchtdioden 12, 13, 14, 15, die den 2/2-Wegeventilen 1, 2, 3, 4 zugeordnet sind und deren Öffnungs- und/oder Verschluss-Schaltstellung anzeigen können.
Die 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 können zweckmäßig als schnellschaltende Plattenankerventile ausgebildet sein und jeweils einen Ventilkörper 16 aufweisen, der außen im Querschnitt rechteckförmig, vorzugsweise quadratisch ist. Die Schaltgeschwindigkeit der 2/2-Wegeventile ist zweckmäßig kleiner als 5 Millisekunden und kann vorzugsweise etwa 1 Millisekunde betragen. Das heißt, dass die 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 über die elektrische Steuereinheit 6 wahlweise in kürzester Zeit geöffnet und geschlossen werden können. In dem Ventilkörper 16 kann in dessen Längsrichtung koaxial eine Bohrung 17 ausgebildet sein, in der die Ventilbauteile, nämlich ein Ventilsitz 18, ein mit letzterem korrespondierender Verschlusskörper 19, ein mit einer Flachformfeder 20 beaufschlagter Plattenanker 21, eine über die elektrische Steuereinheit 6 ansteuerbare Elektrospule 22 und ein Magnetjoch 23, gelagert sind. Diese Ventilbauteile, die vorteilhaft zu einer Baueinheit zusammengefasst sein können, können über einen Sicherungsbügel 24 in der Bohrung 17 des Ventilkörpers 16 gehalten sein.
Die in einer Reihe nebeneinander zu einen Block zusammengefassten 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 sind so angeordnet, dass sich gemäß der Darstellung in 1 die Ventile 1 und 3 in der Mitte befinden und eine Zuführung 25 für das Medium, z.B. Druckluft, aufweisen. Die Ventile 1, 3 sind durch einen Kanal 26 verbunden, so dass eine einzige Zuführung 25 ausreichend ist. Der Ausgang 27 des Ventils 1 ist mit dem Eingang 28 des in der 1 links angrenzenden Ventils 2 verbunden. Der Ausgang des Ventils 2 ist als Entlüftung 29 ausgeführt. Der Ausgang 30 des Ventils 3 ist mit dem Eingang 31 des in der 1 rechts angrenzenden Ventils 4 verbunden. Der Ausgang des Ventils 4 ist als Entlüftung 32 ausgeführt. Der 3 ist zu entnehmen, dass die 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 an bzw. neben dem Ventilsitz 18 Verbindungskanäle 33 aufweisen.
Die 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 können vorteilhaft mit einer Klammer kraft- und formschlüssig zusammengehalten sein. Diese Klammer kann aus zwei im Querschnitt U-förmigen Klammerteilen 34, 35 bestehen, die je einen Grundsteg 36 und zwei von letzterem abstrebende Seitenstege 37, 38 aufweisen. Die Seitenstege 37, 38 können im nicht montierten Zustand etwas einander zugeneigt sein, so dass der von dem Grundsteg 36 und dem jeweiligen Seitensteg 37, 38 begrenzte Winkel etwas kleiner ist als 90°. Die Klammerteile 34, 35 umgreifen die aneinandergereihten 2/2-Wegeventile 1, 2, 3, 4 und sind in einer Ausnehmung 39 der Ventilkörper 16 flächenbündig gelagert. In der 2 befinden sich die einander spiegelsymmetrisch gegenüberliegenden Klammerteile 34, 35 noch nicht in der Endposition, sondern in einer Zwischenposition. Die Seitenstege 37, 38 sind dabei vorgespannt und drücken fest gegen die äußeren Ventile 2, 4, so dass in der Endposition ein fester Ventilblockverbund gegeben ist. In der 2 sind zudem die Spulenanschlüsse 40, 41 ersichtlich.
Anhand des Schaltplans der 4 wird nachstehend eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Mehrwegeventileinheit 5 beschrieben. Wenn der Kolben 42 in dem Zylinder 43 in der Zeichnung von links nach rechts geschoben werden soll, wird das 2/2-Wegeventil 1 über die in dieser 4 nicht dargestellte elektrische Steuereinheit 6 geöffnet, so dass die Druckluft von der Zuführung 25 durch das Ventil 1 über dessen Ausgang 27 zum linken Anschluss 44 des Zylinders 43 gelangt. Gleichzeitig wird das Ventil 4 geöffnet. Die übrigen Ventile 2 und 3 bleiben geschlossen. Der Kolben 42 wird nun durch die zugeführte Druckluft nach rechts verlagert und die auf der rechten Seite des Kolbens 42 befindliche Luft strömt durch den Anschluss 45 des Zylinders 43 und durch das geöffnete Ventil 4 zu dessen Entlüftung 32 und kann hier frei entweichen. Wenn der Kolben 42 umgekehrt von rechts nach links verschoben werden soll, werden die Ventile 1 und 4 geschlossen und die Ventile 2 und 3 werden geöffnet. Dabei strömt die Druckluft von der Zuführung 25 durch das Ventil 3 und über dessen Ausgang 30 zum rechten Anschluss 45 des Zylinders 43. Der Kolben 42 wird dadurch nach links verlagert und die auf der linken Seite des Kolbens 42 befindliche Luft wird durch den Anschluss 44 und das geöffnete Ventil 2 zu dessen Entlüftung 29 ins Freie gedrückt.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Kolben 42 so anzusteuern, dass er innerhalb des Zylinders 43 in einer bestimmten Position gehalten wird. Dazu kann der Kolbenstange 46 eine Lagerückmeldung zugeordnet werden, deren Signalgebung der elektrischen Steuereinheit 6 zugeführt wird. Die bewirkt dann, dass zum einen die Ventile 1 und 4 und zum anderen die Ventile 2 und 3 abwechselnd mit hoher Frequenz, also beispielsweise nach jeweils einer Millisekunde geöffnet und geschlossen werden. Auf Grund der hohen Schaltgeschwindigkeit wird dabei der Kolben 42 abwechselnd etwas nach rechts und dann sofort wieder etwas nach links verlagert, so dass er unter Einbeziehung der Bewegungsträgheit praktisch an ein und derselben gewünschten Position verbleibt.
Durch die schnelle Schaltfähigkeit der erfindungsgemäßen Ventile kann auch die Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens 42 geregelt werden, und zwar in beiden Richtungen. Wenn z.B. die Ventile 1 und 4 im Takt in schneller Folge geöffnet und geschlossen werden, kann der Kolben 42 langsam nach rechts verschoben werden. Wird dann die Öffnungszeit gegenüber der Schließzeit der Ventile 1 und 4 weiter vergrößert, wird die Verschiebung des Kolbens 42 beschleunigt. Wird dagegen die Öffnungszeit der Ventile 1 und 4 wieder verringert, erfolgt eine Verzögerung der Schiebegeschwindigkeit des Kolbens 42. Mit einer solchen Pulsweitenmodulationsansteuerung können also unterschiedliche Kolbengeschwindigkeiten mit exakten Beschleunigungen und Verzögerungen erreicht werden, so dass auf zusätzliche mechanische Hilfsmittel (Blenden etc.) verzichtet werden kann.
Für die Anwendung bei größeren Kolben-/Zylindereinheiten oder dergleichen kann es vorteilhaft sein, die 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) so zu gestalten, dass dem Ventilsitz 18 ausgangsseitig ein Verstärkerelement zugeordnet ist, das vorzugsweise in dem Ventilkörper 16 integriert sein kann und als durch das Medium steuerbare Ventileinheit, insbesondere Membranventileinheit, ausgelegt ist.

Claims

Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien, umfassend mindestens vier zu einer Mehrwegeventileinheit (5) verknüpfte 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4), denen eine elektrische Steuereinheit (6) mit mindestens einem Bus-Anschluss (8) mindestens einem Sensoranschluss (9, 10) und mindestens einer Pulsweitenmodulation (PWM) zugeordnet ist, die als schnellschaltende Plattenankerventile ausgebildet sind, deren Schaltzeit kleiner als 5 Millisekunden ist, und die derart angeordnet sind, dass das erste und das dritte 2/2-Wegeventil (1, 3) eine gemeinsame Zuführung (25) aufweisen, dass ein Ausgang (27) des ersten 2/2-Wegeventils (1) zu einem Eingang (28) des zweiten 2/2-Wegeventils (2) führt und ein Ausgang (30) des dritten 2/2Wegeventils (3) in einen Eingang (31) des vierten 2/2-Wegeventils (4) mündet.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) einen Ventilkörper (16), einen Ventilsitz (18), einen Plattenanker (21), eine über die elektrische Steuereinheit (6) ansteuerbare Elektrospule (22) und ein Magnetjoch (23) aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (16) der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) im Querschnitt rechteckförmig ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (16) der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) im Querschnitt quadratisch ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) durch unmittelbare Aneinanderreihung digital verknüpft sind, indem die 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und die zwei mittleren 2/2-Wegeventile (1, 3) eine gemeinsame Zuführung (25) aufweisen, dass der Ausgang (27) des einen mittleren 2/2-Wegeventils (1) zu dem Eingang (28) des angrenzenden einen äußeren 2/2-Wegeventils (2) führt und der Ausgang (30) des anderen mittleren 2/2-Wegeventils (3) in den Eingang (31) des angrenzenden anderen äußeren 2/2-Wegeventils (4) mündet.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (16) der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) mittels einer Klammer zusammengehalten sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer zwei einander gegenüberliegende, im Querschnitt U-förmige Klammerteile (34, 35) aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Grundsteg (36) abstrebenden Seitenstege (37, 38) der U-förmigen Klammerteile (34, 35) in Richtung gegen den Ventilkörper (1, 4) vorgespannt sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammerteile (34, 35) in einer Ausnehmung (39) der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) gelagert sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuereinheit (6) mit einem Gehäuse (7) auf die Ventilkörper (16) der 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) aufgesetzt ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuereinheit (6) eine in dem Gehäuse (7) gelagerte, mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte (11) aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der vier 2/2-Wegeventile (1, 2, 3, 4) mindestens eine Leuchtdiode (12, 13, 14, 15) in der elektrischen Steuereinheit (6) zugeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den modular aneinander gereihten, digital verknüpften 2/2Wegeventilen (1, 2, 3, 4) und der diesen zugeordneten elektrischen Steuereinheit (6) gebildete Mehrwegeventileinheit (5) als kompakte Baueinheit ausgebildet ist.