DE10358429B4

DE10358429B4 - Schnellentlüftungsventil

Info

Publication number: DE10358429B4
Application number: DE2003158429
Authority: DE
Inventors: Grzegorz Bogdanowicz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2003-12-13
Filing date: 2003-12-13
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-12-14
Also published as: DE10358429A1

Abstract

Schnellentlüftungsventil, bei dem in einem Ventilgehäuse (2) eine Ventilkammer (7) angeordnet ist, die ein Steuerventilglied (8) enthält, das aufgrund der im Betrieb an ihm anstehenden Druckdifferenz in Richtung einer Hauptachse (6) hin und her bewegbar ist, wobei das Steuerventilglied (8) eine Arbeitsposition einnehmen kann, in der es mit einem Absperrabschnitt (54) an einer ihm in Richtung der Hauptachse (6) gegenüberliegenden gehäusefesten Fläche anliegt und dabei mindestens eine Entlüftungsöffnung (36) von einer dem Steuerventilglied (8) in Richtung der Hauptachse (6) gegenüberliegenden und von der gehäusefesten Fläche umschlossenen Arbeitsöffnung (28) abtrennt, wobei ferner das Steuerventilglied (8) eine Entlüftungsposition einnehmen kann, in der es unter Freigabe einer Verbindung zwischen der Arbeitsöffnung (28) und der mindestens einen Entlüftungsöffnung (36) von der gehäusefesten Fläche abgehoben ist, und wobei die Arbeitsöffnung (28) und eine Speiseöffnung (23) auf in Richtung der Hauptachse (6) entgegengesetzten Seiten des Steuerventilgliedes (8) in die Ventilkammer (7) einmünden und über einen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellentlüftungsventil, bei dem in einem Ventilgehäuse eine Ventilkammer angeordnet ist, die ein Steuerventilglied enthält, das aufgrund der im Betrieb an ihm anstehenden Druckdifferenz in Richtung einer Hauptachse hin und her bewegbar ist, wobei das Steuerventilglied eine Arbeitsposition einnehmen kann, in der es mit einem Absperrabschnitt an einer ihm in Richtung der Hauptachse gegenüberliegenden gehäusefesten Fläche anliegt und dabei mindestens eine Entlüftungsöffnung von einer dem Steuerventilglied in Richtung der Hauptachse gegenüberliegenden und von der gehäusefesten Fläche umschlossenen Arbeitsöffnung abtrennt, wobei ferner das Steuerventilglied eine Entlüftungsposition einnehmen kann, in der es unter Freigabe einer Verbindung zwischen der Arbeitsöffnung und der mindestens einen Entlüftungsöffnung von der gehäusefesten Fläche abgehoben ist, und wobei die Arbeitsöffnung und eine Speiseöffnung auf in Richtung der Hauptachse entgegengesetzten Seiten des Steuerventilgliedes in die Ventilkammer einmünden und über einen das Steuerventilglied durchsetzenden Durchgangskanal miteinander verbunden sind, dessen eine Kanalmündung der Arbeitsöffnung gegenüberliegt und von dem Absperrabschnitt ringförmig umschlossen ist und der von einem von dem Steuerventilglied getragenen Rückschlagventilglied beherrscht ist, das den Durchlass in Richtung der Speiseöffnung sperrt und in Richtung der Arbeitsöffnung freigibt.
Ein aus der DE 7301612 U bekanntes Schnellentlüftungsventil verfügt über eine Ventilkammer, die von einem Steuerventilglied in zwei Endabschnitte unterteilt ist. In die beiden Endabschnitte münden, in koaxialer Anordnung, eine Speiseöffnung und eine Entlüftungsöffnung. In dem gleichen Endabschnitt wie die Entlüftungsöffnung mündet außerdem seitlich eine Arbeitsöffnung. An dem Steuerventilglied ist gegenüberliegend der Entlüftungsöffnung ein als Absperrabschnitt fungierender Fortsatz angeformt. Außerdem trägt das Steuerventilglied am Außenumfang eine als Rückschlagventilglied fungierende Dichtlippe, die einen zwischen dem Steuerventilglied und dem Ventilgehäuse gebildeten spaltartigen Durchlass beherrscht. Wird im Betrieb des Schnellentlüftungsventils über die Speiseöffnung Druckmedium eingespeist, verschiebt sich das Steuerventilglied, bis es mit seinem Absperrabschnitt an einem die Entlüftungsöffnung umgebenden Ventilsitz anliegt und dadurch die Entlüftungsöffnung von der Arbeitsöffnung absperrt. Gleichzeitig wird die Dichtlippe in eine Freigabestellung umgebogen, sodass das Druckmedium durch den Durchlass hindurch zur Arbeitsöffnung und von dort zu einem angeschlossenen Verbraucher ausströmen kann. Wird anschließend der Druck an der Speiseöffnung herabgesetzt, bewirkt der an der Arbeitsöffnung anstehende Überdruck ein Zurückschieben des Steuerventilgliedes in eine Entlüftungsposition. Dabei ist das Steuerventilglied von der Entlüftungsöffnung abgehoben, sodass das Druckmedium aus der Arbeitsöffnung über die Entlüftungsöffnung mit großem Querschnitt zur Entlüftung abströmen kann. Da gleichzeitig die als Rückschlagventilglied fungierende Dichtlippe in ihre Sperrstellung an den Innenumfang der Ventilkammer angedrückt wird, ist die Verbindung zur Speiseöffnung unterbrochen.
Bei diesem bekannten Schnellentlüftungsventil wird das Druckmedium beim Überströmen von der Speiseöffnung zur Arbeitsöffnung im Innern der Ventilkammer um 90° umgelenkt, was störende Strömungseffekte hervorruft, die sich nachteilig auf die Durchströmrate und mithin den Wirkungsgrad des Ventils auswirken. Außerdem besitzt das bekannte Ventil quer zur Hauptachse relativ große Abmessungen.
Aus der US 3 967 635 geht ein Schnellentlüftungsventil der eingangs genannten Art hervor, dessen Steuerventilglied in Richtung einer Hauptachse zwischen einer Entlüftungsposition und einer Arbeitsposition bewegbar ist und das von einem von einem Rückschlagventilglied beherrschten Durchgangskanal durchsetzt ist, durch den hindurch in der Arbeitsposition eine Fluidströmung zwischen einer Speiseöffnung und einer Arbeitsöffnung möglich ist. Die Arbeitsposition ist dadurch definiert, dass das Steuerventilglied mit einem Absperrabschnitt an einer gegenüberliegenden gehäusefesten Fläche anliegt. Radial wirkende Dichtungsringe am Außenumfang des Steuerventilgliedes trennen in der Arbeitsposition eine seitliche Entlüftungsöffnung von der Arbeitsöffnung ab, indem sie radial dichtend mit dem Innenumfang der das Steuerventilglied aufnehmenden Ventilkammer zusammenarbeiten. Das Umschalten zwischen der Arbeitsposition und der Entlüftungsposition geschieht durch die an dem Steuerventilglied anstehende Druckdifferenz, sodass eine möglichst reibungsarme Bewegung anzustreben ist. Dies wird durch die umfangsseitigen Dichtungsringe beeinträchtigt.
Schnellentlüftungsventile, die nach einem vergleichbaren Funktionsprinzip arbeiten, gehen auch aus der US 3 606 904 A , US 2 270 549 A , US 2 610 859 A , US 3 034 527 A und US 3 464 321 A hervor.
Aus der DE 197 04 799 B4 ist ein Schnellentlüftungsventil bekannt, dessen Absperrglied vergleichbar der eingangs diskutierten DE 73 01 612 U1 nach dem Prinzip eines Sitzventils arbeitet. Allerdings wird das Absperrglied, wie auch im Falle der DE 2811242 A1 , von dem zu steuernden Fluid nicht durchströmt. Ein es durchsetzender Durchgangskanal dient lediglich als Kompensationskanal zur Bewirkung eines Druckausgleiches.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schnellentlüftungsventil zu schaffen, das auch bei geringen Druckdifferenzen über ein gutes Ansprechverhalten und kurze Umschaltzeiten verfügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die die Arbeitsöffnung umschließende gehäusefeste Fläche einen dem Steuerventilglied in Richtung der Hauptachse zugewandten ringförmigen Ventilsitz bildet, an den der ringförmige Absperrabschnitt bei Einnahme der Arbeitsposition unter Abdichtung angedrückt wird.
Das Abtrennen der Entlüftungsöffnung von der Arbeitsöffnung in der Arbeitsposition erfolgt somit vergleichbar dem Abdichtprinzip eines Sitzventils. Die Anzahl der Dichtungsringe am Außenumfang des Steuerventilgliedes kann folglich auf ein Minimum reduziert werden, um die beim Umschalten auftretende Reibung herabzusetzen und mithin zu einer Verbesserung des Ansprechverhaltens und einer Verkürzung der Umschaltzeiten beizutragen. Bei alledem kann das von der Speiseöffnung zur Arbeitsöffnung strömende Fluid die Ventilkammer weiterhin relativ geradlinig durchströmen, sodass unerwünschte Rückstaus vermieden werden und eine hohe Durchströmrate gewährleistet werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Arbeitsöffnung und die Speiseöffnung sind zweckmäßigerweise so platziert, dass sie in Richtung der Hauptachse miteinander fluchten und koaxial zueinander ausgerichtet sind. Der Durchgangskanal ist insbesondere so in dem Steuerventilglied angeordnet, dass er dieses koaxial durchsetzt.
Es besteht die Möglichkeit, den zur Arbeitsöffnung gehörenden Arbeitskanal und den zur Speiseöffnung gehörenden Speisekanal des Ventilgehäuses so auszubilden, dass das Ventilgehäuse von diesen Kanälen in koaxialer Anordnung durchsetzt wird. Bei einer solchen In-Line-Anordnung kann das gesamte Schnellent lüftungsventil von dem einem Verbraucher zuzuführenden Druckmedium praktisch geradlinig und somit äußerst verlustarm durchströmt werden.
Das Steuerventilglied ist zweckmäßigerweise kolbenartig ausgebildet und in der Ventilkammer unter Abdichtung verschiebbar angeordnet. Die das Steuerventilglied positionierenden Stellkräfte bestimmen sich dabei anhand der Drücke, die das Steuerventilglied von einander entgegengesetzten Seiten her beaufschlagen.
Das Rückschlagventilglied ist zweckmäßigerweise im Innern des Durchgangskanals des Steuerventilgliedes untergebracht. Es handelt sich bei ihm vorzugsweise um einen lose in dem Durchgangskanal einliegenden Körper, insbesondere kugelförmiger Art. Entsprechend den herrschenden Druckverhältnissen wird das Rückschlagventilglied entweder gegen einen weiteren Ventilsitz im Innern des Steuerventilgliedes gedrückt oder von diesem weiteren Ventilsitz abgehoben und durch geeignete Rückhaltemittel in dem Steuerventilglied zurückgehalten.
Das Ventilgehäuse kann ein eigenständiges Bauteil sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, als Ventilgehäuse unmittelbar eine Gehäusekomponente eines fluidtechnischen Bauteils, das mit dem Schnellentlüftungsventil ausgestattet werden soll, als Ventilgehäuse heranzuziehen, beispielsweise das Gehäuse eines pneumatischen Antriebs. Auf diese Weise ist ei ne platzsparende Integration des Schnellentlüftungsventils in eine fluidtechnische Komponente möglich.
Um einen möglichst großen Entlüftungsquerschnitt zu erhalten, können mehrere Entlüftungsöffnungen vorgesehen sein, die über mehrere Entlüftungskanäle zum Außenumfang des Ventilgehäuses ausmünden. Hier kann dann mittels eines koaxial um das Ventilgehäuse herum angeordneten Schalldämpfringes sehr kompakt eine wirksame Schalldämpfung der austretenden Luft vorgenommen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Schnellentlüftungsventils in einem Längsschnitt, wobei zusätzlich schematisch ein die Fluidzufuhr steuerndes Steuerventil sowie ein zu betätigender Verbraucher abgebildet sind,
2 das Steuerventilglied des Schnellentlüftungsventils in Einzeldarstellung und im Längsschnitt, wobei das integrierte Rückschlagventilglied sichtbar ist,
3 das Steuerventilglied in einer perspektivischen Einzeldarstellung in einer Ansicht von der Seite der Speiseöffnung her gesehen,
4 eine Längsschnittdarstellung des Schnellentlüftungsventils bei in der Arbeitsstellung befindlichem Steuerventilglied und
5 eine weitere Längsschnittdarstellung des Schnellentlüftungsventils bei in der Entlüftungsstellung befindlichem Steuerventilglied.
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Schnellentlüftungsventil verfügt über ein längliches Ventilgehäuse 2, das außen bevorzugt eine kreiszylindrische Gestalt hat. Es verfügt über eine axial orientierte erste Stirnfläche 3, eine dieser entgegengesetzte zweite Stirnfläche 4 und eine kreiszylindrische Umfangsfläche 5.
Das Ventilgehäuse 2 hat eine Längsachse, die im Folgenden als Hauptachse 6 bezeichnet sei.
Im Innern des Ventilgehäuses 2 ist eine zu der Hauptachse 6 koaxiale, längliche Ventilkammer 7 ausgebildet. Diese wird durch ein in ihr untergebrachtes, beim Ausführungsbeispiel kolbenartig gestaltetes Steuerventilglied 8 in einen der ersten Stirnfläche 3 zugeordneten ersten Kammer-Endabschnitt 12 und einen der zweiten Stirnfläche 4 zugeordneten zweiten Kammer-Endabschnitt 13 unterteilt.
Das Steuerventilglied 8 ist von einer ringförmigen Dichtung 14 koaxial umschlossen. Diese sitzt beim Ausführungsbeispiel in einer Umfangsnut 15 des Steuerventilgliedes 8 ein und liegt radial außen an der kreiszylindrischen Umfangsfläche 16 der Ventilkammer 7 mit Dichtkontakt an. Anstelle des gezeigten O-Ringes könnte auch ein Lippendichtring vorgesehen sein.
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Dichtung 14 an das Steuerventilglied 8 anzuformen, beispielsweise in Gestalt einer umlaufenden Dichtlippe. Schließlich könnten das Steuerventilglied 8 und die Dichtung 14 auch gemeinsam von einem einstückigen Körper mit elastomeren Eigenschaften gebildet sein.
Das Steuerventilglied 8 ist gemäß Doppelpfeil 17 in Richtung der Hauptachse 6 innerhalb der Ventilkammer 7 hin und her bewegbar. Während der Bewegung gleitet die Dichtung 14 an der Umfangsfläche 16 ab.
Die Ventilkammer 7 ist stirnseitig von einer dem ersten Kammer-Endabschnitt 12 zugeordneten ersten Abschlusswand 18 und von einer dem zweiten Kammer-Endabschnitt 13 zugeordneten zweiten Abschlusswand 19 begrenzt. Diese beiden Abschlusswände 18, 19 bilden jeweils einen Bewegungsanschlag für die Linearbewegung des Steuerventilgliedes 8 und sind Bestandteil des Ventilgehäuses 2.
Zwischen der ersten Stirnfläche 3 und der ersten Abschlusswand 18 verläuft ein koaxial zu der Hauptachse 6 angeordneter Speisekanal 22. Er mündet mit einer Speiseöffnung 23 an der ersten Abschlusswand 18 in den ersten Kammer-Endabschnitt 12 ein. Seine der außen liegenden ersten Stirnfläche 3 zugeordnete erste Anschlussöffnung 24 ist ausgebildet, um den Anschluss eines in 1 schematisch angedeuteten Steuerventils 25 zu ermöglichen. Zur Verbindung dient beispielsweise eine strichpunktiert angedeutete Fluidleitung 26, die im Rahmen einer Schraub- oder Steckverbindung an die erste Anschlussöffnung 24 anschließbar ist.
Das Steuerventil 25 ermöglicht es, den Speisekanal 22 wahlweise mit fluidischem Druckmedium aus einer Druckquelle P zu versorgen oder an die Atmosphäre R zu entlüften. Es kann sich beispielsweise um ein 3/2-Wegeventil handeln.
Ein ebenfalls koaxial zu der Hauptachse 6 verlaufender Arbeitskanal 27 erstreckt sich zwischen der zweiten Abschlusswand 19 und der außen liegenden zweiten Stirnfläche 4. Er mündet mit einer Arbeitsöffnung 28 an der zweiten Abschlusswand 19 in den zweiten Kammer-Endabschnitt 13 ein. Die Windung zur zweiten Stirnfläche 4 bildet eine zweite Anschlussöffnung 32, an die über eine wiederum strichpunktiert angedeutete Fluidleitung 33 ein mit fluidischem Druckmedium betriebener Verbraucher 34 anschließbar ist, der beim Ausfüh rungsbeispiel exemplarisch als einfachwirkender Pneumatikzylinder illustriert wurde.
Aus dem Beschriebenen ergibt sich, dass der Arbeitskanal 27 und der Speisekanal 22 koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Arbeitsöffnung 28 und die Speiseöffnung 23 in Richtung der Hauptachse 6 miteinander fluchten.
In den zweiten Kammer-Endabschnitt 13 münden zusätzlich zu dem Arbeitskanal 27 mehrere, ebenfalls das Ventilgehäuse 2 durchsetzende Entlüftungskanäle 35. Die zur Ventilkammer 7 ausmündenden Öffnungen der Entlüftungskanäle 35 seien als Entlüftungsöffnungen 36 bezeichnet und befinden sich zweckmäßigerweise an der Umfangsfläche 16 im Bereich der zweiten Abschlusswand 19.
Beim Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier solcher Entlüftungskanäle 35 vorgesehen, die bezüglich der Hauptachse 6 einen radialen Verlauf haben und mit den Entlüftungsöffnungen 36 entgegengesetzten Austrittsöffnungen 37 zur Umfangsfläche 5 des Ventilgehäuses 2 ausmünden. Zweckmäßigerweise sind die Entlüftungsöffnungen 36 entlang des Umfanges der Ventilkammer 7 gleichmäßig verteilt, wobei beim Ausführungsbeispiel Winkelabstände von 90° vorgesehen sind.
Die Anzahl der Entlüftungsöffnungen 36 kann variieren. Insbesondere kann auch nur ein Entlüftungskanal vorgesehen sein.
Die Mehrzahl von Entlüftungskanälen hat jedoch den Vorteil, dass bei geringem Platzbedarf ein relativ großer Gesamt-Strömungsquerschnitt zur Verfügung gestellt werden kann.
Über die Austrittsöffnungen 37 wird eine Verbindung zwischen dem zweiten Kammer-Endabschnitt 13 und der Atmosphäre R hergestellt.
Das Steuerventilglied 8 ist in bevorzugt koaxialer Anordnung von einem Durchgangskanal 38 durchsetzt, der mit einer ersten Kanalmündung 42 zum ersten Kammer-Endabschnitt 12 und über eine entgegengesetzte zweite Kanalmündung 43 zum zweiten Kammer-Endabschnitt 13 ausmündet. Die Mündungen finden sich an den zugeordneten stirnseitigen ersten und zweiten Abschlussflächen 44, 45 des Steuerventilgliedes 8.
Die Anordnung ist so getroffen, dass die erste Kanalmündung 42 mit der Speiseöffnung 23 und die zweite Kanalmündung 43 mit der Arbeitsöffnung 28 in Richtung der Hauptachse 6 fluchtet.
Im Innern des Durchgangskanals 38 befindet sich ein Rückschlagventilglied 46. Es liegt beim Ausführungsbeispiel lose in dem Durchgangskanal 38 ein, wobei es in Richtung der Hauptachse 6 relativ zu dem Steuerventilglied 8 zwischen einer aus 5 hervorgehenden Sperrstellung und einer aus 4 hervorgehenden Freigabestellung bewegbar ist. Es ist insgesamt so angeordnet und ausgebildet, dass es in der Lage ist, eine Fluidströmung durch den Durchgangskanal 38 hindurch in Richtung zur Speiseöffnung 23 zu sperren und in der Gegenrichtung, in Richtung zur Arbeitsöffnung 28, freizugeben.
In diesem Zusammenhang ist der Durchgangskanal 38 beim Ausführungsbeispiel abgestuft, sodass er einen zur Arbeitsöffnung 28 hin weisenden ringförmigen Ventilsitz 47 definiert, dem das beim Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildete Rückschlagventilglied 46 gegenüberliegt. Liegt das Rückschlagventilglied 46 an dem Ventilsitz 47 an, ist der Durchgangskanal 38 abgesperrt.
Auf der dem Ventilsitz 37 entgegengesetzten Seite des Rückschlagventilgliedes 46 ist das Steuerventilglied 8 mit nach innen ragenden, insbesondere von über den Umfang verteilten Vorsprüngen gebildeten Rückhaltemitteln 48 versehen. Die zwischen ihnen gemessene lichte Weite ist geringer als der Querschnitt des Rückschlagventilgliedes 46, sodass dieses in dem zwischen ihnen und dem Ventilsitz 47 definierten Aufnahmeraum 52 gefangen ist. Dabei ist die Länge dieses Aufnahmeraums 52 so gewählt, dass das Rückschlagventilglied 46 in Richtung der Hauptachse 6 beweglich bleibt und von dem Ventilsitz 47 abheben kann. Von den Rückhaltemitteln 48 wird es an einem Herausfallen aus dem Durchgangskanal 38 gehindert, wobei die Zwischenräume 51 zwischen benachbarten Rückhalte mitteln 48 unverschlossen bleiben und dadurch einen ungehinderten Fluiddurchtritt ermöglichen.
Der die Arbeitsöffnung 28 umschließende Abschnitt der zweiten Abschlusswand 19 bildet ebenfalls einen ringförmigen Ventilsitz 53. Zur besseren Unterscheidung von dem im Steuerventilglied 8 ausgebildeten Ventilsitz 47 sei er im Folgenden als gehäusefester Ventilsitz 53 bezeichnet. Er ist dem Steuerventilglied 8 in Richtung der Hauptachse 6 zugewandt.
Dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 in Richtung der Hauptachse 6 gegenüberliegend ist an dem Steuerventilglied 8 ein von der zweiten Abschlussfläche 45 gebildeter ringförmiger Absperrabschnitt 54 vorgesehen. Dieser fluchtet koaxial zu dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 und umgrenzt gleichzeitig die zugeordnete zweite Kanalmündung 43.
Der Absperrabschnitt 54 hat die Gestalt eines ringförmigen Vorsprunges mit geringerem Außendurchmesser als der sich anschließende Längenabschnitt des Steuerventilgliedes 8. Liegt daher das Steuerventilglied 8 mit dem Absperrabschnitt 54 an dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 an, verbleibt zwischen dem Absperrabschnitt 54 und der Umfangsfläche 16 der Ventilkammer 7 ein aus 4 ersichtlicher Ringraum 55, in den die Entlüftungsöffnungen 36 seitlich einmünden.
Nachfolgend wird eine typische Betriebsweise des Schnellentlüftungsventils exemplarisch erläutert.
Zunächst sei ein Ausgangszustand angenommen, bei dem das System drucklos ist, wobei das Steuerventilglied 8 die aus 5 ersichtliche Entlüftungsposition einnimmt, in der es mit seiner ersten Abschlussfläche 44 an der ersten Abschlusswand 18 anliegt und somit der Absperrabschnitt 54 von dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 abgehoben ist. Der Kolben 56 des einfachwirkenden Pneumatikzylinders 34 nimmt durch die Stellkraft einer Rückstellfeder 57 eine eingefahrene Grundstellung ein.
Wird nun das Steuerventil 25 in die Beaufschlagungsstellung umgeschaltet, wird das Steuerventilglied 8 durch die zuströmende Druckluft und die sich dadurch zwischen seinen beiden Abschlussflächen 44, 45 bzw. den beiden Kammer-Endabschnitten 12, 13 ausbildende Druckdifferenz in Richtung zur zweiten Abschlusswand 19 verschoben, bis es mit seinem Absperrabschnitt 54 an dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 zur Anlage gelangt. Diese Position sei als Arbeitsposition bezeichnet und geht aus 4 hervor.
Durch die Arbeitsposition werden die Entlüftungsöffnungen 36 von der Arbeitsöffnung 28 abgetrennt. Eine Verbindung zwischen den Entlüftungsöffnungen 36 und der Speiseöffnung 23 wird durch die zwischen dem Steuerventilglied 8 und der Um fangsfläche 16 der Ventilkammer 7 wirksame Dichtung 14 verhindert.
Bedingt dadurch, dass die der Speiseöffnung 23 zugewandte wirksame Fläche des Steuerventilgliedes 8 größer ist als die vom gehäuseseitigen Ventilsitz 53 umgrenzte, entgegengesetzt orientierte wirksame Fläche des Steuerventilgliedes 8, ergibt sich eine resultierende Druckkraft, mit der das Steuerventilglied 8 unter Abdichtung fest gegen den Ventilsitz 47 angedrückt wird. Der Absperrabschnitt 54 ist in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise mit einer am Ventilsitz 47 anliegenden Kante ausgebildet. Alternativ kann auch der Ventilsitz eine Kante besitzen, während der Absperrabschnitt 54 als ebene Fläche ausgebildet ist. Bei Bedarf können eine oder beide Flächen zusätzlich mit einem Dichtwerkstoff belegt sein.
Durch die über den Speisekanal 22 zuströmende Druckluft wird das Rückschlagventilglied 46 von dem ihm zugeordneten Ventilsitz 47 abgehoben und gegen die Rückhaltemittel 48 verlagert. Dadurch ist die zuströmende Druckluft in der Lage, an dem Rückschlagventilglied 46 vorbeizuströmen und in den sich anschließenden Arbeitskanal 27 überzutreten.
Somit kann die eingespeiste Druckluft über den Speisekanal 22, den freigegebenen Durchgangskanal 38 und den sich anschließenden Arbeitskanal 27 zum Verbraucher 34 strömen und dort beim Ausführungsbeispiel den Kolben 56 entgegen der federnden Rückstellkraft ausfahren.
Um eine schnelle Rückstellung des Kolbens 56 in die Ausgangsstellung zu erreichen, wird das Steuerventil 25 in die Entlüftungsstellung zurückgeschaltet. Auf diese Weise werden der Speisekanal 22 und der mit diesem kommunizierende erste Kammer-Endabschnitt 12 drucklos. Das beidseits des Steuerventilgliedes 8 anstehende Druckverhältnis erzeugt somit eine das Steuerventilglied 8 von dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 abhebende, in die Entlüftungsposition gemäß 5 zurückschiebende Stellkraft. Gleichzeitig wird durch die Druckdifferenz das Rückschlagventilglied 46 verlagert und gegen den Ventilsitz 47 im Innern des Durchgangskanals 38 angedrückt, sodass der Durchgangskanal 38 fluiddicht abgesperrt ist. Um eine gute Abdichtwirkung zu erzielen, können der Ventilsitz 47 und/oder das Rückschlagventilglied 46 mit Dichtmaterial belegt sein, beispielsweise mit Gummi. Das Rückschlagventilglied 46 selbst besteht ansonsten zweckmäßigerweise aus Edelstahl.
In der nun vorliegenden Entlüftungsposition ist die Unterteilung des zweiten Kammer-Endabschnittes 13 durch den mit dem gehäuseseitigen Ventilsitz 53 kooperierenden Absperrabschnitt 54 aufgehoben, und es liegt eine freie Verbindung über diesen zweiten Kammer-Endabschnitt 13 zwischen der Arbeitsöffnung 28 und den Entlüftungsöffnungen 36 vor. Dies er möglicht es der durch den zurückgedrückten Kolben 56 aus dem Verbraucher 34 verdrängten Druckluft, gemäß Pfeilen 59 über den Arbeitskanal 27, den zweiten Kammer-Endabschnitt 13 und die Entlüftungskanäle 35 über einen großen Querschnitt mit hoher Geschwindigkeit zur Umgebung abzuströmen. Somit liegt eine Schnellentlüftung vor, die ein wesentlich schnelleres Entlüften ermöglicht, als wenn die Druckluft über das Steuerventil 25 abgeführt werden müsste.
Um ein gutes Ansprechverhalten beim Umschalten zwischen der Arbeitsposition und der Entlüftungsposition zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn das Steuerventilglied 8 möglichst leicht ist. Es empfiehlt sich daher eine Herstellung aus Kunststoffmaterial.
Anstelle der beim Ausführungsbeispiel gewählten Abdichtung des Steuerventilgliedes 8 gegenüber dem Ventilgehäuse 2 mittels einer an der Umfangsfläche 16 gleitfähig anliegenden Dichtung 14 – bei Bedarf könnten hier auch mehrere, axial aufeinanderfolgende Dichtungen vorgesehen werden – wäre auch eine statische Abdichtung mittels eines elastischen Membrankörpers denkbar, der einerseits am Steuerventilglied 8 und andererseits am Ventilgehäuse 2 befestigt ist.
Um das Ausströmgeräusch während des Entlüftungsvorganges zu reduzieren, können den Entlüftungsöffnungen 36 geeignete Schalldämpfmittel zugeordnet sein. Es ist insbesondere die in 5 strichpunktiert angedeutete Bauform empfehlenswert, bei der die Schalldämpfmittel in Gestalt eines beispielsweise hülsenähnlich ausgebildeten Schalldämpfringes 62 ausgeführt sind, der an dem Ventilgehäuse 2 auf gleicher axialer Höhe wie die Austrittsöffnungen 37 platziert ist, wobei er das Ventilgehäuse 2 koaxial umschließt und somit gleichzeitig sämtliche Austrittsöffnungen 37 überdeckt. Er besteht aus einem luftdurchlässigen, zugleich aber schalldämpfenden Material, insbesondere aus einem Sintermaterial.
Um über die gesamte Länge des Ventilgehäuses 2 hinweg einen gleichbleibenden Außendurchmesser zu gewährleisten, kann der Schalldämpfring 62 bündig versenkt in der Umfangsfläche 5 des Ventilgehäuses 2 angeordnet sein, insbesondere in einer dazu vorgesehenen Umfangsnut 63 des Ventilgehäuses 2. Um die Montage des Schalldämpfringes 62 zu ermöglichen, kann das Ventilgehäuse 2 im Bereich dieser Umfangsnut 63 geteilt sein.
Zweckmäßigerweise setzt sich das Ventilgehäuse 2 aus zwei axial aufeinanderfolgend miteinander verbundenen ersten und zweiten Gehäuseteilen 64, 65 zusammen. Die Ventilkammer 7 wird von einer koaxialen Vertiefung des ersten Gehäuseteils 64 definiert, in die das zweite Gehäuseteil 65 eingesetzt und insbesondere eingeschraubt ist. Die Schraubverbindung ist bei 66 angedeutet. Die erste Abschlusswand 18 befindet sich an der Stirnseite des eingesetzten zweiten Gehäuseteils 65. Ein zwischengefügter Dichtungsring 67 gewährleistet die Abdichtung des Fügebereiches zwischen den beiden Gehäuseteilen 64, 65.
Damit die über den Speisekanal 22 zugeführte Druckluft in der Lage ist, das Steuerventilglied 8 rasch mit der für das Umschalten in die Arbeitsposition erforderlichen Stellkraft zu beaufschlagen, ist die Speiseöffnung 23 mit größerem Querschnitt ausgeführt als die ihr zugeordnete erste Kanalmündung 42 des Durchgangskanals 38. Auch wenn die erste Abschlussfläche 44 daher in der Entlüftungsstellung an der ersten Abschlusswand 18 anliegt, verbleibt somit ein die erste Kanalmündung 42 unmittelbar umschließender ringförmiger Beaufschlagungsbereich 68, der der Speiseöffnung 23 vorgelagert ist, sodass die zuströmende Druckluft unmittelbar auf ihn aufprallt. Ist anschließend das Steuerventilglied 8 minimal von der ersten Abschlusswand 18 abgehoben, kann sich die Druckluft problemlos über die gesamte erste Abschlussfläche 44 ausbreiten und das Steuerventilglied 8 mit hoher Kraft verschieben.
Um die Druckbeaufschlagung zu begünstigen, kann das Steuerventilglied 8 an der ersten Abschlussfläche 44 auch mit mehreren, über den Umfang verteilten, in 5 strichpunktiert angedeuteten Vertiefungen 69 versehen sein, die die Ausbreitung der zugeführten Druckluft im ersten Kammer-Endabschnitt 12 begünstigen.
Es ist schließlich auch von Vorteil, wenn das Steuerventilglied 8 an seinem Außenumfang in Richtung zu der ersten Abschlussfläche 44 konisch verjüngt ausgebildet ist. Dadurch kann insbesondere die Reibung gegenüber dem Ventilgehäuse 2 verringert werden.

Claims

Schnellentlüftungsventil, bei dem in einem Ventilgehäuse (2) eine Ventilkammer (7) angeordnet ist, die ein Steuerventilglied (8) enthält, das aufgrund der im Betrieb an ihm anstehenden Druckdifferenz in Richtung einer Hauptachse (6) hin und her bewegbar ist, wobei das Steuerventilglied (8) eine Arbeitsposition einnehmen kann, in der es mit einem Absperrabschnitt (54) an einer ihm in Richtung der Hauptachse (6) gegenüberliegenden gehäusefesten Fläche anliegt und dabei mindestens eine Entlüftungsöffnung (36) von einer dem Steuerventilglied (8) in Richtung der Hauptachse (6) gegenüberliegenden und von der gehäusefesten Fläche umschlossenen Arbeitsöffnung (28) abtrennt, wobei ferner das Steuerventilglied (8) eine Entlüftungsposition einnehmen kann, in der es unter Freigabe einer Verbindung zwischen der Arbeitsöffnung (28) und der mindestens einen Entlüftungsöffnung (36) von der gehäusefesten Fläche abgehoben ist, und wobei die Arbeitsöffnung (28) und eine Speiseöffnung (23) auf in Richtung der Hauptachse (6) entgegengesetzten Seiten des Steuerventilgliedes (8) in die Ventilkammer (7) einmünden und über einen das Steuerventilglied (8) durchsetzenden Durchgangskanal (38) miteinander verbunden sind, dessen eine Kanalmündung (43) der Arbeitsöffnung (28) gegenüberliegt und von dem Absperrabschnitt (54) ringförmig umschlossen ist und der von einem von dem Steuerventilglied (8) getragenen Rückschlagventilglied (46) beherrscht ist, das den Durchlass in Richtung der Speiseöffnung (23) sperrt und in Richtung der Arbeitsöffnung (28) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die die Arbeitsöffnung (28) umschließende gehäusefeste Fläche einen dem Steuerventilglied (8) in Richtung der Hauptachse (6) zugewandten ringförmigen Ventilsitz (53) bildet, an den der ringförmige Absperrabschnitt (54) bei Einnahme der Arbeitsposition unter Abdichtung angedrückt wird.
Schnellentlüftungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseöffnung (23) und die Arbeitsöffnung (28) an einander gegenüberliegenden stirnseitigen Abschlusswänden (18, 19) der Ventilkammer (7) vorgesehen sind.
Schnellentlüftungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseöffnung (23) und die Arbeitsöffnung (28) in Richtung der Hauptachse (6) miteinander fluchten.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Entlüftungsöffnung (36) seitlich in die Ventilkammer (7) einmündet.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsöffnung (28) zu einem Arbeitskanal (27) und die Speiseöffnung (23) zu einem Speisekanal (22) gehört, wobei die beiden Kanäle (27, 22) das Ventilgehäuse (2) in koaxialer Anordnung durchsetzen.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (8) kolbenartig ausgebildet und in der Ventilkammer (8) unter Abdichtung verschiebbar angeordnet ist.
Schnellentlüftungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (8) von mindestens einer ringförmigen Dichtung (14) koaxial umschlossen ist, die mit der Umfangsfläche (16) der Ventilkammer (7) in Dichtkontakt steht.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (38) das Steuerventilglied (8) koaxial durchsetzt.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventilglied (46) im Innern des Durchgangskanals (38) des Steuerventilgliedes (8) aufgenommen ist.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventilglied (46) ein lose in dem Durchgangskanal (38) einliegender Körper ist.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventilglied (46) kugelförmig ausgebildet ist.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventilglied (46) zwischen einem im Innern des Steuerventilgliedes (8) konzentrisch zu dem Durchgangskanal (38) angeordneten Ventilsitz (47) und zu dem Ventilsitz (47) axial beabstandeten Rückhaltemitteln (48) axial begrenzt bewegbar angeordnet ist.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) außen eine zylindrische Gestalt hat.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere Entlüftungsöffnungen (36) in die Ventilkammer (7) einmünden, die zweckmäßigerweise Bestandteil von bezüglich der Hauptachse (6) quer verlaufenden Entlüftungskanälen (35) sind, die andernends an der äußeren Umfangsfläche (5) des Ventilgehäuses (2) ausmünden.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen koaxial zu der Ventilkammer (7) angeordneten Schalldämpfring (62), der die Austrittsöffnung mindestens eines von der mindestens einen Entlüftungsöffnung (36) ausgehenden Entlüftungskanals (35) überdeckt.
Schnellentlüftungsventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfring (62) das Ventilgehäuse (2) koaxial umschließt und dabei zweckmäßigerweise bündig versenkt in der äußeren Umfangsfläche (5) des Ventilgehäuses (2) angeordnet ist.
Schnellentlüftungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (8) aus Kunststoffmaterial besteht.