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Doppelsitzventil, insbesondere Mehrwegemagnetventil Die .-Erfindung
betrifft ein Doppelsitzventil, insbesondere Mehrwegemagnetventil, mit gegenüber
ortsfesten Gehäusesitzen auf einer Ventilspindel angeordneten und mit den Sitzen
gleichzeitig zusammenwirkenden Verschlußstücken sowie mit in Ausnehmungen in axialer
Richtung mit Spiel eingelegten O-Ringen als Abdichtmitteln, und in einer Weiterbildung
die Entlastung der Verschlußstücke in mindestens einer Umschaltstellung.
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Bei solchen Doppelsitzventilen wird die Entlastung der Verschlußstücke
dadurch bewirkt, daß Zu- und Ablauf gleiche vom Druck belastete Flächen aufweisen.
Hierbei ist wesentlich, daß nicht nur die belasteten Querschnitte, sondern auch
die Abstände der Verschlußstücke gegenüber ihren Sitzflächen auf der Ventilspindel
genau eingestellt werden, damit sie in beiden Umschaltstellungen dicht abschließen.
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Es sind Doppelventile in Form von Schieberventilen bekannt, bei denen
je ein Verschlußstück einerseits und ein Dichtring andererseits vorgesehen sind.
Schließlich sind auch Doppelsitzventile bekannt, deren normale Sitzverschlußstücke
untereinander für eine selbsttätige Änderung ihrer axialen Abstände elastisch verbunden
sind, ohne eine Änderung der belasteten Querschnitte während des Betriebes berücksichtigen
zu können.
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Bei solchen Doppelsitzventilen ändern sich während des Betriebes nicht
nur die Abstände, sondern auch die Größe, der Entlastungsflächen infolge des natürlichen
Verschleißes, so daß ihre Wirkungsweise in Frage gestellt ist. Dies besonders dann,
wenn solche Magnetschaltventile als Umschaltkraft für den Magneten nur die Gegenkraft
einer Schließfeder für die Verschlußstücke zu überwinden haben, so daß eine einwandfreie
Entlastung der Servokräfte in allen Betriebsstellungen zwingend erforderlich ist.
Bereits geringfügige Flächenänderungen an den Verschlußstücken durch Verschleiß
od. dgl. würden zu Fehlschaltungen infolge Störung dieser Entlastung führen.
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Die Erfindung hat ein Doppelsitzventil zur Aufgabe, bei dem eine genaue
axiale Einstellung der Verschlußstücke auf der Ventilspindel gegenüber den ortsfesten
Sitzen und die Durchführung der Entlastung in den verschiedenen Umschaltstellungen
auch über längere Betriebszeiten hinaus dadurch erreicht ist, daß die in den Ausnehmungen
auf der Ventilspindel eingelegten O-Ringe in radialer Richtung mit einem den mittleren
Durchmesser aufweisenden O-Ringteil aus den Ausnehmungen herausragen, der mit der
Sitzkante des Gehäuses zusammenwirkend Verschlußstück und Dichtung bildet, und daß
der Bewegungsweg der Ventilspindel in an sich üblicher Weise in mindestens einer
der Endstellungen durch ortsfeste, vorzugsweise einstellbare Anschläge für einen
einstellbaren Auflagedruck der O-Ringe begrenzt ist.
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Durch diese Ausbildung der Verschlußstücke in Form von O-Ringen, deren
mittlerer Durchmesser jetzt frei gegenüber den abzudichtenden Kanten zur Verfügung
steht und für diese als Auflage dient, ist es nicht mehr nötig; die Abstände der
Verschlußstücke von Hand mit der bisher erforderlichen Sorgfalt bis zur absoluten
Dichtheit vorher untereinander einzustellen. Auch eine Änderung der Entlastungsflächen
während des Betriebes geht zurück, da sich diese auch bei eintretenden Verschleißerscheinungen
praktisch nicht mehr verändern. Die Entlastungsflächen werden durch die Auflagekanten
und den mittleren Auflagedurchmesser der O-Ringe gebildet, wobei diese Auflagekanten
in Form von Bohrungen in einer Fläche entstehen, so daß diese Auflagekanten bei
einem Mehrwegeventil untereinander völlig gleich ausfallen müssen, da solche Bohrungen
in einem gemeinsamen Arbeitsgang hergestellt werden können.
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Da somit die Auflagekanten für die O-Ringe aus in einer Fläche vorgesehenen
Bohrungen gebildet werden können, ist es möglich, diese auch in Form von Rohrabschnitten
auszubilden, wobei diese Rohrabschnitte in bekannter Weise mit besonderen Abstandshaltern
gegeneinander in einer Gehäusebohrung festgelegt werden, und zwar gemeinsam mit
den Verschlußstücken auf der Ventilspindel. Durch die Ausbildung der Verschlußstücke
nach der Erfindung ist es möglich, Einbaufehler und größere Toleranzen innerhalb
der Ausnehmungen auf der Ventilspindel zuzulassen, ohne befürchten zu müssen, daß
die Abdichtung der Verschlußstücke .in den einzelnen Betriebsstellungen versagt
und daß sich die Entlastungsflächen dabei verändern. Die Teile lassen sich leicht
untereinander austauschen und auswechseln, ohne daß
besondere Meßvorrichtungen
od. dgl. eingeschaltet werden.
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Wie im einzelnen die Erfindung ausführbar ist, zeigen mit den für
sie wesentlichen Teilen die Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen, und zwar F
i g. 1. in Ansicht einen Längsschnitt durch ein Doppelsitz-Mehrwegemagnetventil
mit über den Magnetanker geführtem fünftem Abgang und F i g. 2 einen Längsschnitt
durch ein Fünfwegesitzventil mit mittlerem Zulauf und darüberliegenden Abgängen.
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Im Ventilgehäuse 1 befindet sich bei 2 der Zulauf und bei 3 der Rücklauf.
Mit 4 und 5 sind die beiden Abgänge zu den zu steuernden Teilen, beispielsweise
einer Werkzeugmaschine, vorgesehen, denen das Servomittel in den Pfeilrichtungen
zu- und abfließen soll.
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Die Ventilspindel 6 ist in axialer Richtung im Gehäuse bewegbar gelagert,
und zwar unter der Wirkung des Schaltmagneten 8, wobei im Sinne einer Druckentlastung
der Magnetanker 7 in einer der Betriebsstellungen dem Servomitteldruck ausgesetzt
ist. Das freie Ende des Magnetankers kann ebenfalls als Ventilverschlußstück 9 gegenüber
dem Abgang 10
ausgebildet sein. In dem Ventilgehäuse 1 befinden sich die Sitzkanten
11 und 11', und zwar in Form von Doppelsitzkanten, gegen die sich die Verschlußstücke
in den beiden Endstellungen dicht anlegen sollen.
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Die Verschlußstücke sind als O-Ringe 13 in Ausnehmungen 12 mit etwas
axialem Spiel vorgesehen. Diese O-Ringe werden aber nur so tief in diesen Ausnehmungen
12 eingelassen, daß sie mit ihrem wesentlichen Teil, d. h. mit ihrem äußeren, etwa
den mittleren Durchmesser enthaltenden Teil frei herausragen und sich mit diesem
Teil gegenüber den Kanten 11 ohne wesentliche Hebelwirkung abstützen. Die
als Verschlußstücke und Abdichtmittel wirkenden O-Ringe 1.3 auf der Ventilspindel
werden in ihrem Abstand gegenüber den Dichtkanten 11 einstellbar festgehalten
durch einstellbare Endanschläge für die Ventilspindel 6, damit der Auflagedruck
dieser O-Ringe gegenüber den Dichtkanten ein zulässiges Maß und damit eine entsprechende
Verformung nicht überschreitet. Die O-Ringe sollen lediglich gegenüber den Dichtkanten
mit Hilfe des Servodruckes selbsttätig endgültig angelegt werden, wobei die mechanische
Anlegung nur in Form einer Berührung der Dichtkante erwünscht ist. Dafür dienen
nicht dargestellte ortsfeste Einstellanschläge. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür
das untere freie Ende 14 der Ventilspindel im Gehäuse 1 bereits so eingestellt,
daß die O-Ringe 13 die richtige Stellung gegenüber ihren Dichtkanten einnehmen,
ohne dabei unzulässig verformt zu werden. In der umgekehrten Schaltrichtung übernimmt
das freie Ende des Magnetankers die Wirkung dieses Endanschlages, und dieses ist
entsprechend einstellbar.
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Die Dichtkanten 11 sind dabei in Form von Bohrungen entstanden, welche
in dem Gehäuse 1 vorgesehen sind, es können auch einzelne rohrförmige Abschnitte
eingesetzt sein, welche an ihren Stirnseiten Flächen aufweisen, die mit der mittleren
Bohrung dieser Rohrabschnitte dann am Übergang dieser Bohrung die Dichtkanten 11
bilden. Diese einzelnen nicht dargestellten Rohrabschnitte werden dann durch einzelne
im Durchmesser größere Abstandshalter untereinander in bekannter Weise auf ihre
vorgeschriebenen Abstände festgelegt. Wird beispielsweise über den Zulauf 2 Servomittel
in der dargestellten Schaltstellung zugeführt, dann legt sich unter dem Einffuß
des Servodruckes der obere O-Ring gegen die obere Fläche der Ausnehmung
12 auf der Ventilspindel dichtend an und gleichzeitig auch dichtend gegenüber
der Kante 11 mit seinem mittleren frei vorstehenden Durchmesser. Es spielt dabei
keine wesentliche Rolle, ob sich dieser O-Ring in seiner Form etwas verändert, d.
h. ob er sich in seinem Querschnitt z. B. nach außen noch etwas stärker herauswölbt.
Die Größe der Entlastungsflächen selbst ändert sich dadurch nicht, da diese ausschließlich
durch den freien Durchgang, d. h. durch den Durchmesser an der Abdichtkante und
damit den Auflagedurchmesser des O-Ringes bestimmt wird. Gleichzeitig legt der Servodruck
den unteren O-Ring 13 in gleicher Weise gegen die Dichtkante 11 an, während in den
Abgang 5 das Servomittel abströmt.
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Wird das Ventil durch den Magneten 8 umgeschaltet, dann tritt die
gleiche Wirkung an den anderen Verschlußstücken ein. Soll jedoch die Ventilspindel
und damit die Umschaltkraft noch zusätzlich in Form eines in dem Abgang 3 vorgesehenen
Entlastungskolbens 15 entlastet sein, dann kann dieser Entlastungskolben auf seinem
Außenumfang ebenfalls in einer Ausnehmung vorgesehene O-Ringe mit axialem und radialem
Spiel aufnehmen, die Entlastungsfläche des Kolbens wird jetzt durch den Außenumfang
des O-Ringes und der Kolbenfläche selbst gebildet, die sich aber nicht gegenüber
der Entlastungsfläche am Verschlußstück ändert, welche sich durch den Auflagedurchmesser
des oberen O-Ringes 13 gegenüber seiner Abdichtkante 11 bildet, weil diese Abdichtkante
ja gleichzeitig die Bohrung 16 für den Kolben 15 darstellt.
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Zwischen Abdichtkanten 11 und 11' befindet sich noch
eine zusätzliche Hülse 17 mit Öffnungen für den Servodurchgang, deren innerer
Durchmesser so groß festgelegt ist, daß der als Verschlußstück dienende O-Ring von
dieser Hülse gegen Herausspülen usw. gesichert ist.
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In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist ein Fünfwegeventil gezeigt,
bei dem der eine Abgang nicht über den Schaltmagneten 8 erfolgt. Auch hier
wird das Servomittel bei 2 dem Gehäuse 1 zugeführt und über die Anschlüsse
4 und 5 an die zu steuernde Einrichtung weitergeleitet, während bei 3 und
3' die Rückführung des Servomittels erfolgt. Bei einem solchen Ventil sind drei
Verschlußstücke auf der Ventilspindel 6 erforderlich, während das mittlere Verschlußstück
13 als Doppelsitzteil gegenüber den Dichtkanten 11' und 11 sich anlehnen
soll. Die beiden äußeren Verschlußstücke 1g' können dabei in der Ventilspindel 6
mehr oder weniger fest eingebaut sein, während dann das mittlere Verschlußstück
13 in der Ausnehmung 12 außer seinem normalen axialen und/oder radialen Spiel
noch eine zusätzliche weitere axiale Bewegungsfreiheit durch axiale Vergrößerung
dieser Ausnehmung erhalten muß.
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Dies hat den Zweck, daß Abstandsänderungen innerhalb der Auflagekanten
11, 11' einerseits und Toleranzen innerhalb der einzelnen Ausnehmungen für
die Verschlußstücke 13' und 13 weitgehend dadurch ausgleichbar sind. Ist beispielsweise
das obere Verschlußstück 13' in seiner abgeschlossenen Stellung durch die Ventilspindel
6 festgelegt, dann kann sich das Verschlußstück 13 jetzt selbsttätig trotz der
vorhandenen
Toleranzen innerhalb der Bauteile in der Ausnehmung 12 gegenüber seiner Abdichtkante
in die richtige Stellung ausrichten und dort festlegen.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Ventilspindel
durch Anschläge sowohl in der unteren als auch in der oberen Endstellung in einstellbarer
Weise festgelegt, damit .die als Verschlußstücke wirkenden O-Ringe keine unzulässige
Belastung erfahren. Bei einwandfreier Entlastung der Verschlußstücke ist es dann
nur noch notwendig, die Umschaltkraft des Schaltmagneten 8 auf die zu überwindenden
Reibungskräfte auszulegen, wobei man diese einer Rückstellfeder für die Schließbewegung
überläßt, so daß der Schaltmagnet nur die Größe dieser Rückstellfeder zu überwinden
hat.
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Der frei aus der Ausnehmung 12 vorstehende Teil des O-Ringes sollte
nicht weiter als bis zu seinem mittleren Durchmesser herausgeführt sein, um keinen
schädlichen Hebelarm gegenüber seiner z. B. oberen Anlagefläche in der betreffenden
Ausnehmung 12 zu bilden. Diese Hebelwirkung kann bei den einseitig wirkenden Verschlußstücken
13' nach F i g. 2 z. B. durch die Winkelringe aufgehoben werden. Es ist jedoch auch
denkbar, die entsprechende Anlagefläche in der Ausnehmung etwas in radialer Richtung
zur Ventilachse nach außen zu verbreitern.