DE19841056A1 - Impulsgesteuertes pneumatisches 4/2-Wegeventil - Google Patents

Abstract

Es wird ein impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil (10) vorgeschlagen, dessen Ventilanordnung aus zwei 3/2-Schaltventilen (12, 13) aufgebaut ist. Das erste Schaltventil ist erfindungsgemäß ein bistabiles Schieberventil, während das zweite Schaltventil (13) als monostabiles Flachsitzventil ausgebildet ist. Aufgrund der geringen Reibungskräfte des zweiten Schaltventils (13) lassen sich dadurch besonders kurze Schaltzeiten erreichen. Die beiden Schaltventile (12, 13) sind nebeneinanderliegend in einem gemeinsamen Gehäuse (11) angeordnet. Dieses baut äußerst kompakt und ist zu Ventilblöcken verblockbar.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem impulsgesteuerten, pneumatischen 4/2-Wegeventil entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Derartige Wegeventile, die insbesondere zur Ansteuerung doppeltwirkender Verbraucher eingesetzt werden, werden durch Steuerimpulse von ihrer einen Schaltstellung in ihre andere Schaltstellung umgeschaltet. Zwischen zwei Steuerimpulsen, d. h. ohne wirksames Ansteuersignal auf das Wegeventil, bleibt die vorhandene Schaltstellung bestehen.

Ein impulsgesteuertes, pneumatisches Wegeventil ist beispielsweise aus dem Firmenkatalog Bosch-Pneumatik- Informationen, Grundlagen und Geräte-Funktionsbeschreibung Nr. 1 829 929 077, Seite 33, Auflage 9/77 bereits bekannt. Bei diesem Wegeventil wird die Schaltfunktion mittels eines einzelnen Ventilschiebers, der in einer Gehäusebohrung beweglich geführt ist, realisiert. Der Ventilschieber steuert dabei Druckmittelverbindungen zwischen zueinander benachbarten Druckkammern und baut relativ lang. Das Wegeventil weist deshalb ein relativ großes Bauvolumen auf. Zudem muß die Gehäusebohrung zur druckdichten und reibungsarmen Führung des Ventilschiebers kostenintensiv mit geringen Toleranzen hergestellt werden. Unvermeidbar ist dennoch, daß sich die systembedingte Reibung eines Ventilschiebers negativ auf die angestrebten kurzen Schaltzeiten eines Wegeventils auswirkt.

Des weiteren ist aus der DE 31 07 012 C2 ein hydraulisches Wegeventil bekannt, bei dem zwei 3/2-Schaltventile miteinander zusammenwirken. Beide Schaltventile sind als monostabile Flachsitzventile ausgeführt. Bei diesem Wegeventil handelt es sich im Unterschied zum Gegenstand der Erfindung um ein 4/3-Wegeventil mit einer dritten Neutralstellung, in der beide Verbraucheranschlüsse zum Rücklauf druckentlastet und die Zulaufanschlüsse gesperrt sind. Eine bistabile 4/2-Schaltfunktion ist bei dieser Bauweise eines Wegeventils nicht realisierbar.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist ein erfindungsgemäßes, impulsgesteuertes pneumatisches 4/2-Wegeventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß es zwei bistabile Schaltstellungen bei äußerst kompakter Bauweise und kurzen Schaltzeiten ermöglicht. Erreicht wird dies durch zwei miteinander zusammenwirkende Schaltventile in 3/2-Wege- Bauweise. Das erste Schaltventil ist dabei als bistabiles Schieberventil ausgebildet, während das zweite Schaltventil ein monostabiles Sitzventil ist. Sitzventile ermöglichen bei guten Dichteigenschaften einen besonders reibungsarmen Betrieb, da sie ohne umfangseitige, reibungserzeugende Dichtelemente auskommen.

Ein derartiges Wegeventil ist besonders leicht in einem scheibenförmigen Gehäuse unterzubringen und eignet sich dadurch besonders zum Verblocken mit anderen Wegeventilen. Die erfindungsgemäße Bauform ist zudem kostengünstig realisierbar. Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wegeventil im Längsschnitt,

in Fig. 2 sind, zur Beschreibung der Funktionen des Wege­ ventils, die Schaltsymbole der Einzel­ komponenten dargestellt;

Fig. 3 zeigt ein Schaltsymbol, das die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wegeventils als Baueinheit verdeutlicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Gemäß Fig. 1 weist das erfindungsgemäße Wegeventil 10 ein scheibenförmiges Gehäuse 11 mit zwei übereinander angeordneten Schaltventilen 12, 13 auf. Diese Schaltventile 12, 13 sind mit Ventilschiebern 14, 16 versehen, die in Ausnehmungen 18, 20 beweglich geführt sind. Die dem ersten Ventilschieber 14 zugeordnete erste Ausnehmung 18 ist als Durchgangsbohrung ausgeführt, deren Innendurchmesser mehrmals abgesetzt ist, wobei die beiden außenliegenden Endbereiche 18a der Durchgangsbohrung jeweils den größten Innendurchmesser haben. Der zwischen den beiden Endbereichen 18a liegende Abschnitt der Ausnehmung 18 ist in einen verhältnismäßig langen Schieberbereich 18b und einen kürzeren, im Innendurchmesser kleineren, Führungsbereich 18c unterteilt. In den Schieberbereich 18b sind mehrere Stützringe 22 mit axialem Abstand zueinander eingepreßt. Zur positionsgerechten Montage der Stützringe 22 kann der Schieberbereich 18b im Durchmesser abgesetzt sein, um Anschlagkanten für diese Stützringe 22 auszubilden.

Die Innenflächen der Stützringe 22 wirken als Dichtflächen für Dichtringe 24, die am Umfang des ersten Ventilschiebers 14 angeordnet sind. Dieser Ventilschieber 14 begrenzt somit zusammen mit den Stützringen 22 und der Wandung der Durchgangsbohrung 18 drei nebeneinanderliegende Druckkammern 26a-c, wobei Druckmittelverbindungen zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Druckkammern 26 durch den Ventilschieber 14 je nach dessen Schaltstellung freigegeben oder verschlossen werden.

Hierfür ist der Ventilschieber 14 in zwei Kolbenabschnitte 14a und 14b und eine Einschnürung 14c, die die beiden Kolbenabschnitte 14a, b miteinander verbindet, gegliedert.

In die beiden äußeren Druckkammern 26a, 26c mündet der Rücklauf 28 bzw. der Zulauf 30 des Wegeventils 10 ein, die mittlere Druckkammer 26b ist über einen nach außen geführten Druckmittelkanal 32, von dem in Fig. 1 nur der Mündungsquerschnitt erkennbar ist, mit einem ersten Arbeitsanschluß 34 des Wegeventils 10 verbunden.

Der Rücklauf 28 und der Zulauf 30 verlaufen senkrecht zur Ausnehmung 18 und enden an den beiden Seitenflächen des scheibenförmigen Gehäuses 11. Dieses läßt sich dadurch mit entsprechend ausgebildeten, benachbarten Gehäusen (nicht gezeichnet) zu Ventilblöcken verbinden, die mittels eines gemeinsamen Zu- und Rücklaufs 30, 28 mit Druckmittel ver- bzw. entsorgt werden.

Im Gegensatz dazu sind die beiden Arbeitsanschlüsse 34, 35 des Wegeventils 10 an einer gemeinsamen Stirnseite des Gehäuses 11 vorgesehen. Sie sind beispielsweise als Steckanschlüsse für Kunststoffrohre ausgeführt und an der dem zweiten Schaltventil 13 zugewandten Stirnseite des Gehäuses 11 plaziert.

Der Ventilschieber 14 ist in zwei Schaltstellungen verbringbar, in denen der erste Arbeitsanschluß 34 entweder mit dem Zulauf 30 oder dem Rücklauf 28 gekoppelt wird. Der Schaltvorgang wird im Ausführungsbeispiel exemplarisch von Kolben 36, 37 bewirkt, die in den Endbereichen 18a der Ausnehmung 18 geführt sind und die auf die beiden Stirnflächen des Ventilschiebers 14 einwirken. Die Endbereiche 18a bilden demnach zusammen mit den Kolben 36, 37 zwei in Gegenrichtung wirkende Zylindereinheiten aus, die von extern mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Alternativ dazu kann diese Beaufschlagung des Ventilschiebers 14 selbstverständlich auch auf mechanischem oder elektromechanischem Weg erfolgen. Rückstelleinrichtungen für den Ventilschieber 14 sind nicht vorgesehen, so daß die jeweilige Schaltstellung des Schaltventils 12 auch nach Wegfall der Druckbeaufschlagung eines der Kolben 36, 37 bestehen bleibt. Demnach handelt es sich bei dem beschriebenen Schaltventil 12 um ein, an sich herkömmlich bekanntes, bistabiles 3/2-Wege-Schieberventil.

Das beschriebene Schaltventil 12 ist pneumatisch mit dem zweiten Schaltventil 13 gekoppelt, das als monostabiles Flachsitzventil in 3/2-Wege-Bauweise ausgebildet ist. Letzteres ist in der parallel zur Ausnehmung 18 verlaufenden Ausnehmung 20 untergebracht, die als Sacklochbohrung ausgeführt ist. Zur Umgebung hin ist die Sacklochbohrung mittels eines eingepreßten Stopfens 38 druckdicht verschlossen. In die Ausnehmung 20 sind zwei axial beabstandete Ringkörper 40 eingepreßt, die deren Innenraum, wie im Falle des Schaltventils 12, in drei nebeneinanderliegende Druckkammern 42a-c unterteilen. Wechselwirkungen zwischen diesen Druckkammern 42a-c werden vom Ventilschieber 16 gesteuert. Dessen dem Stopfen 38 zugewandtes, erstes Ende bildet einen Betätigungskolben 43, der umfangseitig von einem Lippendichtelement 44 begrenzt ist.

Das dem Betätigungskolben 43 gegenüberliegende zweite Ende des Ventilschiebers 16 weist einen Stützbund 46 auf, an dem eine Rückstellfeder 48 anliegt. Diese stützt sich am Grund der Ausnehmung 20 ab und stellt das zweite Schaltventil 13 in seinem druckentlasteten Zustand in die Grundstellung zurück.

Als Ventilglied dieses zweiten Schaltventils 13 wirkt ein Sitzkörper 50, der am Ventilschieber 16 festgelegt ist. Der Sitzkörper 50 bildet zusammen mit den Seitenflächen jeweils eines der beiden Ringkörper 40 zwei einander gegenüberliegende Flachsitzventile 51a, b. Derartige Flachsitzventile 51a, b zeichnen sich durch ihren reibungsarmen Betrieb und ihre gute Dichtheit aus.

Pneumatisch ist das zweite Schaltventil 13 durch gehäuseseitige Druckmittelkanäle 52, 54, 56 mit dem ersten Schaltventil 12 verbunden. Der erste Druckmittelkanal 52 verbindet die rücklaufseitige Druckkammer 26a des ersten Schaltventils 12 mit der vom Betätigungskolben 43 seitlich begrenzten Druckkammer 42a des zweiten Schaltventils 13, während der zweite Druckmittelkanal 54 von der zulaufseitigen Druckkammer 26c des ersten Schaltventils 12 zur vom Betätigungskolben 43 abgewandt liegenden Druckkammer 42c des zweiten Schaltventils 13 führt. In dieser Druckkammer 42c befindet sich auch die Rückstellfeder 48.

Die mittlere Druckkammer 42b steht in Verbindung mit dem zweiten Arbeitsanschluß 35 des Wegeventils 10 und die Zylinderkammer des Betätigungskolbens 43 ist über den dritten Druckkanal 56 mit der den ersten Arbeitsanschluß 34 beaufschlagenden mittleren Druckkammer 26b des ersten Schaltventils 12 parallel geschaltet.

Aufgrund dieser hydraulischen Koppelung der beiden Schaltventile 12 und 13 ergibt sich der in der Fig. 2 schematisch dargestellte Schaltplan.

Darin stellt das in Fig. 2 links gezeichnete Schaltsymbol das mit dem ersten Arbeitsanschluß 34 verbundene, als Schieberventil ausgeführte, erste Schaltventil 12 und das rechte Schaltsymbol das den zweiten Arbeitsanschluß 35 steuernde, federbeaufschlagte zweite Schaltventil 13 in Flachsitzbauweise dar. Beide Schaltventile 12 und 13 können zwei Schaltstellungen annehmen und haben jeweils drei Anschlüsse, nämlich den Zulauf 30, den Rücklauf 28 und den Arbeitsanschluß 34 oder 35. Das erste Schaltventil 12 ist zu seiner Betätigung extern, im speziellen von den Kolben 36 und 37, ansteuerbar, während das zweite Schaltventil 13 durch den Betätigungskolben 43 vom Druckniveau am ersten Arbeitsanschluß 34 angesteuert und von der Rückstellfeder 48 in seine Grundstellung zurückgestellt wird.

In der gezeichneten Grundstellung des Wegeventils 10, die auch in Fig. 1 dargestellt ist, befindet sich das erste Schaltventil 12 in einer Stellung, in der der erste Arbeitsanschluß 34 zum Rücklauf 28 hin entlastet und der Zulauf 30 abgesperrt ist. Gleichzeitig gibt das zweite Schaltventil 13 eine Druckmittelverbindung zwischen dem Zulauf 30 und dem zweiten Arbeitsanschluß 35 frei und trennt diesen zweiten Arbeitsanschluß 35 vom Rücklauf 28.

Die Umschaltung des Wegeventils 10 erfolgt durch einen Druckimpuls auf den in ausgelenkter Stellung gezeichneten ersten Kolben 36 des ersten Schaltventils 12. Die von diesem Kolben 36 erzeugte Druckkraft verschiebt den Ventilschieber 14 in Fig. 1 nach rechts, wodurch der erste Arbeitsanschluß 34 mit Zulaufdruck beaufschlagt und vom Rücklauf 28 getrennt wird. Über den Druckmittelkanal 56 gelangt der Zulaufdruck in die Zylinderkammer des Betätigungskolbens 43 des zweiten Schaltventils 13 und lenkt dessen Ventilschieber 16 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 48 aus. Das bislang geschlossene erste Flachsitzventil 51a wird geöffnet und das gegenüberliegende zweite Flachsitzventil 51b geschlossen, wodurch der zweite Arbeitsanschluß 35 zum Rücklauf 28 hin entlastet und vom Zulauf 30 abgesperrt wird. Aufgrund des erhöhten Druckniveaus in der mittleren Druckkammer 26b des ersten Schaltventils 12 wird der Betätigungskolben 43 des zweiten Schaltventils 13 über den Druckmittelkanal 56 auch dann mit Hochdruck versorgt, wenn auf den ersten Kolben 36 des Schaltventils 12 gar kein Ansteuersignal mehr einwirkt. Eine Umschaltung des Wegeventils 10, um den ersten Arbeitsanschluß 34 wieder mit dem Rücklauf 28 und den zweiten Arbeitsanschluß 35 wieder mit dem Zulauf 30 zu verbinden, ist durch einen Druckimpuls auf den zweiten Betätigungskolben 37 des ersten Schaltventils 12 möglich. Das Schaltventil 10 weist demnach zwei bistabile Schaltstellungen auf.

Das Schaltsymbol für das beschriebene Wegeventil 10 als Baueinheit ist in Fig. 3 gezeichnet. Demnach stellt das Wegeventil 10 ein Ventil mit vier Anschlüssen - zwei Arbeitsanschlüssen 34, 35, einem Zulauf 30 und einem Rücklauf 28 - dar, das von den extern angesteuerten Kolben 36 und 37 in zwei Schaltstellungen verbringbar ist. In diesen beiden Schaltstellungen sind die Arbeitsanschlüsse 34, 35 wechselweise mit dem Zulauf 30 oder dem Rücklauf 28 gekoppelt. Eine Umsteuerung des Wegeventils 10 erfolgt von außen, beispielsweise durch Druckimpulse auf die beiden Betätigungskolben 36, 37; Rückstellvorrichtungen sind nicht vorhanden, so daß es sich um zwei bistabile Schaltstellungen handelt, die auch nach Wegfall der Ansteuerimpulse erhalten bleiben.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Dieser besteht darin, ein Wegeventil 10 zu schaffen, das bei möglichst kompakten Außenabmessungen einfach baut, kostengünstig herzustellen ist, verblockbar ist und kurze Schaltzeiten aufweist.

Claims (9)

1. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil (10), insbesondere zur Ansteuerung doppeltwirkender Verbraucher, mit einem Gehäuse (11), das neben Steueranschlüssen wenigstens einen Rücklauf (28), zwei Arbeitsanschlüsse (34, 35) und einen Zulauf (30) aufweist und mit einer Ventilanordnung (12, 13), die durch Ansteuerimpulse in zwei bistabile Schaltstellungen, in denen die Arbeitsanschlüsse (34, 35) wechselweise mit dem Zulauf (30) oder dem Rücklauf (28) verbunden sind, umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei pneumatisch miteinander verschaltete 3/2-Schaltventile (12, 13) umfaßt, wobei das erste 3/2-Schaltventil (12) als bistabiles Schieberventil und das zweite 3/2-Schaltventil (13) als monostabiles Sitzventil ausgebildet ist.

2. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden 3/2- Schaltventile (12, 13) jeweils einem der Arbeitsanschlüsse (34, 35) des Wegeventils (10) zugeordnet sind und daß der dem ersten Schaltventil (12) zugeordnete Arbeitsanschluß (34) parallelgeschaltet mit dem Steueranschluß des zweiten Schaltventils (13) ist.

3. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltventil (13) eine Druckfeder (48) umfaßt, die das zweite Schaltventil (13) nach erfolgter Ansteuerung in seine Grundstellung zurückstellt.

4. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltventil (12) extern ansteuerbar ist.

5. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltventile (12, 13) nebeneinanderliegend in Ausnehmungen (18, 20) des Gehäuses (11) angeordnet sind und daß die beiden Ausnehmungen (18, 20) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

6. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltventil (13) als Flachsitzventil ausgebildet ist.

7. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver- bzw. Entsorgung des Wegeventils (10) mit Druckmittel der wenigstens eine Rücklauf (28) und der Zulauf (30) als Durchgangsausnehmungen ausgeführt sind, die jeweils an gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses (11) entspringen bzw. enden und die in Druckkammern (46a und 46b) des ersten Schaltventils (12) einmünden und daß sich die Arbeitsanschlüsse (34, 35) annähernd rechtwinklig zum Rück- bzw. Zulauf (28, 30) an einer gemeinsamen Stirnseite des Gehäuses (11) befinden.

8. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Gehäuse (11) scheibenförmig ausgebildet ist und mittels benachbarten Ventilgehäusen zu gemeinsam mit Druckmittel ver- bzw. entsorgten Ventilblöcken verbindbar ist.

9. Impulsgesteuertes, pneumatisches 4/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundstellung des Wegeventils (10) die beiden Schaltventile (12, 13) derart gekoppelt sind, daß das erste Schaltventil (12) den ersten Arbeitsanschluß (34) zum Rücklauf (28) entlastet und den Zulauf (30) absperrt, während das zweite Schaltventil (13) den zweiten Arbeitsanschluß (35) mit dem Zulauf (30) verbindet und den Rücklauf (28) sperrt und daß diese Beschaltung des Wegeventils (10) durch Steuerimpulse umkehrbar ist.