DE2033614A1

DE2033614A1 - Betatigungsghed fur Steuerventile

Info

Publication number: DE2033614A1
Application number: DE19702033614
Authority: DE
Inventors: Wilfred Mahwah Greenwood Martin West New York NJ Asian (V St A )
Original assignee: Alkon Products Corp , Wayne, N J (VStA)
Priority date: 1969-07-08
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1971-01-14
Also published as: GB1295895A; US3565101A; JPS4946806B1

Description

OR.-IN«. DIPL.-ΙΝβ. M.»Ο. OlPL.-PMY3.On. MPL-PHY·. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

, 2033BH

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Alkon Products Corporation 25 Power Avenue
WAYNE, New Jersey, USA

Betätigungsglied für Steuerventile

Die Erfindung betrifft ein Betätigungsglied für Steuerventile.

Bekannte Steuerventile besitzen einen Ventilkörper, der mehrere mit einer Innenbohrung verbundene Ventilöffnungen aufweist. In dieser Bohrung ist ein zwischen mehreren Arbeitssteilungen verschiebbarer Steuerzylinder gelagert. Der Steuerzylinder und der Ventilkörper besitzen zusammenwirkende Steuer- bzw. Ventilflächen, durch welche in den verschiedenen Arbeitsstellungen des Steuer-Zylinders bestimmte Ventilöffnungen gegenüber anderen Ventilöffnungen gesperrt sind. Der Ventilköeper ist auf einem Ventilhauptteil befestigt, der Ein- und Auslaßöffnungen aufweist, die mit den entsprechenden öffnungen des Ventilkörpers verbunden sind. Die Einlasse des Ventilhauptteiles sind mit einer Druckme-

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diumquelle verbunden, während die Auslässe mit einer Vorrichtung in Verbindung stehen» zu welcher das Druckmedium geleitet wird.

Zur Steuerung des Ventils können Betätigungselemente an dem einen oder an beiden Enden des Ventilkörpers unter gleichzeitiger Ausrichtung mit dem Steuerzylinder angeordnet sein, durch die der Steuerzylinder zwischen den verschiedenen Ventilstellungen verschoben wird. So kann.beispielsweise ein durch ein Solenoid betätigter Kolben an dem einen Ende des Ventilkörpers zwecks Verschiebung des Steuerzylinders in die eine Richtung und am anderen Ende des Steuerzylinders eine Feder oder ein anderer solenoidbetätigter Kolben zur Verschiebung des Steuerzylinders in die entgegengesetzte Richtung angeordnet sein.

Alternativ kann zur Verschiebung des Steuerzylinders im Ventilkörper ein Druckmediums z.B. Druckgas verwendet werden, welches die beiden einander gegenüberliegenden Enden des Steuerzylinders beaufschlagt. Bei den bekannten Ventilkonstruktionen wird das Ventil mittels einer Druckquelle über entsprechende Leitungen mit dem Druckmedium versorgt.

Bei den eingangs erwähnten Konstruktionen muß die Druckkraft ausreichend hoch sein, z.B. 1-2 kp/cm , um den Steuerzylinder verschieben zu können. Weiterhin ist in diesen Ventilen ein Steuerdruck von gleicher Größe vorgesehen. Wenn der Steuerdruck (signal pressure) durch mechanische Mittel, z.B. einen solenoidbetätigten Kolben, erhalten wird, ist die Arbeitscharakteristik des Ventiles völlig gleichförmig, da der mechanische Betätiger im Hinblick auf ein bestimmtes Steuersignal genauestens kalibriert und gesteuert ist. Wenn jedoch zur Steuerung ein Druckmedium zugeführt wird (z.B. als Eingangsdruck für das Ventil), kann da-

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durch die Arbeitsgenauigkeit des Ventiles beeinflußt werden. So kann beispielsweise der Eingangsdruck für das Ventil unter normalen Arbeitsbedingungen variieren. Durch einen variierenden Steuerdruck kann di -· Zeitspanne, in welcher der erforderliche Betätigungsdruck, an dem einen Ende des Steuerzylinders erzeugt wird, gleichfalls variieren. Auf diese Weise verändert sich auch die Ansprechzeit des Ventiles bei normalen Arbeitsbedingungen. Dies ist natürlich von Nachteil, wenn die vom Ventil gesteuerte Vorrichtung in eine hydraulische Anlage eingebaut ist, bei welcher die Operationsfolge und die Arbeitszeitdauer der verschiedenen Pneumatik- oder Hydraulikelemente der Anlage gefährdet ist.

Darüberhinaus sind die bekannten Ventilkonstruktionen, bei denen

2 der Steuer- und Betätigungsdruck etwa 1-2 kp/cm oder weniger beträgt, nicht besonders gut für Anlagen mit einem niedrigen Steuerdruck geeignet. In einer derartigen Anlage können beispielsweise "Fluidics" vorgesehen sein, durch die dann das Ventil mit einem geringen Steuerdruck betätigt wird. Bei einer mit Fluidics ausgestatteten Anlage entspricht dann beispielsweise der Steuerdruck einer Wassersäule von etwa 5 - 10 cm. In einer solchen Fluidic-Anlage ist es also erforderlich, daß jedes Ventil die gleiche Ansprechzeit besitzt und zwar unabhängig *yon den variierenden Eingangsdrücken.

In dem nachstehend noch zu beschreibenden Ventilaufbau ist erfindungsgemäß ein Ventübetätiger oder -steuerglied vorgesehen. Dieses Ventilsteuerglied wird durch ein Druckmedium betätigt, das von dem dem Ventil zugeführten Medium abgezweigt wird. Der Steuerdruck zur Betätigung des Ventils kann dabei im Vergleich zu dem Druck, welcher zur Bewegung des Ventilsteuerglieds erforderlich ist, verhältnismäßig niedrig sein. Weiterhin ist gemäß der Er-

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findung die Ansprechzeit, in welcher das Steuerglied nach der Beaufschlagung durch den Steuerdruck tatsächlich verschoben wird, konstant, und zwar ohne Rücksicht auf mögliche Abweichungen des Eingangsdruckes. Somit ist also' auch die Ansprechzeit bei verschiedenen Drücken im Ventil konstant.

Der erfindungsgemäße Ventilbetätiger besitzt einen Basiskörper, der mit dem Ventilkörper verbunden ist. Dieser Basiskörper weist einen Kanal auf, dessen eines Ende mit der Druckeingangsseite des Ventils in Verbindung steht. Das andere Ende des Kanals steht in Verbindung mit einem oder beiden Enden des Steuergliedes, so daß durch den eine bestimmte Größe aufweisenden Druck eine Verschiebung des Steuergliedes erfolgt.

Innerhalb des Kanals ist eine den Mediumstrom regulierende Drossel vorgesehen. Zwischen der Drossel und dem Kanalende, welches mit dem Einlaß des Ventils verbunden ist, ist ein Regler zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes oberhalb der Drossel angeordnet. Durch diesen Regler wird ein gleichförmiger Druck vorbestimmter Größe aufrechterhalten und zwar ohne Rücksicht auf 'Druckabweichungen oder über diesem Wert liegende Eingangsdrücke. Auf diese Weise bleibt die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in Richtung zur Auslaßseite des Kanals konstant. Normalerweise steht die Auslaßseite des Kanals im Bereich ihrer Verbindungsstelle mit dem Steuerzylinder gleichfalls mit der Atmosphäre in Verbindung, so daß an dieser Stelle keine Druckerhöhung auf eine Größe erfolgt, durch welche sonst eine Bewegung des Steuerglieds verursacht würde. Diese Verbindung mit der Atmosphäre wird durch eine kleine Luftöffnung hergestellt.

Wenn das Steuerglied des Ventils verschoben werden SbIl₁, wird die kleine Luftöffnung an der Auslaßseite des Kanals des Be-

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tätigungsgliedes verschlossen. Sobald dieses eintritt erfolgt eine gleichmäßige Druckerhöhung an dem einen Ende des Steuerzylinders und zwar aufgrund der gleichförmigen Strömung des Mediums durch die Drosseleinrichtung im Kanal. Sobald der Druck eine bestimmte Größe erreicht hat, wird der Steuerzylinder in die eine Richtung verschoben.

Erfindungsgemäß wird der die kleine Luftöffnung verschließende Mechanismus durch einen sehr niedrigen Steuerdruck betätigt, so daß der zur Verschiebung des Steuergliedes erforderliche Druck aufgebaut werden kann. Dieses Schließen erfolgt über eine vom Steuerdruck beaufschlagte Betätigungsfläche, die im Verhältnis zur kleinen Luftöffnung sehr groß ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Pig. 1 eine auseinandergezogene Anordnung des Ventilaufbaus einschließlich des Ventilbetätigers gemäß der Erfindung;

Pig. 2 eine Querschnittsansioht des Ventilaufbaus einschließlich des Betätigersj

Pig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3 - 3 in Fig. 2;

Pig. K eine Schnittansicht entlang der Linie k - M in Fig. 2;

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Fig. 5 eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht

des erfindungsgeraäßen Ventilbetätigers in einer . anderen Ausführungsform;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Ventilbetätigers in auseinandergezogener Anordnung;

Fig. 7 eine teilweise dargestellte Schnittansicht der Ausführungsform nach Fig. 6 und

Fig. 8 eine Schnittansicht eines als separates Bauteil ausgebildeten Ventilbetätigers.

In den Fig. 1-5 ist ein Ventilbetätiger dargestellt, der in ein Vier-Wege-Ventil eingebaut ist, während die Fig. 6 und 7 eine andere Ausführungsform eines Ventilbetätigers zeigen, welcher zum Einbau in ein Vier- oder Fünf-Wege-Ventil geeignet ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, besitzt das Vier-Wege-Ventil einen Ventilkörper 1 mit mehreren Ventilöffnungen 2-6, die sich von seiner Unter- bis zu seiner Oberseite erstrecken. Die Ventilöffnungen 2-6 stehen mit einer Längsbohrung 7 des Ventilkörpers 1 in Verbindung. In dieser Bohrung ist ein zur Ventilsteuerung dienender Steuerzylinder 8 gleitend angeordnet, der sich zwischen verschiedenen Steuer- oder Ventilstellungen bewegt, durch welche die Ventilöffnungen in vorbestimmten Kombina·* tionen miteinander in Verbindung gelangen. Der Steuerzylinder 8 beiitzt mehrere Ventilflächen 9» welche mit gegenüberliegenden Ventilflächen 10 der Längsbohrung 7 zusammenwirken*

Der Ventilkörper 1 ist auf eine» Basisteil 11 befestigt, der öffnungen 2' - 6· aufweist, die sich durch den Basisteil 11 er*

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strecken und mit den Ventilöffnungen 2-6 des Ventilkörpers 1 in Verbindung stehen. An der Bodenfläche des Basisteiles 11 sind mehrere Anschlußstutzen 12 angeordnet, welche die Ventilöffnungen mit Leitungen ode.' Lchläuchen verbinden. Die verschiedenen öffnungen in den einander gegenüberliegenden Flächen von Ventilkörper 1 und Basisteil 11 sind voneinander durch eine Dichtung 13 getrennt, die in einer an der Oberfläche des Basisteiles 11 vorgesehenen Nut lh angeordnet ist. Die Dichtung 13 kann aus Gummi oder einem ähnlichen Material bestehen.

An beiden Enden des Basisteils 11 ist ein Abschlußdeckel 15 befestigt, in dem eine Arretierung oder Verriegelung angeordnet ist.

Bei dem anhand der Zeichnung beschriebenen Vier-Wege-Ventil wird der Eingangsdruck der Ventilöffnung 4 zugeführt, während die Ventilöffnungen 3 und 5 mit dem Mechanismus verbunden sind, der vom Ventilaufbau gesteuert wird. So können z.B. die Ventilöffnungen und 5 mit den beiden Enden eines pneumatischen Zylinders verbunden werden. Die Ventilöffnungen 2 und 6 des in Fig. 2 dargestellten Ventilauf b aus dienen dann als Entlüftung für das eine Ende des Zylinders, während dessen anderes Ende durch den Druck beaufschlagt wird. ·

Zur Betätigung des Steuerzylinders 8, d.h. um diesen zwischen den beiden Abschlußdeckeln 15 zu verschieben, wird Druck über die Ventilöffnung ^li an die gegenüberliegenden Enden des Steuerzylinders herangeführt. Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Ventilkörper 1 an seinen beiden Enden mit Kammern 18 ausgestattet, welche zur Aufnahme der Enden des SteuerZylinders 8 dienen. Diese Kammern stehen ständig mit den als Betätigungsflächen wirkenden Enden des Steuerzylinders 8 in Verbindung und sind weiterhin mit

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der Einlaßöffnung 4 des Ventils mittels eines Flüssigkeitskanales verbunden. Zur Bildung dieses Kanales besitzt der erfindungsgemäße Ventilbetätiger einen Basi&körper 19, welcher oberhalb des Ventilkörpers 1 angeordnet ist· Der Basiskörper 19 weist eine Oberplatte 20 und zwei Seitenplatten 21 auf, die den Ventilkörper 1 - ausschließlich dessen Enden - ständig einschliessen. Die Abschlußdeckel 15 sind mittels Schrauben 22 am Basiskörper 19 befestigt. Zwischen dem Ventilkörper 1 und den Abschlußdeckeln 15 ist jeweils ein Dichtungsring 22 vorgesehen, durch welche die Kammern 18 abgedichtet werden.

Die Oberseite des Basiskörpers 19 besitzt einen zentrisch angeordneten, ausgesparten Bereich 24 sowie zwei seitlich angeordnete, ebenfalls ausgesparte oder vertiefte Bereiche 25. Der zentrale Bereich 2k ist mittels eines Kanales 26 mit der Ventilöffnung k des Ventilkörpers 1 verbunden. Die seitlichen, vertieften Bereiche 25 sind ihrerseits mit den Kammern 18 verbunden und zwar über einen im Basiskörper 19 angeordneten Kanal 27, der mit einem entsprechenden Kanal 27' im Ventilkörper 1 ausgerichtet ist» Der zentrale Bereich 2k ist mit den beiden seitlichen Bereichen 25 Über einen Verbindungskanal 28 verbunden. Zusammen bilden die Kanalabschnitte 26, 28, 27 und 27' zwei sich teilweise überschneidende Kanäle, durch welche die Ventilöffnung k mit den beiden an den Enden des Ventilkörpers 1 vorgesehenen Kammern 18 verbunden wird. An der Unterseite der Oberplatte 20 ist eine Dichtung 29 vorgesehen, welche die Ventilöffnungen gegeneinander abdichtet.

Die Betätigung des Ventils einschließlich der Verschiebung des Steuerzylinders 8 innerhalb des Ventilkörpers 1 erfolgt durch eine Druckerhöhung in einer der Kammern 18 auf eine Größe, welche der erforderlichen Verschiebekraft für den Steueriylinder 8

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entspricht. Normalerweise sind diese Kammern durch kleine Luftoder Entspannungsöffnungen 30 mit der Atmosphäre verbunden, so daß dadurch die Bereiche 25 des Basiskörpers 19 gleichfalls mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Durch das Schließen einer dieser kleinen Entlüftungsöffnungen 30 erfolgt ein Druckaufbau in der entsprechenden Kammer 18, so daß dadurch der Steuerzylinder 8 verschoben wird.

Wie anhand der Fig. 1-3 ersichtlich, sind die Luftöffnungen in einer separaten Platte 31 vorgesehen, welche mit dem oberen Ende des Basiskörpers 19 verbunden ist. Die Oberseite dieser Platte besitzt zwei ausgesparte Bereiche 25', die mit den entsprechend ausgesparten Bereichen an der Oberseite des Basiskörpers 19 ausgerichtet sind. Darüberhinaus ist an der Unterseite der Platte 31 ein zentraler, vertiefter Bereich 24' vorgesehen, der mit dem Bereich 24 des Basiskörpers 19 fluchtet. Zur Abdichtung der ausgesparten Bereiche 25 und 25' zwischen dem Basiskörper 19 und der Platte 31 ist eine Gummidichtung 32 angeordnet, die öffnungen 33 aufweist, welche mit den Bereichen 25» 25' ausgerichtet sind.

Die verengte Luftöffnung 30 erstreckt sich von den ausgesparten Bereichen 25 und 25' bis in das Innere von Kammern 34, die in der Oberfläche der Platte 31 ausgebildet sind. Diese zweiten Kammern 34 sind durch ein Dichtungsglied 35 abgedeckt. Das Dichtungsglied 35, welches vollständig die Oberseite der Platte 31 bedeckt, besitzt zwei Membrane 36, an denen Abdichtplatten 37 angeordnet sind. Diese Abdichtplatten überlappen die verengten Luftöffnungen 30 und sind so ausgebildet, daß sie in eine, wie in Fig. 2 links dargestellt ist, Abdichtposition überführt werden können. Die Membrane 36 bilden zusammen mit den Abdichtplat-.

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ten 37 wahlweise zu betätigende Verschlußmittel für die beiden Luftöffnungen 30.

Das Dichtungsgli d 35 ist mittels einer Abschlußplatte 38 oberhalb der Platte 3I ortsfest gehalten. An der Unterseite dieser Abschlußplatte sind ausgesparte oder vertiefte Bereiche 3^' vorgesehen, welche gegenüber den Kammern 3¹J der Platte 31 angeordnet sind. Den ausgesparten Bereichen 3¹I¹ wird ein Druckmedium, z.B. Druckflüssigkeit zugeführt, so daß ein Druck'auf die obere,d5n ausgesparten Bereichen 3¹I¹ zugekehrte Seite der Membran 36 ausgeübt wird. Diese Membranseiten sind von den benachbarten Luftöffnungen 30 isoliert und bilden eine Betätigungsfläche für das Dichtungsglied der LuftÖffnungen 30. Normalerweise sind die unter den Abdichtplatten 37 vorgesehenen Kammern 3¹I mit der Atmosphäre durch Entlüftungskanäle 39 verbunden, wie dies in Fig. dargestellt ist. Aufgrund dieser Entlüftung herrscht in den Kammern 18 gewöhnlich ein der Außenatmosphäre entsprechender oder geringfügig darüberliegender Druck. Das den erfxndungsgemäßen Betätiger aufweisende Ventil wird durch Schrauben zusammengehalten, die sich von der Abschlußplatte 38 ausgehend, durch entsprechende Bohrungen bis in Gewindeöffnungen im Basisteil des Ventils erstrecken.

Um eine der Kammern l8 absperren und somit einen Druck aufbauen zu können, der ausreichend ist, um den Steuerzylinder 8 zu bewegen, wird die zugehörige Membrane 36 der Abdichtung 37 nach unten in ihre Abdichtstellung in bezug auf die Luftöffnung 30 bewegt, wie dies in Pig. 2 rechts dargestellt ist. Um die hierfür erforderliche Druckkraft den oberen, ausgesparten Bereichen 34' zuführen zu können, sind diese über getrennte Leitungen 40 mit einer Steuerdruckquelle verbunden»

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Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, besitzt jede Leitung 40 einen an der Unterseite der Abschlußplatte 38 angeordneten, vertieften Bereich 41, der mit dem ausgesparten Bereich 34' und einer im Dichtungsglied 35 sich erstreckenden Öffnung 42 verbunden ist. Die öffnung *I2 ist mit einem Leitungsabschnitt 43 ausgerichtet, der sich durch die Platte 31 erstreckt. Der Leitungsabschnitt steht weiterhin mit einem Leitungsabsehnitt 44 des Basiskörpers über eine entsprechende, in der Gummidichtung 32 vorgesehene öffnung 42* in Verbindung. Der Ventilkörper 1 besitzt ebenfalls einen Leitungsabsehnitt 45, der an seiner Oberseite mit dem Leitungsabsehnitt 44 und an seiner Unterseite mit einem Leitungsabsehnitt 46 des Basisteiles 11 verbunden ist. Diese Leitungen dienen zur Zuführung des Steuerdruckes. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind zwei getrennte Leitungen 40 vorgesehen, und zwar für jede Membrane36 des Dichtungsgliedes 35·

Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Betätigungsflächen der Membrane 36, welche den ausgesparten Bereichen 34' gegenüberliegen, flächenmäßig größer als die Querschnittsflächen der öffnungen 30. Daher reicht eine sehr geringe Druckkraft aus, um mit dem Dichtungsglied 35 die Luftöffnung 30 abdichten zu können.

Um eine konstante Ansprechzeit zur Betätigung des Ventils zu erhalten, und zwar ohne Rücksieht auf etwaige Druckabweichungen oder verschiedene Druckwerte, sind die zu einer jeden Kammer 18 gehörenden Kanäle mit einer an sich bekannten Reguliereinrichtung sowie mit einem separaten Dros&elglied ausgestattet, die zusammen die Strömungsgeschwindigkeit des Druckmediums (z.B. Druckflüssigkeit) zu den Kammern 18 steuern. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt die Reguliereinrichtung ein Ringventil 47, das im Kanal 26 angeordnet ist. Das obere Ende des Ringventils 47

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erstreckt sich in den ausgesparten Bereich 24 des Basiskörpers 19. Der Bereich 24 ist von dem mit ihm ausgerichteten Bereich 24' durch die Gummidichtung 32 getrennt. Im ausgesparten Bereich 2k' sind eine das Ringventil 47 betätigende Scheibe 48 und eine · Feder 49 vorgesehen. Der Bereich 2k* steht durch Entlüftungskanäle 50, durch welche er mit den Kammern 3k verbunden ist, mit der Atmosphäre in Yerbindung.

Der konstruktive Aufbau der Reguliereinrichtung ist derart_s daß ein konstanter Druck im Verbindungskanal 28 zwischen der Reguliereinrichtung und den ausgesparten Bereichen 25 und 25' auf recht erhalten wird» So kann beispielsweise die Reguliereinrichtung für einen konstanten Druck von etwa 1,4 kp/cm ausgelegt sein. Diese Einjustierung erfolgt durch Verwendung einer Feder mit entsprechender Stärke, durch welche die Scheibe 48 und die Gummidichtung 32 nach unten gedrückt-werden, um dadurch das Ringventil k7 im Kanal 26 offen zu halten und zwar so lange, bis ein gegen die untere Fläche der Gummidichtung 32 wirksam werdender Gegendruck von 1,4 kp/cm entstanden ist. Sobald dieser Druck aufgebaut ist, schließt das Ringventil, so daß der Eingangsdruck nicht mehr länger am Bereich 24 wirksam ist» Da dieser Bereich über den Verbindungskanal 28 und die Bereiche 25 und 25' sowie die Luftöffnungen 30 mit .der Atmosphäre in Verbindung stehen, fällt der Druck im Beiaefa 24 sofort ab, nachdem das Ringventil 27 geschlossen ist» Dies wiederum bewirkt ein erneutes öffnen des Ringventils 47° Während des Betriebs wird durch'das Ring ventil 47 ein konstanter Druck· in dem zwischen der Reguliereinrichtung und den ausgesparten Bereichen 25, 25' gelegenen Kanalabschnitt erhalten. Dieser konstante Druck wird dann unbescha- ' det einiger Abweichungen des Eingangdruckes aufrechterhalten und zwar so lange dieser Eingangsdruck gleich oder größer ist als der Einstellwert der Reguliereinrichtung.

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In den ausgesparten Bereichen 25, 25' sind Drosselglieder 51 zur Aufrechterhaltung einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit für das in die Kammern einströmende Medium vorgesehen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzen die Drosselglieder 51 ein Paar scheiben 52, 53, die zur Bildung einer verengten, peripherischen öffnung in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind. Die peripherische öffnung eines jeden Scheibenpaares steht mit dem Kanal 28 auf den gegenüberliegenden Seiten der Reguliereinrichtung in Verbindung. Die Scheiben 52, 53 besitzen gleichfalls öffnungen 54, die nach innen verlaufen und die peripherischen öffnungen mit den Bereichen 25 und 25' verbinden. Die durch den Abstand der beiden Scheiben gebildete peripherische öffnung ist von den Bereichen 25 und 25' durch Dichtringe 55 und der darüberliegenden Gummidichtung 32 getrennt.

Die Drosselung des Flüssigkeitsstromes durch das Drosselglied 51 wird durch eine zu große Reibung erhalten, die hervorgerufen wird durch die wirkungslose Strömung der Flüssigkeit durch die zwischen den beiden Scheiben 52, 53 vorgesehene peripherische öffnung. Diese Konstruktion dient nicht nur zur Drosselung der Flüssigkeitsströmung, sondern verhindert auch eine mögliche Verstopfung der Drossel, da die peripherische Länge der Öffnung im Vergleich zur Fläche einer Durchflußöffnung für ein äquivalentes Durchflußvermögen extrem groß., ist.

Mit dieser hintereinander in den Kanal 28 eingebauten Regulier- und Drosseleinrichtung kann die Geschwindigkeit der in die Kammern strömenden Flüssigkeit unbeschadet möglicher Druckabweichungen des Eingangsdruckes konstant gehalten werden. Somit wird, wenn die mit jeder Kammer lO verbundene Luftöffnung 30, aufgrund des Steuerdruckes durch die Membrane 36 und die AbdichtpLatte 37

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verschlossen wird, in einer bestimmten Zeit der Druck in dieser Kammer so erhöht, daß der Steuerzylinder 8 verschlossen wird. Mit der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion ist es möglich, eine Verschiebung im *. en^il in einer Ansprechzeit von weniger als 1 msec zu bewirken. Diese Verschiebung des Steuerzylinders 8 erfolgt, sobald durch den Druck in der Kammer 18 nach Überwindung der Arretierung, die mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnete Betätigungsfläche des Steuerzylinders 8 beaufschlagt wird.

Der Steuer-oder Signaldruck_a welcher den erfindungsgemäßen Ventilbetätiger steuert, kann beispielsweise von einer Fluidic-Einrichtung kommen und entweder als kontinuierlicher oder als intermittierender Druck wirken. Wenn als Steuersignal oder -impuls eine kontinuierliche Druckkraft verwendet wird, sind die Kammern 18 mit den Ausgangsöffnungen des Ventils verbunden, so daß diese Kammern, nachdem der Steuerdruck eine Verschiebung des Steuerzylinders 8 bewirkt hat, sofort entlüftet werden. Eine Entlüftung der Kammern ist notwendig, damit in diesen kein Druck aufgebaut wird, wenn der Steuerzylinder 8 wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Zu diesem Zweck sind an den beiden Enden des Steuerzylinders 8 Umfangsflachen 57 mit reduzier tem Durchmesser vorgesehen. Wenn nun der Steuerzylinder 8 in die in Fig. 2 dargestellte Position verschoben ist, wird durch die am rechten Ende des Zylinders vorgesehene Umfangsfläche 57 ein Fließen des Druckmediumstromes zwischen der rechten Kammer 18 und der benachbarten Ventilöffnung (Auslaß) ermöglicht. Gleichzeitig mit der Bewegung des Steuerzylinders 8 nach rechts wird die Linke Kammer· L8 durch die als Auslaß wirkende Ventilöffnung 2 ent Lüftet.

Manchmal ist es er forderlich das VentiL so aufzubauen, daß es auf einen unterhalb einer bestimmten Größe liegenden Steuer-

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druck nicht mehr anspricht. Dies kann durch eine unter den Abdichtplatten 37 angeordnete, gestrichelt dargestellte Feder 37^f erreicht werden, so daß nun ein stärkerer Steuerdruck erforderlich ist, um diese Platten in ihre Dichtstellung gegenüber den Luftöffnungen 30 zu bringen.

Alternativ kann natürlich der Steuerdruck auch direkt in die Kammer 18 gleitet werden. Zu diesem Zweck ist der Ventilkörper 1 mit einer weiteren Leitung 45 * ausgestattet, die sich von seiner oberen Fläche direkt in die Kammern 18 erstreckt. In den in Fig. 3 dargestellten Ventilaufbau sind jedoch die Leitungen 45' funktionslos und münden in einen toten Raum an der Unterseite des Basiskörpers 19. Wenn jedoch der Ventilaufbau mit den Leitungen 45' verbunden werden soll, so daß der Steuerdruck direkt und nicht mehr über die Leitung 40 und unter Auslassung der Druckregulier- und brosseleinrichtung in die Kammern 18 geleitet wird, so muß der Ventilkörper 1 gewendet werden, wobei dann seine obere Endfläche auf den Basisteil 11 zu liegen kommt (Fig. 3)· Dadurch gelangen die Leitungen 45' mit den Leitungsabschnitten 46 des Basisteils 11 in Wirkverbindung. In dieser Einbauposition des Ventilkörpers 1 sind die Leitungen 40 funktionslos, da die Leitungsabschnitte 45 des Ventilkörpers in tote Räume an den unteren und oberen Flächen des Ventilkörpers münden.

In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventilbetätigers dargestellt, bei welchem die Drosseleinrichtung mit zusätzlichen Flächen 58 ausgestattet ist, die an einem jeden Ende des SteuerZylinders 8 angeordnet sind und mit den gegenüberliegenden Flächen des Ventilkörpers 1 zusammenwirken. Die an der Peripherie des Steuerzylinders 8 angeordneten Flächen 58 sind im Durchmesser nur um einen geringen Betrag kleiner als die

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entsprechenden inneren Flächen 59 des Ventilkörpers 1. Aufgrund dieser Konstruktion ist das Drosselglied 51 unnötig. Der ausgesparte Bereich 24 steht über Kanäle 6O₃ 6l im Basiskörper bzw. im Ventilkörper 1 direkt mit den zwischen den Flächen 58 _s 59 gebildeten, verengten öffnungen in Verbindung. Dadurch wird der , in die Kammern 18 führende Flüssigkeitsstrom beim Passieren der beiden Flächen 58 und 59 gedrosselt. Wie weiterhin Fig. 5 zeigt, sind die Kammern 18 an den Enden des Steuerzylinders 8 mit der verengten Luftöffnung 30 und somit über Kanäle 63> 62, die ihrerseits im Ventilkörper 1 bzw» im Basiskörper 19 vorgesehen sind, mit der Atmosphäre verbunden.

In den Fig. β und 7 ist ein Ventilbetätiger dargestellt, der wahlweise in ein Vier-Wege"» oder Fünf-Wege-Ventil eingebaut werden kann. Bei einem Fünf-Wege-Ventil liegen an den Ventilöffnungen 2 und 6 normalerweise unterschiedliche Eingangsdrücke, während die Ventilöffnung 4 als Entlüftung wirkt* Wenn der Ventilbetätiger in einem Vier-Wege- oder in einem Fünf-Wege-Ventil verwendet wird, ist es erforderlich, jede der Ventilöffnungen 2, 4 und β mit der Druckregulierexnrichtung zu verbinden und weiterhin eine Einrichtung vorzusehen_a aufgrund derer nur der höchste Eingangsdruck als Versorgungsdruck für die Reguliereinrichtung wirkt. Hierfür ist die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform gut geeignet»

Bei dieser Ausführungsform sind an der Oberseite der Oberplatte 20 keine ausgesparten Bereiche vorgesehen. Dafür sind Verbindungskanäle angeordnet, welche jede der Ventilöffnungen 2, ¹I und 6 mit der Oberseite des Venti!körpers 1 verbinden» Dabei dient der Kanal 64 als Verbindung der Ventilöffnung 4, während die Kanäle 65, 66 als Verbindung der Ventilöffnungen 2 bzw. 6 wirken. Durch

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diese Kanäle werden die Ventilöffnungen auch mit der Reguliereinrichtung verbunden. Zusätzlich ist der obere Teil des Basiskörpers 19 mit einem weiteren Kanal 67 ausgestattet, der mit einem Kanal 27' des Ventilkörpers 1 ausgerichtet ist. Weiterhin sind Leitungsabschnitte 44 vorgesehen, deren Anordnung dieselbe ist wie in der Ausführungsform nach Pig. I.

Auf der Oberseite des Basiskörpers 19 ist eine übertragungsplatte 68 angeordnet. Die Unterseite dieser Platte ist mit einer Kammer 69 ausgestattet. Zentrisch zu dieser Kammer ist ein dem Kanal 26 des Basiskörpers 19 entsprechender Kanal 26' angeordnet, der zur Aufnahme des Ringventils 47 der Druckreguliereinrichtung dient. An den Enden der Kammer 69 sind Kanäle 70 vorgesehen, die den Kanälen 27 des Ausführungsbeispiels nach Pig. I entsprechen. Die Oberseite der übertragungsplatte 68 ist in ihrem Aufbau ■-' identisch mit der Oberseite der Oberplatte 20 des Basiskörpers 19. Somit sind alle Teile des Betätigers oberhalb der übertragungsplatte 68 identisch mit den Bauteilen, die auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 oberhalb des Ventilkörpers 1 angeordnet sind.

' An der Übertragungsplatte 68 ist eine Dichtung 71 vorgesehen, welche den Kanal 70 von der Kammer 69 abtrennt. Die Dichtung 71 umfaßt flexible Abschnitte oder Membranen 72, die mit den Kanälen 64, 65 und 66 ausgerichtet sind. Durch die übertragungsplatte 68 werden die Membranen 72 in ihre Abdichtposition über die Kanäle 64, 65 und 66 gebracht, wenn kein Druck am Ventil anliegt. Wenn aber ein Druck an einer der Ventilöffnungen 2,4 und 6 anliegt, wird eine Membran 72 der Dichtung 71 angehoben und die in die Kammer 69 einströmende Flüssigkeit drückt dann gegen die anderen Membranen und hält diese geschlossen. Auf

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3. Juli 1970

diese Weise gelangt der Eingangsdruck zur Reguliereinrichtung des Ventilbetätigers„ Wenn das Ventil mit einem Fünf-Wege-Ventil verbunden ists, das an seinen Ventilöffnungen 2 und 6 unterschiedliche Drücke aufweist, wird durch die den höheren Druck aufweisende Einlaßöffnung die entsprechende Membran der Dichtung angeho ben und der in der Kammer 69 erzeugte Druck verhindert ein öffnen der Membran, welche die Einlaßöffnung überdeckt, an der der niedrigere Eingangsdruck herrscht» ·

In Fig. 8 ist- der erfindungsgemäße Ventilbetätiger als separate Baueinheit ausgebildet«, Der Ventilbetätiger besitzt einen Basiskörper 71» an dem ein Kanal J2 für einen hohen Eingangsdruck vorgesehen ist. Dieser Kanal ist mit der Eingangsöffnung des Ventilaufbaus sowie mit einem Auslaßkanal 73 verbunden_s der entweder mit einer oder beiden Endkammern l8 oder mit dem entsprechenden Betätigungsmechanismus für den Steuerzylinder 8 verbunden, ist. Zwischen der Verbindung der beiden Kanäle J2 und 73 sind ein Druckregler 7^ und ein Drosselventil 75 vorgesehen» Der Ventilbetätiger erhält über einen Kanal 76 ein Steuersignal, aufgrund dessen das Verschlußelement 77 sich in seine Abdichtposition in Bezug auf einen Auslaß 78 bewegt ο Dieser Auslaß ist mittels eines Entlüftungskanales 79 mit der Atmosphäre verbunden. Wenn der Druckregler nicht benötigt wird, wird der Steuerdruck durch einen Einlaßkanal 80· züge führ to

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Claims

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3.7.1970

Patentansprüche :

Betätigungsglied für Steuerventile mit Ein- und Auslaßöffnungen und einem Steuerzylinder,der in seinen jeweiligen Arbeitsstellungen die Ventilöffnungen in vorbestimmter Weise miteinander .verbindet, dadurch Gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder (8) mittels seiner in Kammern (18) vorgesehenen, von einem Steuermedium beaufschlagten Betätigungsflächen (56) hin- und herverschiebbar ist, daß an einem Basiskörper (19) des Betütigungsgliedes ein Einlaß, der mit dem Ventileinlaß, und ein Auslaß, der mit der Betätigungsfläche (56) verbunden ist, vorgesehen sind, wobei sich zwischen Ein- und Auslaß ein Kanal (26) erstreckt, daß dem Kanal (26) eine Drossel (51) zugeordnet ist und* der Kanal (26) zwischen der Drossel (51) und seinem Auslaß mit einer Entlüftungsöffnung (30) verbunden ist, daß weiterhin zwischen dem Kanaleinlaß und der Drossel (51) eine Reguliereinrichtung zur Aufrechterhai tuns eines kontinuierlichen, konstanten Druckes sowie einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit des Druckmediums vorgesehen^ ist, sowie daß zur Erzeugung eines ausreichend hohen Druckes für die Beaufschlagung der Betätigungsfläche (56) des Steuersylinders (8) Dichtungsglieder (35) an den Entlüftungsöffnungen (30) vorgesehen sind.

Betätigungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsglieder (35) mit die Entlüftungsöffnurigen (30) abdeckenden Membranen (56) versehen sind, deren Betätigungsflächen größer sind als die Querschnittsflächen der Entlüfungsöffnungen (30) und mit einer an eine Drucknittelquelle angeschlossenen Leitung (40) verbunden sind.

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3-7.1970 -JE -

Betätigungsglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dau in einem Ventilkörper (1) eine Bohrung (7) vorgesehen ist, die mit Ventilöffnungen (2-6) in Verbindung steht und in der der Steuerzylinder (8) gleitend geführt ist, und daß in der Bohrung (7) und am Steuerzylinder (8) Steuerflächen (10 bzw. 9) so angeordnet sind₉ daß bestimmte Ventilöffnungen von anderen Ventilöffnungen bei den verschiedenen Steuerzylinderstellungen isoliert sind, ·

Betätigungsglied nach einem der Ansprüche 1«, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsfläche der Membran (36) auf der der Entlüftungsöffnung (30) abgewandten Seite des Dichtungsgliedes (35) angeordnet ist, und daß die mit der Betätigungsfläche verbundene Leitung (40) aus einem ersten, einen Basisteil (11) durchquerenden Leitungsabschnitt (46) sowie aus einem zweiten, den Ventilkörper (1) durchdringenden Leitungsabschnitt (45) besteht.

Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (Γ) eine weitere Leitung (45') vorgesehen ist, die sich von der der Leitung (46) abgewandten Seite des Ventilkörpers (1) direkt bis in die Kammer (18) erstreckt, daß die Leitungen (45 bzw. 45') so positioniert sind, daß je nach Einbaulage des Ventilkörpers (1) in einen Basiskörper (I9) entweder die Leitung (45) oder die Leitung (45') mit der im Basisteil (11) angeordneten Leitung (46) kommunizieren.

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Q - 1^3 '

3.7.1970 -jr-

6. Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dichtungsglied (35) eine zweite Kammer (3¹O zugeordnet ist, in welche die mit der Kammer (18) verbundene Entlüftungsöffnung (30) mündet, daß weiterhin die Kammer (3¹O über einen Entlüftungskanal (50) mit der Atmosphäre verbunden ist, und daß die die Entlüftungsöffnung verschließende Membran (36) in der Kammer (3¹O angeordnet ist.

7. Betätigunsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, •dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (51) zwei zur Bildung einer peripherischen öffnung im Abstand zueinander angeordnete Scheiben (52, 53) aufweist, daß diese öffnung mit einem zwischen der Reguliereinsichtung und der Drossel gelegenen Kanal (23) verbunden ist, daß ferner in der Scheibe (53) eine öffnung (5¹O vorgesehen ist, welche die peripherische öffnung zwischen dem Scheibenpaar mit einem zwischen der Drossel (51) und der Kammer (18) vorgesehenen Kanal (27) verbindet.

8. Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (52) gleichfalls eine öffnung aufweist, die mit der Entlüftungsöffnung (30) in Verbindung steht.

9. Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende des Steuerzylinders (8) eine Umfangsflache (58) und am Veritilkörper (1) eine korrespondierende Innenfläche (59) vorgesehen sind, die zusammen eine mit der Kammer (.18) verbundene Drossel bilden.

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3.7.1970 -Jf-

ίο. Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche₉ dadurch gekennzeichnet _s daß die am Steuerzylinder (8) vorgesehene Steuerfläche (9) als Dichtung zwischen der Bohrung

(7) und der Kammer (18) wirkt, in Vielehe der Steuerzylinder

(8) verschoben ist, daß weiterhin zwischen der Betätigungsfläche (56) und der Steuerfläche (9) des Steuerzylinders

(8) eine Umfangsflache (57) zur Entlüftung derjenigen Kammer (18) vorgesehen ist, in welche der Steuerzylinder (8) verschoben ist.

11. Betätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Kammer (69) ein Kanal (26¹) zugeordnet ist, in welchen die Ventileinlaßöffnungen (2j, 6)) münden, daß die Kammer (69) snit der Reguliereinrichtung in Verbindung steht und eine Dichtung (71) aufweist, deren flexible Abschnitte (72) die Ventileinlässe {2, 6) dann überdecken, wenn eine Druckkraft an den von den Einlassen (2, 6) abgekehrten Seiten der Dichtungsabschnitte (72) anliegt.

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