DE2041869A1

DE2041869A1 - Kolbenventil

Info

Publication number: DE2041869A1
Application number: DE19702041869
Authority: DE
Inventors: Kirk Colin John
Original assignee: Martonair Ltd
Current assignee: Martonair Ltd
Priority date: 1969-08-26
Filing date: 1970-08-24
Publication date: 1972-03-02
Also published as: NL7012418A; JPS4914812B1; GB1289995A; NL160921C; NL160921B; US3669137A; FR2059192A5

Description

DIPL.-ING. HARRO GRALFS PATENTANWALT

33 BRAUNSCHWEIG

AM BORGERPARK 8 TELEFON (0531) 2 45 98

21. August 1970 M 1008 - B/Lie

MAETONAIE LIMITED, St* Margarets Eoad Twickenham/Middlesex ENGLAND

Kolbenventil

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile, insbesondere auf Kolbenventile mit einem Gehäuse, in dessen Wand eine Vielzahl von öffnungen angeordnet sind, zwischen denen der Strom ein Druckmedium, insbesondere Druckluft (im nachstehenden auch als Druckluft bezeichnet) von einem im Gehäuse befindlichen Kolben gesteuert wird, welcher sich innerhalb des Gehäuses in Längsrichtung zwischen zwei Endstellungen bewegen kann, wobei in jeder Endstellung des Kolbens mindestens einige der öffnungen auf verschiedene Weise durch im Kolben angeordnete Wege untereinander verbunden sind, wobei je nach gewünschter Bewegungsrichtung des Kolbens die entsprechende Kolbenfläche mit dem Druck der Druckluft beaufschlagt wird.

Bisher wurden derartige Ventile derart angesteuert, daß der Steuerdruck über ein separates Steuerventil und eine feste Drossel

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einer der Kolbenendflächen zugeführt wurde, wobei eine zur Atmosphäre führende Steueröffnung zwischen dem Kolbengehäuse und der festen Drossel angeordnet war. Trat bei geöffneter Steueröffnung die Druckluft aufgrund der Stellung des Steuerventils durch die Drossel, so fiel der Druck wegen der geöffneten Steueröffnung ab und der Steuerkolben bewegte sich nicht. Bei geschlossener Steueröffnung stieg der Druck weit genug an, um den Kolben zu betätigen. Diese Anordnung hat den Nachteil, dais der Druck nach beendeter Bewegung des Steuerkolbens so lange auf die Kolbenfläche wirkt und weiterhin anwachsen kann, bis die Druckluftversorgung durch Betätigung des Steuerventils unterbrochen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kolbenventil zu schaffen, bei dein der KLuß des Steuermediums selbsttätig unterbrochen wird, sobald dessen Druck so weit angewachsen ist, daß der Kolben betätigt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kolbenventil mit einem Gehäuse, an dessen Umfang Öffnungen vorgesehen sind, durch die ein Druckluftstrom durch einen im Gehäuse befindlichen Kolben geleitet wird, wobei sich der Kolben im Gehäuse in Längsrichtung zwischen zwei Endstellungen bewegen kann, in denen mindestens einige der öffnungen durch in dem Kolben angeordnete Bohrungen miteinander verbunden sind. Je nach gewünschter Bewegungsrichtung des Kolbens wird die entsprechende iColbenfläche vom Steuerdruck beaufschlagt, wobei die anordnung so getroffen ist, daß die Druckluft für eine der Bewegungsrichtungen des Kolbens einer externen Quelle und die Druckluft für die andere Bewegungsrichtung des Kolbens einer der öffnungen entnommen wird, nachdem der Kolben sich in der erstgenannten Richtung bewegt hat, wobei die Öffnung über eine gedrosselte Leitung mit dem entspre-

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eilenden Gehäuseende verbunden ist. Zwischen dem Gehäuseende und der Drosselstelle befindet sich eine Steueröffnung, die geöffnet werden kann, um das für die Bewegung des Kolbens in der ersten Richtung erforderliche Ansteigen des Steuerdruckes zu verhindern und geschlossen werden kann, um durch den hierdurch anwachsenden Steuerdruck die Bewegung des Steuerkolbens in der anderen Richtung zu bewirken.

Zweckmäßigerweise sind mindestens drei Öffnungen im Ventilgehäuse vorzusehen. Dies sind im einzelnen eine Einlaßöffnung für die durch das Ventil zu steuernde Druckluft, eine Auslaßöffnung für die Druckluft und eine dritte Öffnung. Im Kolben ist eine Bohrung vorgesehen, durch die in der einen Endstellung des Kolbens die Einlaß- und Auslaßöffnung miteinander verbunden ist, so daß die Druckluft durch das Ventil strömen kann, und durch die in der anderen Endstellung des Kolbens die Einlaßöffnung nicht mit der Auslaßöi'fnung, sondern mit der dritten Öffnung verbunden ist, wobei der Druckluftstrom durch das Ventil unterbrochen und statt dessen so umgeleitet wird, daß sicli aufgrund des Druckes der Kolben in der anderen Richtung bewegt, sofern die Steueröffnung geschlossen ist.

Das Gehäuse kann weitere Ein- und Auslaßöffnungen enthalten, die wahlweise durch im Kolben befindliche Bohrungen miteinander verbunden sein können.

Mindestens zwei der in den beiden vornergehenden Abschnitten erwähnten Ventile können derart untereinander verbunden werden, daß über die Auslaßöffnung des einen Ventiles eines der weiteren Ventile derart angesteuert wird, daß sich der Kolben in der ersten Richtung bewegt und daß die Auslaßöffnung eines der anderen

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Ventile mit der Einlaßöffnung des ersten Ventiles oder eines
weiteren Ventiles verbunden ist, wobei wiederum die Einlaßöffnung über den Kolben dieses Ventiles mit der dritten Öffnung verbunden ist, so daß die Druckluft den Kolben in die zweite Richtung verschiebt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und im nachstehenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Bs zeigen:

Figur 1 ein herkömmliches Kolbenventil,

Figur 2A bzw. 2B ein Ventil gemäß der Erfindung in seinen
beiden Steuerpositionen.

Figuren 3, 4 und 5 schematisch die Schaltfolge des in

Figur 2 dargestellten Ventils während der Bewegung von der einen in die andere Schaltstellung und

Figur 6 schematiscli vier der in Figur 2 dargestellten Ventile, die in einer Folgesteuerung untereinander verbunden sind.

Das in Figur 1 dargestellte Ventil herkömmlicher Art enthält
ein Gehäuse 1 mit einem (nicht dargestellten) Kolben, der sich zwischen zwei Endstellungen bewegen kann, und zwar in Abhängig-

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keit davon, an welchem Ende 2 oder 3 entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung des Kolbens der Steuerdruck wirksam ist. Das Gehäuse 1 ist mit Ein- und Auslaßöffnungen A, B, C und D versehen, die paarweise über im Kolben befindliche Bohrungen untereinander verbunden sind, und zwar in Abhängigkeit davon, in welcher Position der Kolben sich befindet. Die Kolbenbewegung in Richtung des Gehäuseendes 2 erfolgt aufgrund des Druckes, die einer externen Quelle entnommen wird und auf die Kolbenseite wirkt, die Kolbenbewegung in Richtung des Gehäuseendes 3 wird durch einen auf die Kolbenfläche 2 wirkenden Druck bewirkt. Der dem Gehäuseende 2 zugeführte Steuerdruck wird einer Quelle 4 über ein Steuerventil 5 und eine Leitung 6, die eine Drosselstelle 7 enthält, entnommen. Zwischen der festen Drosselstelle und dem Gehäuseende 2 führt über eine Steueröffnung 8 eine Verbindung zur Atmosphäre. Wenn sich der Kolben aufgrund des auf die Kolbenfläche 3 wirkenden Steuerdruckes in die Endstellung bewegt hat, kann dem Ventil über das Steuerventil 5 und die Leitung 6 Druckluft zugeführt werden. Bei geöffneter Steueröffnung 8 wird der Steuerdruck nicht höher als der Atmosphärendruck, bei geschlossener Steuerklappe 8 steigt der Druck jedoch so weit an, bis der Kolben zum Gehäuseende 3 verschoben ist. Daraufhin ist ein Umschalten des Steuerventils 5 erforderlich, so daß die Druckluft über das Steuerventil 5 und dessen Auslaßöffnung 9 entweichen kann. Wird jedoch das Steuerventil 5 nicht umgeschaltet, so bleibt der Steuerdruck im Gehäuseende 2 erhalten und kann darüijerhinaus so lange anwachsen, wie die Steueröffnung 8 geschlossen ist. Dies ist ein Nachteil.

Das in den Figuren 2A und 2B dargestellte Ventil gemäß der Erfindung enthält ein Gehäuse 11 mit Gehäuseenden 12 und 13 sowie Einlaß- und Auslaßöffnungen A, B, C und D. Diese entsprechen den öffnungen des konventionellen Ventils gemäß Figur 1. Das Gehäuse

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enthält jedoch gemäß der Erfindung eine zusätzliche Auslaßöffnung F (entspricht der eingangs erwähnten "dritten" öffnung) sowie eine Austrittsöffnung E. Die Austrittsöffnung F ist über eine mit einer festen Drossel 17 versehene Leitung 16 mit dem Ende 12 des Gehäuses 11 verbunden. Eine zur Atmosphäre führende Steueröfinung 18 liegt ähnlich der Steueröffnung 8 gemäß Figur 1 zwischen der festen Drossel 17 und dem Gehäuseende 12. Nach Bewegung des Kolbens 10 (wie in Figur 2A dargestellt) in Richtung des Gehäuseend-es 12 aufgrund des auf die Kolbenfläche 13 wirkenden Steuerdruckes ist die Eintrittsöffnung C über eine im Kolben befindliche Bohrung mit der Austrittsöffnun^ F verbunden, wodurch die Druckluft in das Gehäuseende 12 geleitet wird. Bei geöffneter Steueröffnung 18 ist der am Gehäuseende 12 wirkende Druck gleich dem Atmosphärendruck. Bei geschlossener Steueröffnuno 18 wächst der Druck an, bis der Kolben 10 (wie in Figur dargestellt), zum Gehäuseende 13 verschoben ist. Während dieser Bewegung wird die Öffnung F von der Sintrittsöffnung C getrennt, wobei automatisch der Druckluftstrom nicht mehr mit dem Gehäuseende 12 verbunden ist. Aus diesem Grunde kann der Steuerdruck nicht weiter anwachsen, wie dieses etwa geschehen würde, wenn man das Umschalten eines Ventiles 5 gemäß Figur 1 unterlassen würde, und der Druck in der Leitung 16 steigt nur bis zu der Größe an, die erforderlich ist, um den Kolben vom Gehäuseende 12 zum Gehäuseende 13 zu verschieben.

Die Figuren 3*4· und 5 zeigen das bereits in Figur 2 dargestellte Ventil· Ferner sind die durch den Kolben führenden Verbindungen der öffnungen in beiden Stellungen dargestellt, und zwar in der einen Stellung des Kolbens in durchgehenden Linien und in der anderen Stellung des Kolbens in gestrichelten Linien. Die Steueröffnung 18 ist als Zweiwegeventil dargestellt. Die eine Endstellung, in die der Kolben aufgrund des am Gehäuseende 13

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wirkenden Druckes verschoben ist, ist in Figur 3 dargestellt. In dieser Position ist die Eintrittsöffnung A mit einer Austrittsöffnung B verbunden; eine Eintrittsöffnung D ist mit einer Austrittsöffnung E und einer Eintrittsöffnung C mit einer Austrittsöffnung F verbunden, die zur Leitung 16 führt. Figur 3 zeigt die Steueröffnung 18 in geöffnetem Zustand, wobei die öffnung C mit der Atmosphäre verbunden ist und wobei der am Gehäuseende 12 wirkende Druck gleich dem Atmosphärendruck ist. Die Figur 4 zeigt die Steueröffnung 18 in geschlossenem Zustand. Der Druck in der Leitung 16 steigt so weit an, bis sich dadurch der Kolben gemäß Figur 4 nach unten bewegt, und zwar so weit, bis die öffnung B mit der öffnung E und die öffnung G mit der Öffnung D verbunden ist. Während der Bewegung des Kolbens ist die öffnung G mit den öffnungen D und F verbunden, wie in Figur 4 dargestellt. Hat der Kolben seine Endstellung 13 erreicht, so verlaufen die Verbindungen zwischen den öffnunge, wie in Figur 5 dargestellt, wobei keine Druckluft von der öffnung G zur öffnung F gelangen kann.

Das in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Ventil wird zweckmäßigerweise mit mindestens zwei weiteren Ventilen verbunden. Werden beispielsweise drei solcher Ventile verwendet, so können diese so untereinander verbunden werden, daß die Druckluft von der Austrittsöffnung D eines dieser Ventile geleitet wird, um dessen Kolben zu betätigen. Die Austrittsöffnung B des zweiten Ventiles wird mit der Eintrittsöffnung C des ersten Ventiles verbunden und somit auch über den iiolben mit der Öffnung F des ersten Ventiles, wobei der Druck zum Gehäuseende 12 des ersten Ventiles geführt wird, wodurch sich der Koloen des ersten Ventiles in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Figur 6 zeigt eine Anordnung von vier Ventilen gemäß der Erfindung, die derart untereinander verbunden sind, da^ die beiden

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Zylinder 20 und 21 automatisch abwechselnd betätigt werden. Jedes der mit den Buchstaben b+, a-, a+ und b- bezeichneten Ventile entspricht dem in Figur 2 bis 5 dargestellten Ventil. Die Öffnung A eines jeden Ventils ist mit einer Druckluftquelle verbunden, die Öffnung E als Entlüftung mit der Atmosphäre. Die Öffnung C eines jeden Ventils ist mit der Öffnung B des nächstfolgenden Ventils verbunden, d.h., die Öffnung B des Ventils b+ ist mit der Öffnung C des Ventils b- verbunden, die Öffnung B des Ventils a- ist mit der öffnung G des Ventiles b+ verbunden, die Öffnung B des Ventils a+ ist mit der Öffnung C des Ventiles a- verbunden und die Öffnung B des Ventils b- ist mit der Öffnung G des Ventils a+ verbunden. Die Öffnung D des Ventils b+ ist mit einem Ende des den Zylinder 20 ansteuernden Ventiles und mit dem Ende 13 des Ventils a+ verbunden. Die Öffnung D des Ventils a- ist mit dem anderen Ende des Ventils 22 und mit dem Ende 13 des Ventils b- verbunden. Die Öffnung D des Ventils a+ ist mit dem Ende 13 des Ventils b+ und mit einem Ende des den Zylinder 21 ansteuernden Ventils 23 verbunden. Die Öffnung D des Ventils b- ist über einen Schieber 24 mit dem Ende 13 des. Ventils a- und mit dem anderen Ende des Ventils verbunden. Die Steuerklappen 18 eines jeden Ventils sind durch die entsprechenden Bezugszeichen der Ventile gekennzeichnet, beispielsweise b + , a-, a+ und b-. Die zu den Ventilen a- und angehörenden Steueröffnungen 18 werden durch einen gemeinsamen, vom Kolben des Zylinders 20 betätigten Schieber verschlossen, die zu den Ventilen b+ und b~ gehörenden durch einen vom Kolben des Zylinders 21 betätigten Steuerschieber 26.

Die Steuerung arbeitet folgendermaßen: Zunächst wird der zum Ein- und Ausschalten dienende Steuerschieber 24 auf Position "Ein" gebracht, wodurch die Leitung zwischen der Öffnung D des Ventils b- und dem Ventil 23 freigegeben wird, so daß sich der Kolben des Ventils 23 in die in der Zeichnung nicht dargestell-

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te Position bewegt. Der durch das Ventil 23 tretende Druckimpuls bewegt den Kolben des Zylinders 21 aus der dargestellten Lage in eine Lage, in der der Steuerschieber 26 die mit dem Ventil b+ verbundene Austribtsöffnung 18 verschließt. Am linde des Kolbenhubes wird das Ventil b + am Ende 12 angesteuert, wonach die Öffnung C mit der öffnung D und die Öffnung B mit der Öffnung E verbunden ist. Daraufhin führt ein Druckimpuls von der Öffnung G zur öffnung I) des Ventils b+, der das den Zylinder 20 steuernde Ventil 22 ansteuert, wonach der Steuerschieber 25 die mit dem Ventil a- verbundene Öffnung 18 verschließt. Gleichzeitig wirkt der von der Öffnung D des Ventils b+ ausgehende Steuerdruck am Gehäuseende 13 des Ventils a+, dessen Zylinder sich in eine Position bewegt, in welcher die Öffnung A mit der Öffnung B, die Öffnung D mit der Öffnung E und die Öffnung C mit der Öffnung Έ des Ventils a+ verbunden ist. Aufgrund der Bewegung des Steuerschiebers 25, der die Öffnung 18 des Ventils a- verschließt, bewegt sich der Steuerkolben des Ventils a- in eine Stellung, in der die Öffnungen C und D sowie B und E verbunden sind, wonach das Ventil 22 umsteuert, so daß sich der Kolben des Zylinders 20 derart bewegt, daß der Steuerschieber 25 wiederum die mit dem Ventil a+ verbundene Öffnung 18 verschließt. Das bewirkt, daß der Steuerdruck am Ende 12 des Ventils a+ wirksam wird, so daß die Öffnung G mit der Öffnung D und die öffnung B mit der Öffnung E verbunden ist. Hiernach verläuft ein Signal durch die Öffnung G zur Öffnung D des Ventils a+, aufgrund dessen das Ventil 23 umsteuert und der Schieber 26 des Zylinders 21 derart bewegt wird, daß die mit dem Ventil b- verbundene Öffnung 18 verschlossen wird. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß der Gteuerkolben des Ventils b+ sich in die dargestellte Position verschiebt, in der die öffnung A mit der Öffnung B, die Öffnung D mit der öffnung E und die öffnung G mit der öffnung T? verbunden ist. Ist die mit dem Ventil b- verbundene öffnung 18 verschlossen, so verschiebt sich der Steuerkolben des Ventils b- in die in der Zeichnung dargestellte Lage, in der ein Druckimpuls durch die

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Öffnung C übex¹ die Öffnung D aes Ventils b- zum Steuerschieber 24 geleitet wird, der den .,olben des Ventils a- derart uiiisceaert;, daß die öffnung ß mit der öffnung 15 und die öffnung G mit der Öffnung D verbunden ist. Steht der oaeuerschieber 24 in aer Stellung "Ein", so beginnt die 3fceuerfolr-;;e erneut, und zwar eo lange, bis der Steuerschieber 24 in "Aus"-Position ^ebracnt wird. In diesem Falle wird die Steuerfolge abgebrochen, da der von dem Ventil b- kommende Druckimpuls auf den gegen Afcrnosphate geöffneten Steuerschieber 24 geleitet wird. Ss ist ersieht.licii, daß die Ventile b + , a-, a+ und b- bei Stellung "liin" des Steuerschiebers 24 kontinuierlich gesteuert werden, wobei die beiden Zylinder 20 und 21 abwechselnd betätigt werden. Durch die Anordnung der zusätzlichen öffnungen F in den Ventilen b+, a-, a+ und b- ist eine automatische Steuerung der beiden Ventile möglich, solange der Steuerschieber 24 in "Ein"-Postion steht.

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Claims

Ansprüche

Kolbenventil mit einem Gehäuse, das mit mehreren Öffnungen versehen is,, zwischen denen durch einen im Gehäuse befindlichen Kolben der ,^troiu eines Druckmediums gesteuert werden Kann, wobei der Kolben zwischen zwei Positionen in Längsrichtung im Gehäuse beweglich ist, in denen mindestens einige uer öffnungen durch den Kolben miteinander verbunden werden, wobei je nach gewünschter Bewegungsrichtung des Steuerkolbens der Druck eines Druckmediums auf die entsprechende Kolbenfläche geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dai: der »Steuerdruck, der die Bewegung des Steuerkolbens in einer ersten Kichtung bewirkt, einer externen Quelle entnommen wird und daß der Steuerdruck, der die Bewegung des Kolbens in eine zweite, entgegengesetzte Richtung bewirkt, aus einer der öffnungen entnommen wird, nachdem sich der Kolben in der ersten Richtung bewegt hat, wobei diese eine öffnung mit einem Gehäuseende über eine Drosselleitung verbunden ist, an dem die entsprechende Kolbenfläche anliegt, daß weiterhin eine Steueröffnung zwischen der Drosselstelle und dem Gehäuseende angeordnet ist, die geöffnet werden kann, um ein Anwachsen des Steuerdruckes und somit eine Bewegung des Kolbens in die zweite Richtung zu verhindern und die verschlossen werden kann, wodurch der Steuerdruck auf einen ausreichenden Wert ansteigen kann, um die Bewegung; des Steuerkolbens in die zweite Richtung zu bewirken.
2. Kolbenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit mindestens drei Öffnungen versehen ist, und zwar mit einer Einlaßöffnung (G), in die der vom Ventil zu steuernde Druckluftstrom eintritt, einer Austrittsöffnung (D)

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für die Druckluft und einer Öffnung (F), daß eine Bohrung im Kolben derart angeordnet ist, daß der Kolben in einer Bridstellung die Eintrittsöffnung (G) mit der Austritt soff nurig (D) verbindet, so daß die Druckluft durch das Ventil gelangen kann und daß der Kolben in der anderen Endstellung die Eintrittsöffnung (G) nicht mit der Austrittsöffnung (D), sondern mit der Öffnung (F) verbindet, wobei der Druckluftstrom durch das Ventil unterbrochen wird und statt dessen der Druck so geleitet wird, daß sich bei verschlossener Öffnung 18 der Kolben in der anderen Richtung bewegt.

Folgesteuerung mit mindestens zwei Ventilen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile derart miteinander verbunden sind, daß die Druckluft von der Austrittsöffnung (B) eines Ventiles (a-) dem Kolben eines anderen Ventiles derart zugeführt wird, daß er sich in der ersten Richtung bewegt und daß die Druckluft von der Austrittsöffnung B eines anderen Ventiles (b+) zur Eintrittsöffnung G des ersten oder eines anderen Ventiles b- geleitet wird, wobei die Eintrittsöffnung G über den Kolben des Ventiles mit der öffnung F verbunden ist, so daß der Druck die Bewegung des Kolbens in die zweite Richtung bewirkt.

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