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Mehrwegeventil Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil
mit einem als länglicher, in axialer Richtung relativ zum Gehäuse verschiebbarer
Schieber ausgebildeten Verschlußglied, das ring- oder sclabenähnlichj Dichtungen
trägt, die dazu dienen, um im Gehäuse angeordneten Anschlüsse für die Druckmittelzufuhr,
die Arbeitsleitungen zum Verbraucher und die Entlüftung in Abhängigkeit 4on der
jeweiligen Stellung des Verschlußgliedes zeitweilig voneinander abzudichten und
das in den beiden axialen Endbereichen jeweils eine am Gehäuse und am Verschlußglied
befestigte
Steuermembran aufweist.
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Mehrwegeventile mit den verschiedensten Te len zur Herbeiführung einer
Abdichtung, wie z.B. Tellerventilen, Flachschiebern, Plattenventilen, Drehschiebern
usw. sind bekannt. Diese bekannten Ventile haben entweder eine harte metallische
Abdichtung oder eine elastische Abdichtung und sind je nach Konstruxtion leckdicht
oder sie haben evtl. auch dauernd sogenannte "Schleichluft". Die bisherigen Ausführungen
haben den Nachteil, daß einerseits Gleitflächen und damit Verschieißstellen vorhanden
sind, die schon wegen der möglichst hohen Lebensdauer eine regelmäßige Schmierung
notwendig machen, und andererseits ist der notwendige Aufwand an Teilen relativ
hoch, womit die wirtschaftlichen Kosten ebenfalls hoch sind.
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Hier nun schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe, die sich die Aufgabe
gestellt hat, ein Ventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das leicht
herzustellen ist, einfach im Aufbau ist und allen an es gestellten Anforderungen
genügt.
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Erfindungsgemäße wird dies dadurch errecht, daß jeder s teuerungsmembran
eine im wesentlichen ringscheibenförmige Dichtungsmembran zugeordnet is-t, die mit
ihrem äußeren Umfang im Gehäuse eingespantlt und mit ihrem Innenumfang am Verschlußglied,
d.h. dem Schieber, befestigt ist uluL ein
stückig mit der zeitweilig
die Abdichtung zwischen einem der Anschlüsse der Arbeitsleitungen und der zugehörigen
Entlüftung bewirkenden Dichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Dichtungsmembranen
im Querschnitt etwa Z-förmig ausgebildet, und der äußere Rand weist eine radial
nach außen gerichtete Rippe auf, die sich an einen Stirnansatz des Gehäuses anlegt,
während der innere Rand einen in axialer Richtung verlängerten nabenförmigen Fortsatz
trägt, der zwischen zwei Schultern des Schiebers gehalten ist. Zwischen der Steuerungsmembran
und der ihr zugeordneten Dichtungsmembran sind zwei zueinander-koaxiale Ringkörper
angeordnet, von denen der innere auf dem Schieber sitzt, dtwa L-förmig gestaltet
ist und sich mit der einen Seitenfläche seines radialen Schenkels an die Steuerungsmembran
und mit dem freien Ende seines axial gerichteten Schenkels an die Dichtung membran
anlegt, während der äußere Ringkörper in der Gehäusebohrung zentriert gehalten wird
und sich mit seinen Stirnflächen oder einem Teil seiner Stirnflächen im Beeich seines
äußeren Umfangs an die Steuerungsmembran und im Bereich seines inneren Umfangs an
die Dichtungsmembran unter Spannung anlegt.
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Zweckmäßigerweise besitzen die Stirnseiten des äußeren Ringkörpers
Hinterschneidungen, derart, daß axial gegerichtete Vorsprunge oder Abschrgungen
entstehen, die die äußeren Ränder der Steuerungs- und Dichtungsmembran
hintergreifen
oder untergreifen. Am äußeren Ringkör er ist ein axial gerichteter zapfenförmiger
Vorsprung angeordnet, der in eine entsprechende Bohrung im Gehäuse eingreift. Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der äußere Ringkörper an dr dem radial
gerichteten Schenkel des inneren Ringkörers zugewandten Seitenfläche eine ausnehmung,
die im <uerschnitt dem querschnitt des inneren Ringkört)ers entspricht, so daß
dieser in der einen Endlage, in der der innere Rimgkörper den kleinsten axialen
abstand zum äußeren Ringkörper aufweist, von der Ausnehmung aufgenommen wird. Vorzugsweise
wird der innere Ringkörper in axialer Richtung von einem in eine Nut des Schiebers
eingesetzten Sprengring gehalten.
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Die Steuerungsmembranen sind scheibenförmig und ohne Durchgangsbohrung
ausgebildet, wobei in der Mitte jeder Steuerungsmembrane, in deren Bereich sie gegenüber
dem Randbereich verdicht ausgebildet ist, eine Sac@bohrung vorgesehen ist, in die
die Enden des Schiebers eingre,ien. In dem Fall, bei dem der Schieber durch Impulse
eines Druckmediums verstellt wird, das jeweils einem Endbereich des Schiebers durch
eine Steuerleitung zugeführt wird, münden die Steuerungsleitungen jeweils in einen
deib zughörigen axialen Endbereich des Gehäuses zugeordneten Raum, der zwischen
der vom Schieber weg gerichteten Fläche der jeweiligen Steuerungsmembran und der
entsprechenden axalen abschlußwand der den
Schieber führenden axialen
Bohrung; enthalten ist.
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Zur Erfindung trägt weiterhin bei, daß der in radialer Richtung gemessene
Abstand zwischen der Einspannstelle am Gehäuse für den Außenumfang der Steuerungsmembran
und der Dichtungsmembran und der Einspannstelle am Schieber für den Innenumfang
der Steuerungsmembran und der Dichtungsmembran um einen solchen Betrag kleiner als
der Abstand zwischen den einzuspannenden Partien am Außenumfang und am Innenumfang
der Membrane ist, so da sowohl die Steuerungsmembran wie auch die Dichtungsmembran
in beiden Endlagen des Schiebers im Querschnitt einen bogenförmigen Verlauf haben
und beim Verschieben unter der Wirkung eines Impulses aus der einen Endlage nach
Durchlaufen einer Totpunktlage in die andere Endlage überlappen. Außerdem weist
die Gehäusebohrung im Bereich der Dichtungsmembranen jeweils eine Abstufung auf,
die als ringförmiger, zur Dichtungsmembran hin gerichteter Vors rung ausgebildet
ist und eine Abschrägung besitzt, so daß etwa eine abgestufte Ringschneide entsteht,
die in der jeweiLigen Endlage des Schiebers zur dichtenden Anlage an der Seitenfläche
des nabenförmigen Fortsatzes der Dichtungsmembran kommt. Im mittleren Bereich weist
der Schieber ein einziges zweckmäßig ringförmiges Abdichtungselement auf, das in
den beiden Endl'gan des Schiebers die jeweilige Arbeitsleitung von der Zuführungsleitung
für das Druckmedium trennt. Erfindungsgemäß
ist das ringförmige
Abdichtungselement in einer durch zwei Punkte am Schieber axial begrenzten runden
Ausnehmung eingelegt, wobei die Ausnehmung eine derartige Breite aufweist, daß sich
das ringförmige Abdichtungselement geringfügig relativ zum Schieber verlagern kann.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung verläuft die Zufährungsleitung
für das Druckmedium etwa rechtwinklig zur axialen Führungsbohrung für den Schieber
und das Druckmedium muß auf seinem Weg von der Zuführungsleitung zu einer der gleichfalls
rechtwinklig zuL axialen Führungsbohrung gerichteten Arbeitsleitungen die zentrale
Führungsbohrung durchfließen. We iterhin weist die Gehäusebohrung im mittleren Bereich
des Gehäuses zwei zueinander gerichtete ringförmige Vorsprünge auf, die unter Bildung
von abgestuften Ringscheiben abgeschrägt sind und von denen jeweils einer der Vorsprünge
in der jeweiligen Endlage des Sohiebers zur dichtenden Anlage am ringförmigen Abdichtungselement
kommt.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, die Bezug auf die einzige Figur der Zeichnung nimmt, die einen axialen Langsschnitt
durch das erfindungsgemäße Mehrwegeventil zeigt.
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Das in der Figur gezeigte Mehrwegeventil gemäß der Errundung besitzt
sin Gehäuse 1, das aus zwei Gehäusepartien
2 und 3 besteht. Die
beiden Gehäusepartien 2 und 3 sind über einen entsprechenden Vorsprung 4 und eine
Bohrung 5 ineinander zentriert und weisen im Bereich der Tellungsfuge 6 einen Dichtring
7 auf. An den axialen Enden des Gehäuses 1 sind Abdeckkappen 8 und 9 vorgesehen.
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Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein länglicher Schieber lo angeordnet,
der im Ausführungsbeispiel sowohl rotationssymmetrisch als auch symmetrisch zur
rechtwinklig zur Langsmittelachss erlaufenden Mittelebene ausgebildet ist. Auch
die Anordnung der übrigen, im folgenden näher beschriebenen Einzelteile ist symmetrisch
in bezug auf die Mittelebene. Im Gehäuse 1 sind mehrere Bohrungen, die rechtwinklig
zur Achse des Schiebers lo verlaufen, angebracht. Bei diesen Bohrungen handelt es
sich um die Zuführleitung 11 für das Druckmedium (P) und jeweils in beiden axialen
Richtungen gesehen die Arbeitsleitungen 12 und 13 (A, B), die zu einem hier nicht
weiter dargestellten Verbraucher führen, und die Entlüftungsleitungen 14 und 15
(R, S). Die Bohrungen 16 und 17 in den Abdeckk appen 8 und 9 bezeichnen die Steuerleitungen
zur jeweiligen axialen Verschiebung des Schiebers lo gemäß Doppelpfeil 18.
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In den beiden axialen Endbereichen des Schiebers lo sind jeweils eine
Steuerungsmembran 19 bzw. 20 und
eine dieser vorgeschaltete Dichtungsmembran
21 bzw. 22 angeordnet, auf deren konstruktive Ausbildungen im folgenden eingegangen
werden soll.
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Die Steuerungsmembran 19 bzw. 20 ist etwa scheibenförmig gestaltet
und weist eine Sackbohrung 23 bzw. 24 in ihrem mittleren, verdickten Bereich auf.
In diese Sackbohrung 23 bzw. 24 greift das Ende des Schiebers lo ein.
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Der in radialer Richtung gemessene Abstand "x" zwischen der Einspannstelle
am Gehäuse 1 für den Außenumfang der Steuermembran 19 (das selbe gilt natürlich
auch für die Steuermembran 2c) und der Einstannstelle am Schieber lo für den inneren
Bereich der Steuerungsmembran ist um einen solchen Betrag kleiner als der Abstand
zwischen den einzuspannenden Partien am Außenumfang und am Innenumfang der Steuerungsmembranen,
wenn diese nicht eingespannt sind und sich in der Ruhelage befinden, daß die Steuerungsmembranen
19, 20 im eingespannten Zustand in beiden Endlagen (gezeigt ist in Fig. die vom
Betrachter der Zeichnung aus gesehene rechte Endlage) im Querschnitt einen bogenförmigen
Verlauf haben und beim Verschieben unter der Wirkung eines der Steuerleitung 17
aufgepägten Impulses aus der einen Endlage nach Durchlaufen einer Totpunktlage in
die andere (in der Zeichnung linken) Endlage überschnappen. Das gleiche trifft auch
auf die Dichtungsmembran 21 und natürlich auch auf die Dichtungsmembran 22 zu. Auch
hier ist der radiale Abstand flyll zwischen den
beiden Einspannstellen
gegenüber der tatsächlichen radialen Erstreckung bei nicht eingespannter Membran
so gewählt, daß die Dichtungsmembranen 21 und 22 etwa bogenförmig verlaufen und
nach Durchgang durch die Totpunktlage in die andere Richtung überschnappen. Die
Dichtungsmembranen 21 und 22 sind als Ringscheiben ausgebildet und weisen einen
etwa Z-förmigen Querschnitt auf. Der äußere Rand der Dichtungsmembranen 21 und 22
besitzt eine radial nach außen weisende ringförmig umlaufende Rippe 25 bzw.
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26, die an einen Stirnansatz des Gehäuses 1 anliegt, während der innere
Rand der Dichtungsmembranen 21 und 22 einen in axialer Richtung verlängerten nabenförmigen
Fortsatz 27 bzw. 28 tragt, der zeitweilig die Abdichtung z-fivehen einem der Anschlüsse
der Arbeitsleitungen 12 bzw. 13 und der zugehörugii Entlüftung 14 bzw. 15 herbeiführt.
Die Fortsätze 27 und 28 sind zwischen Schultern 29 und 3c bzw. 31 und 32 am Schieber
lo gehalten, womit die gesamte Dichtungsmembran 21 bzw. 22 am Schieber lo befestigt
ist und die Bewegungen des Schiebers lo mitmachen kann.
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Zwischen jeder der Steuerungsmembranen 19 bzw. 20 und die ihnen zugeordneten
Dichtungsmembranen 21 bzw. 22 sind zwei zueinander koaxiale Ringkörper 33 und 34
bzw.
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35 und 36 angeordnet. Der innere Ringkörper 34 bzw. 36 sitzt auf de1
Schieber lo, ist etwa im Querschnitt L-förmig gestaltet und legt sich mit der einen
Seitenfläche
seines radial gerichteten Schenkels 37 bzw. 38 an
die jeweiligen Steuerungsmembranen 19 oder 20 an, während das freie Ende seines
axial gerichteten Schenkels 39 bzw. 40 mit der Dichtungsmembran 21 bzw. 22 in Berührung
steht. Der äußere Ringkörper 33 bzw. 35 wird zentriert in der Bohrung des Gehäuses
1 gehalten und legt sich mit seinen Stirnflächen oder einem Teil aeiner Stirnflächen
im Bereich seines äußeren Umfangs an die Steuerungsmembran 19 bzw. 20 und im Bereich
seines Innenumfangs an die Dichtungsmembran 21 bzw. 22 an, die auf diese Weise zwischen
ihm und dem Gehäuse festgespannt wird. Außerdem weisen die Stirnseiten der äußeren
Ringkörper 33, 35 Hinterschneidungen auf, derart, daß axial gerichtete Vorsprünge
oder Abschrägungen 41 und 42 bzw. 43 und 44 entstehen, die die äußeren Ränder der
Steuerungs- und der Dichtungsmembran hintergreifen bzw. untergreifen. Zu-3ätslich
ist jeweils an den äußeren Ringkörpern 33 und 35 mindestens ein axl gerichteter
zapfenvörmiger Vorsprung 45 bzw. 46 vorgesehen, der in eine entsprechende Bohrung
im Gehäuse 1 eingreift.
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Aus der Zeichnung geht auch hervor, daß in Nuten des Schiebers lo
eingeschnappte Sprengringe 47 und 48 angeordnet aind, welche die inneren Ringkörper
37 und 38 an einer Seite am Schieber lo Sesthalten, während diese Ringkörper an
der anderen Seite durch die Dichtungmembran feßtgehalten werden.
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Die Gehäusebohrung weist im Bereich der Dichtungsmembranen 22 21 und/jeweils
eine Abstufung 49 und 50 auf. Zu diesem Zweck ist jeweils ein ringförmiger Vorsprung
vorgesehen, der radial nach innen vorsteht und dessen Ende zu den Dichtungsmembranen
hin weist und derart abgeschrägt ist, daß etwa eine abgestufte Ringschneide entsteht,
die in der jeweiligen Endlage des Schiebers lo zur dichtenden Anlage an der Seitenfläche
des nabenförmigen Fortsatzes 27 bzw. 28 der Dichtungsmembran 21 und 22 kommt. Ebensolche
ringschneidenartig ausgebildete Abstufungen zeigt der mittlere Bereich des Gehäuses
1, die hier mit 51 und 52 bBeichnet sind. An diese Ringschneiden legt sich in der
jeweiligen Endlage des Schiebers lo ein Dichtring 53, der etwa förmigen Querschnitt
hat, an. Der Dichtring 53 ist in eine von zwei Schultern 54 und 55 am Schieber lo
begrenste Ausnehmung 56 eingelegt. Die Breite der Ausnehmung 56 ist hierbei so gewählt,
daß sich das ringförmige Abdichtungselement 53 geringfügig relativ zum Schieber
lo in axialer Richtung verlagern kann.
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Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß der äußere Ringkörper
33 bzw. 35 an der dem radial gerichteten Schenkel 37 bzw. 38 des inneren Ringkörpers
34 bzw. 36 zugewandten Seitenfläche eine Ausnehmung 56 bzw. 57 besitzt, die im Querschnitt
dem Querschnitt der Innenringkörper 34 und 36
entspricht, so daß
dieser in der einen Endlage, in der der innere Ringkörper den kleinsten axialen
Abstand zum äußeren Ringkörper besitzt (in der Zeichnung ist dies bei den links
angeordneten Ringkörpern der Fall) von der Ausnehmung 56 bzw. 57 aufgenommen wird.
Die äusseren Ringkörper sind hierbei gehäusefest angeordnet, während die inneren
Ringkörper sich mit dem Schieber bewegen.
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Es sei nun kurz auf die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils
eingegangen: In der in der zeichnung dargestellten Lage des Schiebers lo strömt
das Druckmedium von der Bohrung 11 über die Bohrung des Gehäuses 1 zur Arbeitsleitung
12, die zum nicht gezeichneten Verbraucher, z.B. der einen Seite eines Arbeitskolbens,
führt. GLeichzeitig ist die Arbeitsleitung 13, die ebenfalls zum Verbraucher, z.B.
zu der anderen Seite eines Arbeitskolbens ffihrt, mit der Entlüftungsleitung 15
verbunden. Die Arbeitsleitung 13 und die Entlüftungsleitung 15 sind gegenüber der
Druckmediumszuführung 11 und der Arbeitsleitung 12 durch das Abdichtungselement
53 getrennt. Außerdem sind die Druckluftzuführung 11 und die Arbeitaeitung 12 gegenüber
der Entlüftung 14 durch den als Dichtung wirkenden zylindrischen Fortsatz 28 der
Dichtungsmembran 22 abgedichtet.
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Um nun das Mehrwegeventil umzuschalten, d.h. den Schieber
lo
in die andere, in der Zeichnung linke Endlage zu bringen, muß auf den Schieber lo
eine in Richtung zur anderen Endlage hin gerichtete Kraft ausgeübt werden.
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Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß die Steuerleitung 17 mit Druck
beaufschlagt wird. Denkbar ist jedoch auch eine hier nicht näher dargestellte Verstellung
mittels entsprechender magnetischer Felder od.dgl.. Bewegt sich nun der Schieber
lo in die andere Endlage, d.h.
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also nach links, so hebt sich zuerst der zylindrische Fortsatz 28
an der Dichtungsmembran 22 von der entsprechenden Dichtfläche (Abshfung 50 ab).
Das Abdichtingselement 53 bleibt in der Anfangsphase der Verschiebung des Schiebers
lo noch abdichtenger Ringscheibe liegen, da es> wie beschrieben, geringfügig
gegenüber dem Schieber lo verschiebbar ist. Der von der Druckzuführung 11 und der
Fiihrungsbohrung ausgehende Druckstoß auf.die Dichtungsmembran 22 beschleunigt den
Verschiebungsvorgang des Schiebers 10. Außerdem trägt zu einer schnellen Verschiebung
des Schiebers lo auch die bereits beschriebene Charakteristik der Steuerungsmembranen
19 und 20 sowie der Dichtungsmembranen 21 und 22 bei, die nach Durchlauten der Totpunktlage,
bei der der äußere Randbereich der Dichtungsmembran und der Steuerungsmembran in
einer radialen Ebene zu liegen kommen, eine in Richtung der Verstellbewegung des
Schliebers 10 wirkende Kraft auf den Schieber lo ausüben. Die Charakteristik der
Steuerunge- und Dic:htungemembranen kann deshalb als 'aSpringcharakteristik
"
oder "Schnappcharakteristik" bezeichnet werden. In dem Moment, in dem Steuerungsmembrane
und Dichtungsmembrane ihre Totpunktlage durchlaufen, wird das Abdichtungselement
53 von der Schulter 55 am Schieber lo mitgenommen und kommt in der anderen Endlage
des Schiebers lo an der Ringschneide 51 zur Anlage. Sobald die in der Zeichnung
linke Endlage des Schiebers lo erreicht ist, ist e Druckzuführung 11 mit der Arbeitsleitung
13 verbunden, während die Entlüftung 15 aufgrund der dichtenden Anlage des zylindrischen
Fortsatzes 27 der Dichtungsmembran 21 von diesen Leitungen getrennt ist. Die Arbeitsleitung
12 steht mit der Entlüftung 14 in Verbindung. Die Bewegung des nichtdargestellten
Verbrauchere, s.B. des Arbeitskolbens einer Wrbeitsmaschine farläuSt nun in der
entgegengesetzten Richtung. Infolge der besonderen Ausbildung der Dichtfläche als
abgestufte Ringschneide ist eine sichere Abdichtung der jeweiligen Arbeitsleitung
gegenüber der Druckzuführung und den Entlüftungsbohrungen gewährleistet.
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Zu einer besonders wirksamen Abdichtung des Abdichtelementes 53 trägt
auch bei, daß die in axialer Richtung und radial nach innen wirkenden Druckkomponenten
des in der Bohrung des Gehäuses befindlichen Druckmediums das Abdichtungselement
53 sowohl an die entsprechende Ringschneide 51 bzw. 52 als auch in die Ausnehmung
56 presst.
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Das Mehrwegeventil gefäß der Erfindung zeichnet sich
durch
einen einfachen Aufbau aus, und ist leicht herzustellen. Der Schaltvorgang ist denkbar
kurz, weil keinerlei Reibung, abgesehen von der inneren Reibung der Steuerungs-
und Dichtungsmembrane, vorhanden ist.
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Eine Beschleunigung des Schaltvorganges ergibt sich auch aus der nSpringcharakteristikn
oder 'ßSchnappcharakteristik" der Dichtungs- und Steuerungsmembrane.
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Es ist darüber hinaus nunmehr auch möglich, eine Umsteuerung auch
dann vorzunehmen, bevor der Arbeitskolben seine jeweilige Endlage erreicht hat,
man kann also gewissermaßen auf halber Strecke schon Umschaltimpulse geben, ohne
mit dem Gegenbefehl abwarten zu müssen, bis der Zylinder seine auf den ersten Impuls
zuruckzuführende Endstellung eingenommen hat.
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Im übrigen ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß jede Steuerungsmembran
und die ihr sugeordnete Dichtungsmembran in den Endlagen jeweils nach der selben
gemeinsamen Richtung gewölbt sind, d.h. daß beide nach rechts oder beide nach links
- je nach Endstellung gewölbt sind, wobei jedoch die Befestigungsvorsprünge an den
beiden einander zugeordneten Membranen koaxial sind und nach einander entgegengesetzten
Richtungen weisen: die Vorsprünge 27, 28 an den beiden Dichtungsmembranen jeweils
nach innen und aufeinander zu, die Vorsprünge oder zentralen Verdickungen an den
beiden Steuerungsmembranen jeweils von einander weg und nach aussen