DE2061545C3 - Mehrwegesteuerventil mit gesonderten Membranen für die Führung und die Betätigung des Verschlußgliedes - Google Patents

Description

Du. vorliegende Frfmdiing be/icht sich juf cm ss Steuerventil in Mehrwegcbauart mit Anschlüssen fur die Druckmittelzufuhr, die Arbeitslcitungen /u dein Verbraucher und die Fntlüftung. dessen axial verschieb bares Vcschlußglied ring oder scheibenförmige, als Hubventil wirkende Abdichtungen sowie an wenigstens einem axialen Ende eine mit ihrem inneren Rand am Umfang des Verschlüßgliedcs aufsitzende Membran •zur bistabilen Halterung und reibungslosen Betätigung des Verschlußgliedes trägt, Welche mit einer Dichtfläche den Weg zwischen einem Arbeitsanschluß und einem Entlüftungsanschluß steuert.

Mehrwegeventile mit den verschiedensten Teilen zur Herbeiführung einer Abdichtung, wie Z. B. Tellerventilen. Flachschiebern, Plaitenventilen, Drehschiebern usw. sind bekannt. Diese bekannten Ventile haben entweder eine harte metallische Abdichtung oder eine elastische Abdichtung und sind je nach Konstruktion leckdicht oder sie haben eventuell auch dauernd sogenannte »Schleichluft«. Die Ausführungen dieser Art haben den Nachteil, daß einerseits Gleilflächen und damit Verschleißteilen 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.

Man hat deshalb auch schon mit der DE-AS 11 68 721 und mit der DE-OS 20 02 393 Steuerventile in Mehrwegebauart mit Anschlüssen für die Druckmittelzufuhr, die Arbeitsleitungen zu dem Verbraucher und die Entlüftung vorgeschlagen, wobei bei der DE-AS 11 68 721 das axial verschiebbare Verschlußglied ring- oder scheibenförmige als Schieber b2w. Hubventil wirkende Abdichtungen sowie an wenigstens einem axialen Ende eine mit ihren ihren inneren Rand am Umfang des Verschiußgliedes aufsitzende Membran zur bistabilen Halterung und reibungslosen Betätigung des Verschlußgliedes trägt. Bei dieser vorbekannten Anordnung ist dem jeweiligen axialen Ende nur je eine einzige Membran zugeordnet, wobei diese einzige Membran einerseits vom Steuerdruck und andererseits vom Arbeitsdruck beaufschlagt wird, so daß es unter Umständen da/u kommen kann, daß diese beiden Drucke sich unter Verursachung von Störungen in der Funktion des Ventils gegenseitig beeinflussen, was /. B. bei einem möglichen Rückstau aus dem Verbraucheranschluß von besonderer Bedeutung sein könnte.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, hier Abhilfe /u finden, und sie hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Ventil der hier in I rage stehenden Art zu schaffen, bei dem es ausgeschlossen ist. daß der Steuerdruck und der Arbeitsdruck sich gegenseitig be cinflussen.

Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Frfin dung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß an wenigstens einem axialen finde des Verschlußgliedes /wci Membranen vorgesehen sind, deren eine als Betäti gungsmembran an ihrer Außenfläche vom Beläligungs druckmittel bcaiifschlagbar ist und deren andere sowohl als Halterungsmembran /ur reibungslosen IUh rung des Vtrsc hlußgliedc". als auch durch ihre bistabile Gestaltung und Anordnung /um Definieren der ge wünschten Schallstelliingen und schließlich als Dich tungsmembran /ur Steuerung des Weges /wischen Verbraucher und Fnlluftungsanschlul! dicnl und die beiden Membranen einen Raum /wischen sich enthalten, der einerseits von der Betätigungsmembran gegen den Bcläligungsdruck und andererseits von der Halte rungs und Dichiungsmembran t'cgcn den Arbeitsdruik abgeschirmt wird

Hei einem erfindurigsgemallcn Ventil sind jn einem oder ledern axialen t nde des VerschluUgliedes /wo Membranen zugeordnet, und es erfolgt eine trennung und Aufteilung der den Membranen zugedachten Funk tionen, derart, dall cine Membran die Dicht-, Halterungs* und Schnappfunktion und eine weitere Membran die Steuerfunktion übernimmt, was im Hinblick auf einen möglichen Rückstau aus dem Verbraucheranschluß zweckmäßig ist, weil nun dieser Einfluß durch von der Größe der Sleuermembran abweichende Dimensionierung der zweiten Membran beherrscht werden kann.

Die Anordnung kann ζ. B so getroffen sein, daß /wischen jeder Betätigungsmembran und der ihr zugeordneten Dichtungsmembran zwei zueinander koaxiale Ringkörper angeordnet sind, von denen der innere Ringkörper auf dem Schieber sitzt, etwa L-förmig gestaltet ist und sich mit der einen Seitenfläche seines radial gerichteten Schenkels an die Betäligungsmembran und mit dem freien Cnde seines axial gerichteten Schenkels an die Dichtungsmembran anlegt, während der äußere Ringkörper in der Gehäusebohrung zentriert gehalten wird und sich mit seinen Stirnflächen oder einem Teil seiner Stirnflächen im Bereich seines äußeren Umfanges an die Betätigungsmembran und im Bereich seines inneren U-nfangs an die Dichtungsmembran unter Druck anlegt. Eine solche Ausbildung bringt Vorteile hinsichtlich Fertigung und Montage mit sich.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung nimmt Bezug auf die einzige Figur der Zeichnung, die einen axialen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Mehrwegeventil zeigt.

Das in der Figur gezeigte Mehrwegeventil gemäß der Erfindung besitzt ein Gehäuse 1. das aus 'wei Gehäusepartien 2 und 3 besteht. Die beiden Gehäuseparlien 2 und 3 sind über einen entsprechenden Vorsprung 4 und eine Bohrung 5 ineinander zentriert und weisen im Bereich der Teilungsfuge 6 einen Dichtring 7 auf. An den axialen Enden des Gehäuses I sind Abdeckkappen 8 und 9 vorgesehen.

Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein länglicher Schieber 10 angeordnet, der im Ausfiihrungsbeispiel sowohl rotationssymmetrisch als auch symmetrisch zur rechtwinklig zur Längsminelachse verlaufenden 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 10 verlaufen, angebracht. Bei diesen Bohrungen handelt es sich um die Zuführleitung 11 für das Druckmedium (P) und jeweils in beiden axialen Richtungen gese'-en die Arbeitsleitungen 12 und 13 (A. B). die /u einem hier nicht weiter dargestellten Verbraucher fuhren, und die Entlüftungsleitungen 14 und 15 (R. S). Die Bohrungen 16 und 17 in den Abdeckkappen 8 und 9 bezeichnen die Steuerleitungen zur jeweiligen axialen Verschiebung des Schiebers 10 gemäß Doppe!- pfeil 18.

In den beiden axialen Endbereiehen des Schiebers 10 sind jeweils eine Sleuerungsmembian 19 bzw. 20 und eine dieser vorgeschaltete Dichtungsmembran 21 bzw 22 angeordnet, auf deren '-onstruktive Ausbildungen im folgenden eingegangen werden soll.

Die Sici; Tiingsmembrar 19 bzw. 20 ist etwa schcibcnfortMj! gestaltet und weist eine Sackbohrung 23 bzw 24 in ihrem mittleren, verdickten Bereich auf. In diese Saikhohning 23 bzw. 24 greift das linde des Schiebers 10 ein. Der in radialer Ri' htung gemessene Abstand »v« zwischen der Einspannstellc am Gehäuse I fur den AiiUcmimfang der Sleuermembran 19 (dassel be gilt natürlich auch fur die Sleuermeiiibran 20) und der t'mspannstcllc am Schieber 10 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 Stcuerungsmembranen 19, 20 im eingespannten Zustand in beiden Endlager, (gezeigt ist in der Figur die vom Betrachter der Zeichnung aus gesehene rechte Endlage) im Querschnitt einen bogenförmigen Verlauf haben und beim Verschieben unter der Wirkung eines der Steuerleiiung 17 aufgeprägten Impulses aus dfr 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 Absland »yu 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 ringförmige umlaufende Rippe 25 bzw. 26. die an einen Stirnsatz des Gehäuses 1 anliegt, während der innere Rand der Dichtungsmembranen 21 und 22 einen in axialer Richtung w. iängerten nabenförmigen Fortsatz 27 bzw. 28 trägt, dei zeitweilig die Abdichtung /wischen einem der Anschlüsse der Arbeitsleitungen 12 bzw. 13 und der zugehörigen Entlüftung 14 bzw. 15 herbeiführt. Die Fortsat/e 27 und 28 sind zw.sehen Schultern 29 und 30 bzw. 31 und 32 am Schieber 10 gehalten, womit die gesamte Dichtungsmembran 21 bzw. 22 am Schieber 10 befestigt ist und die Bewegungen des Schiebers 10 mi'machen kann.
Zwischen jeder der Steuerungsmembranen 19 bzw.

20 und die ihnen zugeordneten Dichtungsmembranen

21 bzw. 22 sind zwei zueinander koaxiale Ringkörper 33 und 34 bzw. 35 und 36 angeordnet. Der innere Ring körper 34 bzw. 36 sitzt auf dem Schieber 10. 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 gerichtteten 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 gehallen und legt sich mit seinen Stirnflächen oder einem Teil seinei Stirnflächen im Bereich seines äußeren llmfangs an die Steuerungsmembran 19 bzw. 20 und im Bereich seines Inncnumfangs 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 llinlerschneidungcn auf. derart, daß axial gerichtete Vorsprünge oder Abschrägungen 41 und 42 bzw. 43 und 44 entstehen. d;e die äußeren Rändern der Steuc rungs· und der Dichtungsmembran hintergreifen bz« untergreifen. Zusätzlich ist jeweils an den äußeren R ngkarpern 33 und 35 mindestens ein axial gerichteter Ziipfenförmigcr Vorsprung 45 bzw. 46 vorgesehen, der in eine entsprechende Bohrung im Gehäuse 1 eingreift.

Aus der Zeichnung geht auch hervor, daß in Nuten des Schiebers 10 eingeschnappte Sprengringe 47 und 48 angeordnet sind weiche die inneren Ringkörper 37 und 38 an einer Seite am Schieber 10 festhalten, wan rend diese Ringkörper an der anderen Seite durch tlie Dichtungsmembran festgehalten werden.

Die Gehäuscbohriing weist im Bereich der Dichtungsmembranen 21 und 22 jeweils eine Abstufung 49 und 50 auf. Zu diese-n 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 ab-

gestufte Ringscheide entsteht, die in der jeweiligen Endlage des Schiebers 10 zur dichtenden Anlage an der Seitenfläche des nabenförmigen Fortsatzes 27 bzw. 28 der Diclilungsmembran 21 und 22 kommt. Ebensolche ringschneidenartig ausgebildete Abstufungen zeigt der mittlere Bereich des Gehäuses 1, die hier mit 51 und 52 bezeichnet sind. An diese Ringschneiden legt sich in der jeweiligen Endlage des Schiebers 10 ein Dichtring 53, der etwa O-förmigen Querschnitt hat, an. Der Dichlrjng 53 ist in eine von zwei Schullern 54 und 55 am Schieber 10 begrenzte Ausnehmung 56 eingelegt. Die Breite der Ausnehmung 56 ist hierbei so gewählt, daß sich das ringförmige Abdichtungselement 53 geringfügig relativ zum Schieber 10 in axialer Richtung verlagern kann.

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. Jb zugewandten Seitenfläche eine Ausnehmung 56 bzw. 57 besitzt, die im Querschnitt dem Querschnitt der Innenringkörpcr 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

Es sei nun kurz auf die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils eingegangen:

In der in der Zeichnung dargestellten Lage des Schiebers 10 strömt das Druckmedium von der Bohrung 11 über die Bohrung des Gehäuses 1 zur Arbeilsieitung 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 führt, mit der Entlüftungsleitung 15 verbunden. Die Arbeitsleitung 13 und die Entlüftungsleitung 15 sind gegenüber der Druckmediumszuführung 11 und der Arbeitsleitung 12 durch das Abdichtungsclement 53 getrennt. Außerdem sind die Druckluftzuführung 11 und die Arbeitsleitung 12 gegenüber der Entlüftung 14 durch den als Dichtung wirkenden zylindrischen Fortsatz 28 der Dichtungsmembran 22 abgedichtet.

Um nun das Mehrwegeventil umzuschalten, d. h. den Schieber 10 in die andere, in der Zeichnung linke Endlage zu bringen, muß auf den Schieber 10 eine in Richtung zur anderen Endlage hin gerichtete Kraft ausgeübt werden. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß die Steuerleitung 17 r-.<it Druck beaufschlagt wird. Denkbar ist jedoch auch eine hier nicht näher dargestellte Verstellung mittels entsprechender magnetischer Felder od. dgl. Bewegt sich nun der Schieber 10 in die andere Endlage, d.h. also nach links, so hebt sich zuerst der zylindrische Fortsatz 28 an der Dichtungsmembran 22 von der entsprechenden Dichtfläche (Abstufung 50) ab. Das Abdichtungselement 53 bleibt in der Anfangsphase der Verschiebung des Schiebers 10 noch abdichtend an der Ringscheibe liegen, da es, wie beschrieben, geringfügig gegenüber dem Schieber 10 verschiebbar ist. Der von der Druckzuführung 11 und der Führungsbohrung ausgehende Druckstoß auf die Dichtungsmembran 22 beschleunigt den Verschiebungsvorgang des Schiebers 10. Außerdem trägt zu einer schnellen Verschiebung des Schiebers 10 auch die bereits beschriebene Chariiktcristik der Sicucrungsmenibranön 19 und 20 sowie der Diclilungsmcmbrancn 21 und 22 bei, die nach Durchlaufen der Totpunktlage, bei der der äußere Ratldbereich der Dichtungsmembran und der Steue-S rungsmembran in einer radialen Ebene zu liegen kommen, eine in Richtung der Verstellbewegung des Schiebers 10 wirkende Kraft auf den Schieber 10 ausüben. Die Charakteristik der Slcuerungs- und Dichtungsmembranen kann deshalb als »Springcharakteristik«

ίο oder »Schnappcharaklcristik« bezeichnet werden. In dem Moment, in dem Stcucrungsmembrane und Dichtiingsmembranc ihre Tolpunktlagc durchlaufen, wird das Abdichtungselement 53 von der Schulter 55 am Schieber 10 mitgenommen und kommt in der anderen Endlage des Schiebers 10 an der Ringscheibe 51 zur Anlage. Sobald die in der Zeichnung linke F.ndlage des Schiebers 10 erreicht ist, ist die Druckzuführung 11 mit der Arbcitsleitung 13 verbunden, während die Enllüf tung i5 auf Grund der dichtenden Anlage des «yiiiidi isehen Fortsalzes 27 der Dichtungsmembran 21 von diesen Leitungen getrennt ist. Die Arbeilsleitung 12 steht mit der Entlüftung 14 in Verbindung. Die Bewegung des nicht dargestellten Verbrauchers, z. B. des Arbeitskolbens einer Arbeitsmaschine, verläuft nun in der ent- gegengesetzten Richtung. Infolge der besonderen Ausbildung der Dichtfläche als abgestufte Ringschneidc ist eine sichere Abdichtung der jeweiligen Arbeitsleitung gegenüLir der Druckzuführung und den Entlüftungsbohrungen gegenüber der Druckzuführung und den Enllüftungsbohrungen gewährleistet. Zu einer besonders wirksamen Abdichtung des Abdirhtelcmenles 53 53 trägt auch bei. daß die in axiakir 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.

Das Mehrwegeventil gemäß 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 Dichtungsmembran, vorhanden ist. Eine Beschleunigung des Schaltvorganges ergibt sich auch aus der »Springcharakteristik« oder »Schnapp-Charakteristik« der Dichtungs- und Steuerungsmembran. Es ist darüber hinaus nunmehr auch möglich, eine Umsteuerung auch dann vorzunehmen, bevor der Arbeitskoiben 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 a..f den ersten Impuls zurückzuführende Endstellung eingenommen hat.

Im übrigen ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß jede Steuerungsmembran und die ihr zugeordnete Dichlungsmembran in den Endlagen jeweils nach derselben 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 voneinander weg und nach außen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Steuerventil in Mehrwegebauart mil Anschlüssen für die Druckmittelzufuhr, die Arbeitsleitungen zu dem Verbraucher und die Entlüftung, dessen axial verschiebbares Verschlußglied ring- oder scheibenförmige, als Hubventil wirkende Abdichtungen sowie an wenigstens einem axialen Fnde eine mit ihrem inneren Rand am Umfang des Verschlußgliedes aufsitzende Membran zur bistabilen Halterung und reibungslosen Betätigung des Ver-Schlußgliedes trägt, weiche mit einer Dichtfläche den Weg zwischen einem Arbeitsanschluß und einem Entlüftungsanschluß steuert, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einem axialen Ende des Verschlußgliedes (10) zwei Membra- '⁵ nen vorgesehen sind, deren eine (19 bzw. 20) als Betätigungsmembran an ihrer Außenfläche vom Betäligungsdruckmitte! beaufschlagbar ist und deren andere (21 bzw. 22) sowohl als Halterungsmembran /ur rettungslosen Führung des Verschlußgliedes (!0) als auch durch ihre bistabile Gestaltung und Anordnung zum Definieren der gewünschten Schaltstellungen und schließlich als Dichtungsmembran /ur Steuerung des Weges zwischen Verbraucher- (12 bzw. 13) und Entiüftungsanschluß (14 b/w. 15) dient, und die beiden Mc-nbranen (19. 21 bzw. 10. 22) einen Raum /wischen sich enthal'en. der ei n. ■ ■'·. vom .lcr Uei.iligungsniembran( 14 h/v. 20) gegen den Belatigungsdruck und andererseits von der Halterungs- und Dichiungsmembran (21 bzw. 22) gegen de ■ Arbeitsdruck abgeschirmt wird.
2. 2. Ventil nach Anspruch I, Ί-jdurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Betätigungsmembran (19 b/w. 20) und der ihr /uge;;rdne'e.n Dichiungsmem bran (21 b/w. 22) zwei zueinander koaxiale Ring körper (33 und 34 b/w. 35 und 36) angeordnet sind. von denen der innere Ringkörper (34 und 36) auf dem Schieber (10) sit/t. etwa L-förmig gestaltet ist und sich mit der einen Seitenfläche seines radial gerichteten Schenkels (37 b/w. 38) an die Bclätigungs ^a0 membran (19 b/w 20) und mit dem freien Fnde seines axial gerichteten Schenkels (39 b/w. 40) an dl. Dichtungsniembran (21 b/w. 22) anlegt, während der äußere Ringkörper (33 b/w. 35) in der Gehäuse bohrung zentriert gehalten wird und sich mit semen ^ Stirnflächen oder einem Teil seiner Stirnflächen im Bereich seines äußeren Umfangcs an die Betäti gungsmembran (19 b/w. 20) und im Bereich seines inneren Umfangs an die Dichiungsmembran (21 b/w. 22) unter Druck anlegt. ^v'