DE2431135A1 - Mehrwegeventil - Google Patents
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Description
26.Juni 1974
D 4699 - dial
Festo-Maschinenfabrik Gottl. Stoll,Esslingen/N.
Mehrwegeventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil mit einem einen von Druckmedium gesteuerten und axial verschiebbar gelagerten
Hauptventilkörper enthaltenden Hauptventilraum und
mit einem einen mechanisch betätigbaren Steuerventilkörper
enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum
mindestens eine von einer Druckmediumquelle herführende Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers
von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten
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Endstellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung verbundene
Arbeitsleitung mündet. Die Erfindung "betrifft also ein Mehrwegeventil, bei dem die Steuerung des Hauptventils
mittels eines Steuerventils erfolgt, das mechanisch betätigbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges ^ehrwegeventil zu schaffen, das äußerst betriebssicher
arbeitet und dabei einfacher im Aufbau und billiger in der Herstellung als bekannte Mehrwegeventile ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der in axialer Sichtung neben dem Hauptventilraum angeordnete
Steuerventilraum durch eine in axialer -Richtung bewegliche
Trennwand von dem Hauptventilraum getrennt ist, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte erste axiale Stirnseite des
Hauptventilkörpers in jeder Stellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung in Verbindung steht und der die der ersten
Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite enthaltende zweite axiale Endbereich des Hauptventilkörpers mit der beweglichen
Trennwand fest verbunden ist, und daß in den Steuerventilraum eine Verbindungsleitung mündet, die andererseits stets mit der
ersten Stirnseite des Hauptventilkörpers in offener Verbindung steht, wobei der Steuerventilraum außerdem mit einer Steuerentlüftungsleitung
verbunden ist und der Steuerventilkörper in seiner ersten Endstellung bei geöffneter Verbindungsleitung die
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Steuerentlüftungsleitung verschließt und in seiner zweiten
Endstellung bei geöffneter Steuerentlüftungsleitung die Verbindungsleitung
verschließt, wobei die vom Steuerventilraum aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der beweglichen
Trennwand größer ist als die in umgekehrter Richtung beaufschlagbare Fläche des Hauptventilkörpers, so daß sich bei
Überführen des Steuerventilkörpers aus seiner ersten Endstellung in seine zweite üoadstellung der Hauptventilkörper schnappend
aus seiner ersten -ündstellung in seine zweite Endstellung
überstellt und umgekehrt. Befindet sich also der Steuerventilkörper beispielsweise in seiner ersten, die Steuerentlüftungsleitung
verschließenden Stellung, so steht der Steuerventilraum über die Verbindungsleitung mit der Druckleitung in Verbindung,
so daß an den beiden Stirnseiten des Hauptventilkörpers
in entgegengesetzten .Richtungen zwar derselbe Druck ansteht,
wobei jedoch die vom Steuerventilraum aus auf den Hauptventilkörper ausgeübte Kraft die in entgegengesetzter Richtung auf
den Hauptventilkörper wirkende Kraft überwiegt, so daß der
Hauptventilkörper in seiner ersten Endstellung gehalten wird. Wird nun der Steuerventilkörper mechanisch betätigt und dabei
in Richtung auf seine zweite, die Verbindungsleitung verschliessende Stellung hin bewegt, so wird dadurch die Steuerentlüftungsleitung
frei gegeben, wobei schon nach einem verhältnismäßig
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kurzen Betätigungsweg der freie Querschnitt der Steuerentlüftungsleitung
einen solchen Betrag annimmt, daß der statische Druck im Steuerventilraum den Hauptventilkörper nicht mehr
in seiner ersten ündstellung halten kann, so daß sich der Hauptventilkörper schon bevor der Steuerventilkörper vollständig
in seine zweite ündstellung überführt ist, schnappend auf seine zweite Endstellung hin bewegt. Zu dem einfachen Aufbau
und der Betriebssicherheit tritt also noch der Vorteil einer äußerst kurzen Schaltzeit hinzu. Besonders zweckmäßig ist
es, daß das Gehäuse des Mehrwegeventils eine axiale zylindrische Ausnehmung besitzt, die durch eine mit ihrem Außenumfang
fest eingespannte und die bewegliche Trennwand darstellende Membran aus elastischem Material in den Hauptventilraum und in
den Steuerventilraum unterteilt ist und die Druckleitung an der stirnseitigen Begrenzungsfläche ihrer axialen Ausnehmung zentral
in diese einmündet, wobei die einerseits von der Druckleitung und andererseits von der zylindrischen Mantelfläche der
axialen Ausnehmung begrenzte Ringfläche der stirnseitigen Begrenzungsfläche als Ventilsitz für die als erste Dichtfläche
ausgebildete erste Stirnseite des Hauptventilkörpers ausgebildet ist, der eine axiale Durchgangsbohrung als Verbindungsleitung
aufweist, wobei am äußeren Umfang des zweiten axialen ü.ndbereiches
des Hauptventilkörpers der innere umfang der Membran befestigt ist und wobei der Steuerventilkörper zentral im Steuer-
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ventilraum angeordnet ist und eine der Mündung der Durchgangsbohrung zugeordnete dritte Dichtfläche sowie eine vierte Dichtfläche
aufweist, die der zentral im der Membran in axialer Richtung gegenüberliegenden Deckel des Steuerventilraumes angeordneten
Steuerentlüftungsleitung zugeordnet isto In diesem Falle ist also der Hauptventilkörper mittels der Membran schwebend
und somit reibungsfrei aufgehängt, wobei die Bewegungsrichtung sowohl des Hauptventilkörpers als auch des Steuerventilkörpers
axial gerichtet ist und infolge der axialen Anordnung der Verbindungsleitung im Hauptventilkörper sichergestellt
ist, daß sich die Mündung der Verbindungsleitung in den Steuerventilraum beim Überführen des Hauptventilkörpers aus seiner
ersten Endstellung in seine zweite £ndstellung auf den sich in
entgegengesetzter Richtung bewegenden Steuerventilkörper hin bewegt,
so daß die Abnahme des statischen Druckes im Steuerventilraum aufgrund der Betätigung des Steuerventilkörpers nicht nur
die reine Schaltbewegung des Hauptventilkörpers bewirkt sondern auch, daß die Verbindungsleitung zum Steuerventilrau« hin sehr
schnell abgeschlossen wird, da sich ja in diesem Falle die Mündung der Verbindungsleitung und die zugeordnete Dichtfläche am
Steuerventilkörper aufeinander zu bewegen. Die Schaltbewegung
SO-
des Hauptventilkörpers wirkt also/zusagen selbst auf ihre Ursache
schaltbegünstigend ein und die Schaltzeit wird hierdurch
besonders kurz und außerdem tritt durch das sehr schnelle Ver-
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schließen der Mündung der Verbindungsleitung kein Dauerverbrauch
des Druckmediums auf.
In einfachster Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils
kann dieses außer der in den Hauptventilraum mündenden
Druckleitung nur noch die ebenfalls in den Hauptventilraum mündende
Arbeitsleitung aufweisen, das Mehrwegeventil kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß es zusätzlich noch eine Hauptentlüftungsleitung
besitzt, wobei die Arbeitsleitung je nach der Stellung des Hauptventilkörpers entweder mit der Druckleitung
oder mit der Hauptentlüftungsleitung verbunden ist. Vorteilhafterweise ist hierbei die Mündung der Arbeitsleitung in
den Hauptventilraum in der stirnseitigen Eingflache angeordnet
und die Hauptentlüftungsleitung mündet in axialer Sichtung gesehen zwischen der Arbeitsleitung und der Membran in den
Hauptventilraum, wobei von derzylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung an einer zwischen der Mündung der Arbeitsleitung und der Mündung der Hauptentlüftungsleitung liegenden
Stelle ein ringförmiger Absatz in radialer dichtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie des Hauptventilkörpers
mit Spiel umgreift, dessen von seiner verjüngten Partie zur stirnseitigen fiingfläche hin gerichtete Partie einen radial
gerichteten und die erste Dichtfläche sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Dichtfläche tnthaltenden Bund aufweist, des-
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sen axiale Abmessung kleiner ist als der Abstand des ringförmigen Absatzes von der den Hauptventilraum begrenzenden stirnseitigen
Ringfläche und dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des ringförmigen Absatzes und der in der
ersten Endstellung des Hauptventilkörpers an der stirnseitigen
-Ringfläche abdichtend anliegt, während er in der zweiten Endstellung
des Hauptventilkörpers an den ringförmigen Absatz abdichtend anliegt. Der Bund stellt also einen Doppelventilsitz
dar, wobei in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers bei offener Verbindung zwischen der Arbeitsleitung und der Hauptentlüftungsleitung
die erste Dichtfläche die Druckleitung zur Arbeitsleitung hin abschließt, während in der zweiten Endstellung
des Hauptventilkörpers bei geöffnetem Übergang von der Druckleitung zur Arbeitsleitung die Arbeitsleitung von der Hauptentlüftungsleitung
abgeschlossen ist. In jedem der bis jetzt aufgeführten -Fälle ist es besonders zweckmäßig, daß die den Hauptventilraum
begrenzende stirnseitige Ringfläche die Gestalt eines sich zum Hilfsventilraum erweiternden Konus besitzt und die
Gestalt der ersten Dichtfläche ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet ist, wobei der Bund des Hauptventilkörpers eine aus
elastischem Material bestehende und mindestens die erste Dichtfläche aufweisende Umhüllung besitzt. Hierbei kann die stirnseitige
Ringfläche um etwa 15° gegen die radiale -dichtung geneigt
sein und der Bund einen inneren Stempel aus hartem Material aufweisen, dessen der Druckleitung zugewandte Stempel-
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fläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilkörpers verläuft,
wobei die den Stempel in sich aufnehmende Umhüllung aus elastischem Material im Bereich der ersten Dichtfläche eine in
radialer Richtung beaufschlagbare Ringfläche besitzt, die den
Anfang der Verbindungsleitung bildet. Infolge der derartigen Ausbildung der stirnseitigen Ringfläche und des Bundes ist gewährleistet,
daß die erste Dichtfläche des Hauptventilkörpers nicht nur in axialer -dichtung sondern auch in radialer dichtung
federnd gegen die stirnseitige Ringfläche gedrückt wird, so daß man eine besonders gute Abdichtung erhält. Ein weiterer Vorteil
dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß bei sich in seiner ersten i^ndstellung befindlichem Hauptventilkörper ein evtl.
auftretender Druckstoß in der Druckleitung kein Abheben der ersten Dichtfläche von der stirnseitigen Ringfläche bewirkt sondern
daß bei einem plötzlichen Druckanstieg in der Druckleitung die Umhüllung auch in radialer Richtung nach außen gepreßt wird,
wodurch sozusagen eine Keilwirkung eintritt.
Zur weiteren Verbesserung des Schnappverhaltens des erfindungsgemäßen
J^ehrwegeventils kann vorgesehen sein, daß der Hilfsventilkörper
aus einem scheibenartigen Kern mit einer diesen vollständig umschließenden Ummantelung aus elastischem Material besteht,
wobei die Ummantelung einen Durchbruch für einen einerseits mit dem Kern fest verbundenen und andererseits durch die
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Steuerentlüftungsleitung nach außen vorstehenden Betätigungsstift besitzt. Bei dieser Ausführungsform wird nämlich zunächst,
wenn der Betätigungsstift bei sich in seiner ersten Endstellung
befindlichen Steuerventilkörper betätigt wird, zwar die der Verbindungsleitung zugeordnete Dichtfläche des Hilfsventilkörpersauf
die Verbindungsleitung hin bewegt, die Hilfsentlüftungsleitung
bleibt jedoch infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung noch verschlossen, und erst nach einer gewissen axialen
Dehnung des Hilfsventilkörpers hebt dieser schnappend von der
Hilfsentlüftungsleitung ab und entspannt sich, so daß schon unmittelbar
nach der Freigabe der Hilfsentlüftungsleitung die Verbindung
si ei tu ng verschlossen wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, z.B. bezüglich der Ausbildung
der Membran, in der ^eichnungsbeSchreibung aufgeführt sind.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines Mehrwegeventils, in dessen Gehäuse eine axiale zylindrische
Ausnehmung 1 angeordnet ist, in die eine Druckleitung 2 einmündet, die über einen ersten Anschluß 3 mit einer Druckquelle
verbindbar ist. In die axiale Ausnehmung 1 mündet außerdem noch eine Arbeitsleitung 4, die außerhalb der Zeichenebene
über im Inneren des Gehäuses 1 verlaufende Kanäle, deren Mündungen
bei 5 sichtbar sind, mit einem zweiten, z.B. zu einem Arbeitszylinder führenden Anschluß 6 verbunden ist. Schließlich
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- 1ο -
führt von einem dritten Anschluß 7 herkommend auch noch eine Hauptentlüftungsleitung 8 bis zu der axialen Ausnehmung 1. Mittels
des dargestellten Mehrwegeventils kann nun die Arbeitsleitung 4 entweder mit der Druckleitung 2 oder mit der Hauptentlüftungsleitung
8 in Verbindung gebracht werden. In der unteren Hälfte der Figur ist die Stellung des Ventiles dargestellt, in
der bei abgedichtetem Übergang zwischen der Druckleitung 2 und der Arbeitsleitung 4 diese mit der Hauptentlüftungsleitung 8
verbunden ist, während die obere Hälfte der Figur die stellung des Ventils zeigt, in der die Druckleitung 2 mit der Arbeitsleitung
4 verbunden ist, wobei gleichzeitig die Arbeitsleitung 4 gegen die Hauptentlüftungsleitung 8 abgedichtet ist. Die axiale
zylindrische Ausnehmung 1 ist durch eine mit ihrem Außenumfang fest eingespannte Membran 1o in einen Hauptventilraum 11 und in
einen Steuerventilraum 12 unterteilt, die Membran 1o stellt also eine in axialer -Sichtung bewegliche Trennwand dar. Im Hauptventilraum
11 befindet sich ein Hauptventilkörper 9» dessen erste axiale Stirnseite 13 stets mit der Druckleitung 2 in Verbindung
steht. Der der ersten Stirnseite 13 gegenüberliegende
zweite axiale Endbereich 14 des Hauptventilkörpers 9 ist mit der Membran 1o fest verbunden. Der Hauptventilkörper 9 ist also
mittels der Membran 1o schwebend aufgehängt und er ist zwischen
zwei Endstellungen hin und her verschiebbar, wobei seine erste Endstellung in der unteren Hälfte und seine zweite Endstellung
in der oberen Hälfte der Figur gezeigt ist. Der Steuerventilraum
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12 steht mit der ersten Stirnseite 13 des Hauptventilkörpers
über eine Verbindungsleitung 15 in Verbindung, die als Durchgangsbohrung
den Hauptventilkörper 9 in axialer -dichtung durchdringt.
Der Mündung der "Verbindungsleitung 15 in den Steuerventilraum
12 ist ein Steuerventilkörper 16 zugeordnet, dieser Steuerventilkörper 16 gibt in seiner ersten Endstellung, die
in der unteren Hälfte der Figur gezeigt ist, die Mündung der Verbindungsleitung 15 frei, während er in seiner zweiten .endstellung,
die in der oberen Hälfte der Figur gezeigt ist, die Verbindungsleitung 15 verschließt. In den Hilfsventilraum 12
mündet außer der Verbindungsleitung 15 noch eine Hilfsentlüftungsleitung
17» die in der ersten Endstellung des Hilfsventilkörpers
16 von diesem verschlossen wird und bei sich in seiner zweiten Endstellung befindlichem Steuerventilkörper 16 geöffnet
ist. Wie aus der Figur ferner ersichtlich ist, ist die'
vom Steuerventilraum 12 aus mit Druckmedium beaufschlagbare
Fläche der aus einem elastischem Material bestehenden Membran größer als die in umgekehrter dichtung beaufschlagbare Fläche
des Hauptventilkörpers 9» so daß der Hauptventilkörper 9 in
seiner ersten Endstellung von dem bei geschlossener Hilfsentlüftungsleitung
I? im Hilfsventilraum 12 anstehenden Druck gehalten
wird, während der an seiner erBten Stirnseite 13 wirksame
Druck ihn in seiner zweiten Endstellung hält, in der der Steuerentlüftungsraum 12 entlüftet ist. Der Hauptventilkörper
9 besitzt zwei Dichtflächen, nämlich eine erste Dichtfläche, die von der ersten Stirnseite 13 gebildet wird und der die als
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Ventilsitz ausgebildete und die Mündung der Arbeitsieitung 4
enthaltende Ringfläche 2o zugeordnet ist, die einerseits von der Mündung der Druckleitung 2 und andererseits von der zylindrischen
Mantelfläche der axialen Ausnehmung 1 begrenzt wird, und eine zweite dichtfläche 21, die an einem Bund 22
des Hauptventilkörpers 9 der ersten Stirnseite 13 gegenüberliegt
und einem ringförmigen Absatz 23 zugeordnet ist, der von
der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung 1 in radialer
Richtung nach innen hin vorsteht. Die axiale Ausdehnung des Bundes 22 ist kleiner als der Abstand des ringförmigen Absatzes
23 von der ^ingfläche 2o und der Durchmesser des Bundes
22 ist größer als der Innendurchmesser des Absatzes 23. Der Übergang von der Druckleitung 2 zu der Arbe its leitung 4 wird
also von der ersten Dichtfläche 13 und der Übergang von der Arbeit
sleitung 4 zu der Hauptentlüftungsleitung 8 von der zweiten
Dichtfläche 21 beherrscht. Hierbei besitzen die Ringflache 2o sowie die erste dichtfläche 13 jeweils die Gestalt eines sich
zum Hilfsventilraum 12 hin erweiternden Konus, wobei die ■Ringfläche
2o und die erste Stirnseite 13 um etwa 15° gegen die radiale
Richtung geneigt sein können und der Bund 22 eine aus elastischem Material, beispielsweise aus Polyuretan bestehende
Umhüllung 25 aufweist, die einen inneren Stempel 26 umschließt,
dessen der Druckleitung 2 zugewandte Stempelfläche rechtwinklig
zur Längsachse des Hauptventilkörpers verläuft. Die Umhüllung 25 bildet außerdem mit ihrer in radialer Richtung beauf-
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schlagbaren Ringflache 27 den Anfang der Verbindungsleitung 15·
Auch die zweite Dichtfläche 21 des Hauptventilkörpers 9 sowie der dieser zugeordnete Absatz 23 besitzen eine konische Gestalt
und sind hierbei entgegengesetzt geneigt, wie die Ringfläche 2o und die erste -^ichtflache 13 des Hauptventilkörpers 9. Äuf den
Zweck der konischen Ausbildung der Dichtflächen wird weiter unten bei der Beschreibung der Funktionsweise des mehrwegeventils
noch eingegangen werden. Mit der Umhüllung 25 des Bundes 22
sind Zentrierarme 3o einstückig verbunden, deren von der Umhüllung
25 abgewandte Enden durch einen acsten -^inspannring 31 ebenfalls
einstückig miteinander verbunden sind. Dabei sind die Zentrierarme 3o gleichmäßig über den Umfang verteilt und der erste
Einspannring 31 ist an der zylindrischen Mantelfläche der axialen
Ausnehmung 1 fest verspannt, wobei der erste Einspannring 3I an
dem Absatz 23 anliegt, der Bestandteil eines hülsenartigen Einsat zkörpers 32 ist. Der hülsenartige Einsatzkörper 22 liegt mit
seinem Umfang an der Mantelfläche der axialen zylindrischen Ausnehmung
1 an und besitzt äußer dem Absatz 23 noch einen radial nach innen hin vorstehenden Ring 33» wobei die den ringförmigen
Absatz 23 mit dem Ring 33 verbindende Mantelpartie des Einsatzkörpers 32 zur verjüngten Partie 34- des Hauptventilkörpers hin
über den gesamten Umfang eingebeult ist, so daß zwischen der eingebeulten Mantelpartie und der Mantelfläche der axialen Ausnehmung
ein mit der Hauptentlüftungsieitung 8 verbundener Ringspalt 35
vorhanden ist, der über Entlüftungsbohrungen 36 in der einge-
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beulten ^antelpartie mit dem Hauptventilraum 11 verbunden ist.
Der Einsatzkörper 32 besitzt außerdem noch einen zylindrischen Fortsatz 37» an dessen Innenumfang der üußenumfang der Membran
1o anliegt, die in axialer -dichtung gesehen einerseits gegen
den Ring 33 des Einsatzkörpers 32 und andererseits gegen einen zweiten Einspannring 38 verspannt ist, der über Zentrierarme
einstückig mit einer elastischen Ummantelung 4o des Hilfsventilkörpers
16 verbunden ist. Als Material für die von der Ummantelung 4o des Steuerventilkörpers, den Zentrierarmen 39 und
dem zweiten -& ins ρ annring 38 gebildete Einheit ist ebenfalls Polyuretan
vorgesehen wie für die von der Umhüllung 25 des Hauptventilkörpers, den Zentrierarmen 3o und dem ersten Einspannring
31 gebildete Einheit. Sowohl der zweite Einspannring
38 als auch der zylindrische -Portsatz 37 des Einsatzkörpers
32 werden in axialer dichtung von einem Deckel 41
begrenzt, der die oteuerentlüftungsleitung 17 enthält und
außerdem den Steuerventilraum 12 abschließt. Das Befestigen der Membran 1o am Hauptventilkörper 9 erfolgt durch Verspannen
zwischen zwei radial gerichteten Vorsprüngen 42 und 43 am Häuptvantilkörper. Die Membran 1o selbst besitzt
in radialer dichtung gesehen außer ihrer am Hauptventilkörper befestigten ersten verstärkten Ringzone und ihrer zwischen
dem Hing 33 und dem zweiten Einspannring 38 verspannten
dritten verstärkten Ringzone noch eine zweite verstärkte Hingzone, die sich zwischen der ersten und der dritten Ringzone befindet,
wobei die erste und die zweite verstärkte Ringzone über eine erste gelenkartige dünnere Ringzone 45 und die zweite und
die dritte verstärkte Ringzone über eine zweite gelenkartige
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dünnere Singzone 44 miteinander verbunden sind. Die Membran 1o weist also außer guten Zentriereigenschaften noch eine sehr
große Beweglichkeit auf. Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, stehen sämtliche verstärkten Ringzonen zum Hilfsventilraum
hin vor. Bezüglich der aus Polyuretan bestehenden Membran soll noch erwähnt sein, daß der dem Hauptventilraum 11
zugewandte radiale Vorsprung 42 des Hauptventilkörpers außer
der ersten verstärkten Ringzone auch die erste verdünnte Ringzone 45 zum Hauptventilraum hin abdeckt, wobei der Vorsprung
dem Ring 33 des .Einsatzkörpers 32 gegenüberliegt und diesen mit
geringem Spiel umgreift, wodurch insgesamt die Membran besonders gut gehaltert ist.
Bis jetzt ist lediglich der konstruktive Aufbau des Mehrwegeventils
beschrieben worden. Im folgenden soll nun auf die Wirkungsweise des Mehrwegeventils eingegangen werden. Befindet sich
der Hauptventilkörper 9 sowie der Hilfsventilkörper 16 jeweils in der ersten ^ndstellung, wie es in der unteren Hälfte der Figur
dargestellt ist, so steht die Arbeitsleitung 4, die über
mehrere über den Umfang verteilte Abzweigungen in die stirnseitige Ringfläche 2o münden kann, mit der -^ntlüftungsleitung
in Verbindung, während die Mündung der Druckleitung 2 zur Arbeitsleitung 4 hin verschlossen ist. Der Hilfsventilraum 12
steht über die Verbindungsleitung 15 unter Druck, da die Hilfs-
- 16 -
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entlüftungsleitung 17 von dem Steuerventilkörper 16 verschlos-
25 sen ist. Dabei ist die üingflache 27 der Umhüllung/des
Hauptventilkörpers mit Druck beaufschlagt, so daß eine radiale
Dehnung der Umhüllung 25 gegeben ist. Hierdurch und infolge
des konischen Ventilsitzes ergibt sich eine besonders gute Abdichtung, die durch die rechtwinklig zur Längsachse des Ventils
verlaufende Stempelfläche des Stempels 26 noch begünstigt wird. Der Hauptventilkörper 9 befindet sich auch bei fehlendem
Druck in der Druckleitung 2 in seiner ersten ^ndstellung, da die Membran 1o in ihrer der ersten -c-ndstellung des Hauptventilkörpers
entsprechenden Stellung hergestellt ist. Außerdem besitzen auch die beiden die ^entrierarme 3o bzw. 39 des Hauptventilkörpers
bzw. des Steuerventilkörpers enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile -^ndst eilungen, die der
ersten -tindstellung bzw. der zweiten -^ndstellung des Hauptventilkörpers
entsprechen, so daß der Hauptventilkörper, wenn er
sich in seiner ersten -t-ndstellung befindet, bei Abschalten des
Druckes auch von den Zentrierarmen 3o und 39 weiterhin in seiner
ersten -^ndstellung gehalten wird. Will man nun den Hauptventilkörper
9 in seine zweite -^ndstellung, die in der oberen
Hälfte der i'igur dargestellt ist, überführen, so muß hierzu der Hilfsventilkörper 16 betätigt werden. Zur Betätigung von
außen her besitzt der Hilfsventilkörper 16 außer seiner elastischen
Ummantelung 4o einen scheibenartigen Kern 5o, der mit
einem Betätigungsstift 5^ fest verbunden ist und einen Durch-
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"bruch 52 der Ummantelung 4o mit opiel durchgreift sowie durch
die Steuerentlüftungsleitung I7 nach außen vorsteht, Dadurch,
daß die am Ulfsventilkörper 16 vorhandene vierte Dichtfläche
53 mit dem Deckel 4-1 einen kleinen winkel von z.B. 5 bildet
und infolge des vorhandenen üpiels zwischen dem ^etätigungsstift
51 und der Ummantelung 4o sind auch am Hilfsventilkörper
16 verschleißfeste Verhältnisse geschaffen und durch Ausüben einer Betätigungskraft auf den Betätigungsstift 5I bewegt sich
zunächst lediglich die der vierten Dichtfläche 53 gegenüberliegende dritte Dichtfläche 54 auf die Verbindungsleitung I5
zu, während die vierte Dichtfläche 53 noch an den Deckel angeschmiegt ist und die Hilfsentlüftungsleitung I7 verschließt.
Dies wira infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung 4o ermöglicht. Mit der Zeit treten nun erste Undichtigkeiten
an der Mündung der Hilfsentlüftungsleitung I7 auf, wodurch der
statische Druck im Hilfsventilraum abnimmt. Dadurch muß zum
weiteren Verschieben des Betätigungsstiftes 5^ eine geringere
Betätigungskraft aufgebracht werden als zuvor, da ja die der
Betätigungskraft entgegengerichtete Kraft hierdurch abnimmt.
Erreicht der statische Druck im Hilfsventilraum 12 einen bestimmten
«lert, so wird schließlich der Hauptventilkörper aufgrund
der von dem Druckmedium.in der Druckleitung 2 auf ihn ausgeübten Kraft schnappend, aus seiner ersten -^nds te llung in
seine zweite -^ndstellung überführt. Dabei erhöht die in der
Membran und in den Zentrierarmen vorhandene Vorspannung die
- 18
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Schnappwirkung. Für das durchschalten des Hauptventilkörpers
mitbestimmend ist der Druckabfall im Bereich des Übergangs
von der ^-rbeitsleitung zur fiauptentlüftungsleitung während
des Schaltens. Das Ventil besitzt sozusagen den Charakter eines Rückschlagventils. Nach Durchlaufen der durch die Druckausbreitung
rasch erreichten Mittelstellung wirkt der Hauptventilkörper als gegen die Hauptentlüftungsleitung schliessende
selbsttätige Klappe. Der Schaltvorgang erfolgt äußerst schnell, wobei charakteristische Meßwerte unter 3 Millisekunden
liegen» Der Schaltvorgang erfolgt auch deshalb sehr schnell, da sich Ja der Hauptventilkörper während des Schaltvorgangs
auf den Hilfsventilkörper zu bewegt, wodurch der zum Schalten
notwendige Betäfcigungshub des Betätigungsstiftes 5^ verkürzt
wird, »fahrend des S ehalt vor gangs erfolgt im Hilf sventilraum
durch die Bewegung der Membran 1o eine leichte Kompression, was
auf den ochaltvorgang leicht dämpfend wirkt. Es ist klar, daß zum Erreichen einer äußerst kurzen ochaltzeit das Volumen des
Hilfsventilraumes 12 klein gehalten werden muß, damit schnelle
Lade- und -Entladevorgänge vonstatten gehen können. Weiterhin
ergibt sich, daß zwar theoretisch, wie bei allen durch nicht-.Überdeckungsfreie
Hilfsventile angesteuerten Ventilsystemen, am Hilfsventil ein Dauerluftverbrauch auffeeeten kann, ein solcher
Dauerluftverbrauch tritt bei dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil
in der Praxis jedoch nicht oder nur kaum nachweisbar auf. Der Schaltvorgang wird schließlich durch das Ver-
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drängen des restlichen Druckmediums aus dem Hilf sven tür aum beendet,
wonach die zweite dichtfläche 21 der Umhüllung 25 des Hauptventilkörpers an dem Absatz 23 zwischen der Arbeitsleitung
4 und der Hauptentlüftungsleitung 8 anliegt und die dritte dichtfläche 54- des Steuerventilkörpers 16 an die Mündung der
Verbindungsleitung 15 angeschmiegt ist. Zur Zurückführung des
Hauptventilkörpers 9 aus seiner zweiten Endstellung in seine erste -^ndstellung ist es lediglich erforderlich, entweder den
Betätigungsstift 5^ zurückzuziehen oder diesen einfach loszulassen, was deshalb ausreichend ist, da ja auf den Hilfsventilkörper
16 durch die Verbindungsleitung 15 hindurch das Druckmedium
einwirkt und außerdem die elastische Aufhängung des Hilfsventilkörpers eine elastische Rückstellkraft ausübt. Da,
wie schon erwähnt, sämtliche stationäre Teile in axialer dichtung
gegeneinander verspannt sind, können sich diese während der verschiedenen Schaltvorgänge nicht bewegen, so daß si^kei-
h.em Verschleiß ausgesetzt sind. Erwähnt soll noch sein, daß, befindet
sich der Hauptventilkörper in seiner ersten Jündstellung,
auch ein plötzlicher Druckanstieg in der Druckleitung 2 die erste Stirnseite 13 nicht von ihrem Ventilsitz abhebt, obwohl
die Druckwelle, bevor sie den Steuerventilraum 12 erreicht, zuerst auf die erste Stirnseite 13 auftrifft. Eine an der ersten
Stirnseite ankommende Druckwelle wirkt nämlich nicht nur in axialer dichtung auf den Hauptventilkörper ein, sie übt vielmehr
auch auf die Ringfläche 27 der Umhüllung 25 eine radial ge-
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richtete kraft aus, die die Umhüllung 25 fest gegen den Ventilsitz
preßt. Zur Erhöhung der °icherheit in bezug auf ein evtl. kurzes Abheben der ersten Stirnseite 1j5 von ihrem Ventilsitz
bei einer plötzlichen -Druckwelle kann man auch in der Druckleitung 2 einen speicher oder ein Tiefpaßfilter anordnen,
womit erreicht wird, daß der Druckwelle eine Frontwelle vorausgeht, die ausreicht, sowohl vom oteuerventilraum 12 her
als auch über die Ringfläche 27 eine genügende Schließkraft
zu erzeugen. Als letzte vorteilhafte Maßnahme sei noch erwähnt, daß die Betätigung des -^etätigungsstif tes 51 über ein elastisches
Glied, z.B. über eine Blattfeder 56 und eine geeignete
Kraftübertragung erfolgen kann, wodurch das sprunghafte ochaltverhalten noch ausgeprägter wird.
Obige Ausführungen haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Kehrwegeventil sehr einfach im Aufbau und daher billig in der
Herstellung ist und trotzdem sämtliche an ein derartiges Ventil zu stellende Bedingungen auf optimale Weise erfüllt. Die
Erfindung betrifft nicht nur, wie in der Zeichnung dargestellt, Dreiwegeventile, denn, denkt man sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel
die Hauptentlüftungsleitung weg, auch das dann
entstehende Zweiwegeventil voll funktionstüchtig ist.
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Claims (26)
- AnsprücheΜ. Mehrwegeventil mit einem einen von Druckmedium gesteuerten und axial verschiebbar gelagerten Hauptventilkörper enthaltenden Hauptventilraum und mit einem einen mechanisch beiätigbaren Steuerventilkörper enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum mindestens eine von einer Druckmediumquelle herführende Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten -^ndstellung des Hauptventilkörpers mit der druckleitung verbundene Arbeitsleitung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der in axialer xtichtung neben dem Hauptventilraum (11) angeordnete .Steuerventilraum (12) durch eine in axialer xiichtung bewegliche Trennwand (Membran 1o) von dem Hauptventilraum (11) getrennt ist, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte erste axiale Stirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) in Jeder Stellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung (2) in Verbindung steht und der die der ersten Stirnseite (13) gegenüberliegende zweite Stirnseite enthaltende zweite axiale Endbereich des Hauptventilkörpers (9) mit der beweglichen Trennwand (Membran 1o) fest verbunden ist, und daß in den Steuerventilraum (12) eine Verbindungsleitung (15) mündet, die andererseits stets mit der ersten Stirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) in offener Verbindung steht, wobei der609883/0166 -22-oteuerventilraum (12) außerdem mit einer oteuerentlüftungsleitung (17) verbunden ist und der oteuerventilkörper (16) in seiner ersten -ündstellung bei geöffneter Verbindungsleitung (15) die oteuerentlüftungsleitung (17) verschließt und in seiner zweiten -c-ndstellung bei geöffneter Steuerentlüftungsleitung (17) die Verbindungsleitung (15) verschließt, wobei die vom Steuerventilraum (12) aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der beweglichen Trennwand (Membran 1o) größer ist als die in umgekehrter -dichtung beaufsdiagbare Fläche des Hauptventilkörpers O)5 so daß sich bei Überführen des Steuerven tilkörpers (16) aus seiner ersten Jindstellung in seine zweite ■kndstellung der Hauptventilkörper (9) schnappend aus seiner ersten -^ndstellung in seine zweite ^ndstellung überstellt und umgekehrt.
- 2. Itehrwegeventil nach -"-nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ^ehäuee des ^ehrwegeventils eine axiale zylindrische Ausnehmung (1) besitzt, die durch eine mit ihrem -a-ußenumfang fest eingespannte und die bewegliche Trennwand darstellende Membran (1o) aus elastischem Material in den Hauptventilraum (11) und in den Steuerventilraum (12) unterteilt ist und die Druckleitung (2) an der stirnseitigen Begrenzungsfläche der axialen Ausnehmung (1) zentral in diese einmündet, wobei die einerseits von der Druckleitung (2) und andererseits von der- 23 -509883/01 66zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) begrenzte jÄingfläche (2o) der stirnsei"cigen Begrenzungsfläche als Ventilsitz für die als erste Dichtfläche ausgebildete erste otirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) ausgebildet ist, der eine
axiale Durchgangsbohrung als Verbindungsleitung (I5) aufweist,
wobei am äußeren Umfang des zweiten axialen ^ndbereich des Eauptventilkörpers (9) der innere Umfang der Membran (1o) befestigt
ist und wobei der Steuerventilkörper 06) zentral im Steuerventilraum (12) angeordnet ist und eine der Mündung der Durchgangsbohrung (15) zugeordnete dritte Dichtfläche sowie eine vierte
Dichtfläche aufweist, die der zentral im der Membran (1o) in
axialer xtichtung gegenüberliegenden Deckel (41) des Steuerventilraumes (12) angeordneten Steuerentlüftungsleitung (17) zugeordnet ist. - 3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Arbeitsleitung (4) in den Hauptventilraum (11) in der stirnseitigen Ringfläche (2o) angeordnet ist
und in axialer -^ichtung gesehen zwischen der Arfeeitsleitung (4) und der Membran (1o) eine Hauptentlüftungsleitung (8) in den
Hauptventilraum (11) mündet, wobei von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) an einer zwischen der Mündung der Arbeitsleitung (4) und der Mündung der Hauptentlüftungsieitung (8) liegenden Stelle ein ringförmiger Absatz (23) in radi-- 24 -509883/0 166aler -Dichtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie (34) des Hauptventilkörpers (9) mit opiel umgreift, dessen von seine:pverjungten Partie (34-) zur stirnseitigen Ringfläche (2o) hin gerichtete Partie einen radial gerichteten un-d die erste dichtfläche (13) sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Dichtfläche (21) enthaltenden Bund (22) aufweist, dessen axiale Abmessung kleiner ist als der Abstand des ringförmigen Absatzes (23) von der den Hauptventilraum (11) begrenzenden stirnseitigen Hingfläche (2o) und dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ringförmigen Absatzes (23) und der in der ersten -^ndstellung des Hauptventilkörpers (9) an der stirnseitigen Ringfläche (2o) abdichtend anliegt, während er in der zweiten iyadstellung des Hauptventilkörpers an dem ringförmigen Absatz (23) abdichtend anliegt. - 4. ^ehrwegeventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den HauptventiIraum (11) begrenzende stirnseitige Ringfläche die Gestalt eines sich zum Hilfsventilraum (12) hin erweiternden Konus besitzt und die Gestalt der ersten Dichtfläche (13) ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet ist, wobei der Bund (22) des Hauptventilkörpers (9) eine aus elastischem Material bestehende und mindestens die erste dichtfläche (13) aufweisende Umhüllung (25) besitzt.50988 3/0166 - 25 -
- 5. Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Hingfläche (2o) um etwa 15 gegen die radiale •dichtung geneigt ist.
- 6. Mehrwegeventil nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (22) einen inneren Stempel (26) aus hartem Material aufweist, dessen der Druckleitung (2) zugewandte Stempelfläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilkörpers (9) verläuft und daß die den »Stempel (26) in sich aufnehmende Umhüllung (25) aus elastischem Material im Bereich der ersten dichtfläche (15) eine in radialer Richtung beaufschlagbare Ringfläche (27) besitzt, die den Anfang der Verbindungsleitung (15) bildet.
- 7. ^ehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtfläche (21) der aus flexiblem Material bestehenden Umhüllung (25) des Bundes (22) sowie die der zweiten Dichtfläche (21) zugewandte und als "Ventilsitz ausgebildete Fläche des ringförmigen Absatzes (23) konisch und hierbei entgegengesetzt geneigt verlaufen wie die stirnseitige Ringfläche (2o) und die erste Dichtfläche (13).
- 8. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) durch Verspannen zwischen zwei radial gerichteten Vorsprüngen (42,43) am Hauptventilkör-- 26 609883/0166- 26 per (9) au diesem befestigt ist.
- 9· Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsventilkörper (16) aus einem scheibenartigen üern (5o) mit einer diesen vollständig umschließenden Ummantelung (4o) aus elastischem Material besteht, wobei die Ummantelung (4o) einen Durchbruch (52) für einen einerseits mit dem Kern (5o) festverbundenen und andererseits durch die Steuerentlüftungsleitung (17) nach außen vorstehenden Betätigungsstift (51) besitzt.
- 10. Mehrwegeventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnseite des Hauptventilkörpers (9) mit der dritten Dichtfläche (54) bzw. die die Steuerentlüftungsleitung (17) enthaltende Partie des Deckels (41) mit der vierten Dichtfläche (55) des Hilfsventilkörpers (16) einen kleinen Winkel von z.B. 5° miteinander bilden.
- 11. ^ehrwegeventil nach Anspruch 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch (52) der Ummantelung (4o) den Betätigungsstift (51) Hiit Spiel umgreift.
- 12. kehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) in radialer -dichtung von innen nach außen aufeinanderfolgend eine am Hauptventilkörper- 27 -609883/0166(9) befes^iS^e erste verstärkte Hingzone, eine erste gelenkartige dünnere Ringzone (45), eine zweite verstärkte Hingzone, eine zweite gelenkartige dünnere Hingzone (44) und eine dritte verstärkte Ringzone "besitzt, die fest eingespannt ist.
- 13· Mehrwegeventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten Ringzonen jeweils in bezug auf die benachbarten dünneren Hingzonen zum Hilfsventilraum hin vorstehen.
- 14. Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) in ihrer der ersten &ndstellung des Hauptventilkorpers (9) entsprechenden Stellung hergestellt ist.
- 15· Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) aus Polyuretan besteht.
- 16. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hauptventilraum (11) zugewandte radiale "Vorsprung (42) des Hauptventilkorpers, zwischen dem und dem dem Hilfsventilraum zugewandten radialen Vorsprung (43) des Hauptventilkorpers die erste verstärkte Hingzone der Membran(10) verspannt ist, außer der ersten verstärkten Ringzone auch die erste verdünnte Hingzone (45) zum Hauptventilraum hin abdeckt und daß von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausneh-- 28 509883/0166mung (1) radial nach innen Mn ein Ring (33) vorsteht, der in der ersten -rindstellung des Hauptventilkörpers (9) clem dem Hauptventilraum zugewandten radialen Vorsprung (4-2) des Hauptventilkörpers gegenüberliegt und diesen mit geringem Spiel umgreift.
- 17· Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Hauptventilkörper (9) und am Steuerventilkörper (16) jeweils radial gerichtete und über den Umfang verteilte elastische ^entrierarme (3o bzw. 39) befestigt sind, die andererseits mit der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) fest verbunden sind.
- 18. Mehrwegeventil nach -"-nspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (3o) des Hauptventilkörpers (9) einstükkig mit der Umhüllung (25) des Bundes (22) des Hauptventilkörpers (9) verbunden sind, während ihre von der Umhüllung (25) abgewandten -^nden durch einen ersten -canspannring (31) einstükkig miteinander verbunden sind.
- 19· Mehrwegeventil nach Anspruch I7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (59) des Steuerventilkörpers (16) einstückig mit dessen Ummantelung (4o) verbunden sind, während ihre von der Ummantelung (4-0 ) abgewandten ^nden durch einen zweiten -kinspannring (38) einstückig miteinander verbunden sind.- 29 -50988 3/0166
- 20. kehrwegeventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die von der Umhüllung (25) des Bundes (22), den Zentrierarmen (3o) des Hauptventilkörpers und dem ersten Einspannring (31) gebildete lüaMt als auch die von der Ummantelung (4o) des Steuerventilkörpers (16), den Zentrierarmen (39) des üteuerventilkörpers und dem zweiten Einspannring (38) gebildete Einheit aus Polyuretan "besteht.
- 21. kehrwegeventil nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Zentrierarme (3o bzw. 39) des Hauptventilkörpers bzw. des oteuerventxlkorpers (16) enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile Endstellungen besitzen, die der ersten j^ndstellung bzw. der zweiten Endstellung des Hauptventilkörpers (9) entsprechen.
- 22. Iviehrwegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Länge der Hauptentlüftungsieitung (8) ein hülsenartiger Einsatzkörper (33) in die zylindrische Ausnehmung (1) des Gehäuses eingesetzt ist und mit seinem Umfang an deren Mantelfläche anliegt, wobei der Einsatzkörper (32) den in radialer dichtung vorstehenden ringförmigen Absatz (23) und den Ring (33) der dem Haupt venti Ir aum zugewandten "Vorsprung (42) des Hauptventilkörpers gegenüberliegt, aufweist, wobei die den ringförmigen Absatz (23) mit dem ning (33) verbindende Kantelpartie des Einsatzkörpers (32) zum Hauptventüraum hin über den gesamten- 30 509883/016 6Umfang eingebeult ist, so daß zwischen der eingebeulten Mantelpartie und der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) ein mit der Hauptentlüftungsleitung (8) verbundener Singspalt (35) vorhanden ist, der andererseits über Entlüftungsbohrungen (36) in der eingebeulten Mantelpartie mit dem Hauptventilraum (11) verbunden ist.
- 23. ^ehrwegeventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einspannring (31)» der hülsenartige -Einsatzkörper (32), die Membran (1o) und der zweite Einspannring (38) aufeinanderfolgende aneinander anliegen und fest gegeneinander verspannt sind.
- 24. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsleitung (4) über mehrere über den Umfang verteilte Abzweigungen in die stirnseitige Ringfläche (2o) mündet.
- 25. ^ehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß in der druckleitung (2) ein Speicher oder Tiefpassfilter angeordnet ist.
- 26. Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilkörper (16) über ein alastisches Glied (56) mechanisch betätigbar ist.509883/0 166
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