DE2431135B2

DE2431135B2 -

Info

Publication number: DE2431135B2
Application number: DE2431135A
Authority: DE
Inventors: Jande Zuerich Fries (Schweiz)
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1980-09-04
Also published as: GB1512385A; DE2431135C3; FR2276520A1; CS177045B2; SU682154A3; CA1018043A; FR2276520B1; CH580245A5; US4066101A; DE2431135A1; JPS5120122A; BR7504063A; NL7507691A

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil mit einem ein vom Druckmedium gesteuertes und axial verschieb- ^r>^r> bar gelagertes Hauptventilverschlußteil enthaltenden Hauptventilraum und mit einem ein mechanisch betätigbares Steuerventilverschlußteii enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum mindestens eine von der Druckmediumquelle herfüh- w> rcnde Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteils von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten Endstellung des Hauptventilverschlußteils mit der Druckleitung verbundene Arbeitsleituiig münden, und mit einer den ^M Hauptventilraiim begrenzenden und auf der anderen Seite vom Mediendruck im Steuerventilraum beaufschlagten, in axialer Richtung beweglichen Trennwand, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte axiale Stirnseite des Hauptventilverschlußteils in jeder Stellung des Hauptventilverschlußteils mit der Druckleitung in Verbindung steht und das andere axiale Ende des Hauptventilverschlußteils mit der beweglichen Trennwand fest verbunden ist und in den Steuerventilraum eine Verbindungsleitung mündet, die andererseits mit dem Druckraum auf der der beweglichen Trennwand abgewandten Stirnseite des Hauptventilverschlußteils in Verbindung steht wobei ferner der Steuerventilraum mit einer Druckentlastungsleitung verbunden ist und das Steuerventilverschlußteii in seiner ersten Endstellung bei geöffneter Verbindungsleitung die Druckentlastungsleitung verschließt und wobei die vom Steuerventilraum aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der beweglichen Trennwand größer ist als die in umgekehrter Richtung beaufschlagbare Räche des Hauptventilverschlußteils.

Ein aus der Gebrauchsmustersrhrift 68 07 448 bekanntes Mehrwegeventil dieser An jetzt sich aus einem Hauptventil und aus einem Steuerventil zusammen, deren Gehäuse aneinander befestigt sind. Die Verbindungsleitung, die Druckentlastungsleitung und eine weitere, den Steuerventilraum mit der dem Hauptventilversc'.iiußteil abgewandten Fläche der in dem Hauptventil enthaltenen beweglichen Trennwand verbindende Leitung durchdringen in paralleler Ausrichtung die Gehäusewandungen der beiden Ventile, wobei den im Steuerventil enthaltenen Mündungen der Verbindungsleitung und der Druckentlastungsleitung ein wippenartiges Steuerventilverschlußteii zugeordnet ist, der mittels eines Elektromagneten entgegen einer Federkraft betätigt wird. Diese Anordnung besitzt neben einem aufwendigen Aufbau vor allem den Nachteil, daß der Umschaltvorgang z. B. infolge des wegen der aufwendigen Bauweise verhältnismäßig großen Volumens des Steuerventilraums verzögert abläuft

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Mehrwegeventil der genannten Art zu schaffen, das schnell umschaltet und somit einen erweiterten Anwendungsbereich vor allem in pneumatischen Steuerungen besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäi* dadurch gelöst daß der Steuerventilraum in axialer Richtung neben dem Hauptventilraum angeordnet ist daß die vom Druckraum auf der der beweglichen Trennvand abgewandten Stirnseite des Hauptventilverschlußteils zum Steuerventilraum führende Verbindungsleitung das Hauptventilversclrlußteil durchsetzt so daß sich ihre zum Steuerventilraum führende Mündung an djm beweglichen Hauptventilverschlußteil befindet und das Steuerventil verschlußteil mit dieser in gleicher Bewegungsachse zusammenwirkt.

Durch die gleichachsige Anordnung des Hauptventils und des Steuerventils mit den zugehörigen Ventilsitzen wird eine deutliche Vereinfachung des Ventilaufbaus erreicht wobei n<ir ein einzigen Ventilgehäuse erforderlich ist in dem die bewegliche Trennwand das Hauptventil und das Steuerventil voneinander trennt Ferner wird durch das gleichachse Zusammenwirken des Steuerventilverschlußteils mit dem Hauptventilverschlußteil bzw. mit dessen Verbindungsleitung außerdem eine Beschönigung des Umschaltvorganges erreicht. Befindet sich das Steuerventilverschlußteii beispielsweise in seiner ersten, die Druckentlastungsleitung verschließenden Stellung, so steht das Steiierventilverschlußteil über die Verbindungsleitung mit der

Druckleitung in Verbindung, so daß an den beiden Stirnseiten des Hauptventilverschlußteils in entgegengesetzten Richtungen zwar derselbe Druck ansteht, die vom Steuerventilraum aus auf das Hauptventilverschlußteil ausgeübte Kraft überwiegt jedoch die in entgegengesetzter Richtung auf dieses einwirkende Kraft, so daß das Hauptventilverschlußteil in semer ersten Endstellung gehalten wird. Wird nun das Steuerventilverschlußteil mechanisch betätigt, und dabei in Richtung auf seine zweite, die Verbindungsleitung verschließende Stellung hin bewegt, so wird dadurch die Druckentlastungsleitung freigegeben, wobei schon nach einem verhältnismäßig kurzen Betätigungsweg der f'eic Querschnitt der Druckentlastungsleitung einen solchen Betrag annimmt, daß der statische Druck im Steuerventilraum das Hauptventilverschlußteil nicht mehr in seiner ersten Endstellung halten kann, so daß sich das HauptventiiverschiuBteii schon bevor das Steuerveniiiverschlußteil vollständig in seine zweite Endstellung überführt ist, schnappend auf seine zweite Endstellung hin bewegt.

Aus der GB-PS 10 82 088 ist ein Ventil für eine Luftdruckbremse bekannt, bei dem der Steuerventilraum und der Hauptventilraum axial nebeneinander angeordnet sind und von einer gemeinsamen zylindrischen Ausnehmung des Ventilgehäuses gebildet werden. Ferner enthält auch hier das Hauptventilverschlußteil eine durchgehende Verbindungsleitung. deren eine Mündung mit dem Sleuerventilverschlußteil in gleicher Bewegungsachse zusammenwirkt. Es handelt sich hier jedoch um ein Mehrwegeventil ganz anderer Art. bei dem die bewegliche Trennwand von einem an das Hauptventilverschlußteil angeformten, die genannte Mündung der Verbindungsleitung umfassenden Kolben gebildet wird, in den das Hilfsventilverschlußteil durch pneumatische Beaufschlagung von der anderen Seite her eintaucht und hierdurch einen ansonsten offenen Durchtritt zwischen der Verbindungsleitung und einer Entlüftungsleitung verschließt. Die Verbindungsleitung mündet andererseits in die Arbeitsleitung deren Durchtritt zu einer in axialer Richtung zwischen der Arbeitsleitung und der Entlüftungsöffnung angeordneten Druckleitung von einem am Hauptventilverschlußteil sitzenden Dichtglied beherrscht wird. Nach dem Abtrennen der Entlüftungsöffnung von der Verbindungsöffnung durch das Steuerventilverschlußteil wird das Hauptventilverschlußteil bei weiterer Beaufschlagung des Steuerventilverschlußteils von diesem zur Arbeitsleitung hin vorgeschoben, wodurch diese mit der Druckleitung in of'ene Verbindung gelangt.

Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils bestehen darin, daß der Hauptventilraum und der Steuerventilraum von einer gemeinsamen zylindrischen Ausnehmung des Ventilgehäuses gebildet werden, daß die Druckleitung zentral in die zylindrische Ausnehmung einmündet und die die Mündung der Druckleitung umgebende stirnseitige Ringfläche eine erste Sitzfläche des Hauptventilverschlußteils bildet und daß das Steuerventilverschlußteil und die dem Steuerventilverschlußtei! zugeordneten Sitzflächen des Steuerventils zentral angeordnet sind.

Die Bewegungsrichtung sowohl des Hauptventilverschlußteils ais auch des Steuerventilverschlußteils ist also axial gerichtet und infolge der axialen Anordnung der Verbindungsleitung im Hauptventilverschlußteil ist sichergestellt, daß sich die Mündung der Verbindungsleitung in den Steuerventilraum beim Oberführen des Hauptventilverschlußteils aus seiner ersten Endstellung in seine zweite Endstellung auf das sich in entgegengesetzter Richtung bewegende Steuerventilverschlußteil hin bewegt, so daß die Abnahme des statischen Druckes im Steuerventilraum aufgrund der Betätigung des -, Steuerventilverschlußteils nicht nur die reine Schaltbewegung des Hauptventilverschlußteils bewirkt sondern auch, daß die Verbindungsleitung zum Steuerventilraum hin sehr schnell abgeschlossen wird, da sich ja in diesem PaIIe die Mündung der Verbindungsleitung und die

in zugeordnete Dichtfläche am Steuerventilverschlußteil aufeinander zu bewegen. Die Schaltbewegung des Hauptventilverschlußteils wirkt also sozusagen selbst auf ihre Ursache schaltbegünstigend ein und die Schaltzeit wird besonders kurz und außerdem tritt

ii durch das sehr schnelle Verschließen der Mündung der Verbindungsleitung kein Dauerverbrauch des Druckmediumsauf.

in einfachster AubgeMiäliuüg des cMiriuüngSgcinä&cn Mehrwegeventils kann dieses außer der in den

jo 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 Arbeitslei-

j-, tung je nach der Stellung des Hauptventilverschlußteils entweder mit der Druckleitung oder mit der Hauptentlüftungs!,-itung verbunden ist. Vorteilhafterweise ist hierbei die Mündung der Arbeitsleitung in den Hauptventilraum in der stirnseitigen Ringfläche an-

iii geordnet und in axisler Richtung gssehen zwischen der Arbeitsleitung und der beweglichen Trennwand mündet eine Hauptentlüftungsleitung in den Hauptventilraum, wobei von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung an einer zwischen der Mündung der

)-, Arbeitsleitung und der Mündung der Hauptentlüftungsleitung liegenden Stelle ein ringförmiger Absatz in radialer Richtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie des Hauptventilverschlußteils mit Spiel umgreift, dessen von seiner verjüngten Partie zur

4Ii stirnseitigen Ringfläche hin gerichtete Partie einen radial gerichteten und eine erste Dichtfläche sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Dichtfläche enthaltenden Bund aufweist, dessen axiale Abmessung kleiner ist als der Abstand des ringförmigen Absatzes von der den

•ti Hauptventilraum begrenzenden stirnseitigen Ringfläche und dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ringförmigen Absatzes und der in der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteils an der stirnseitigen Ringfläche abdichtend anliegt, während er in der zweiten Endstellung des Hauptventilverso.iußteils an dem ringförmigen Absatz abdichtend anliegt.

Der Bund des Hauptventilverschlußteils kann eine aus elastischem Material bestehende Umhüllung besitzen, wodurch die Schnappwirkung bei der Ventilumschaltung begünstigt wird Zur weiteren Verbesserung des Schnappverhaltens kann vorgesehen sein, daß der Steuerventilverschlußteil 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 Druckentlastungsleitung nach außen vorstehenden Betätigungsstift festsitzt. Befindet sich der Steuerventilverschlußteil in seiner ersten Endstellung und wird der Betätigungsstift betätigt so wird zwar die der Verbindungsleitung zugeordnete Dichtfläche des Steuerventilverschlußteils auf die Verbindungsleitung hin bewegt, die Druckenttastungsleitung bleibt jedoch

infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung noch verschlossen und erst nach einer gewissen axialen Dehnung des SteuerventilverschluQteils hebt dieses schnappend von der Druckentlastungsleitung ab und entspannt sich, so daß schon unmittelbar nach der Freigabe der Druckentlastungsleitung die Verbindungsleitung ■ erschlossen wird.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß die bewegliche Trennwand in Gestalt einer Membran in radialer Richtung von innen nach außen aufeinanderfolgend eine am Hauptventilverschlußteil befestigte erste verstärkte Ringzone, eine erste gelenkartige dünnere Ringzone, eine zweite verstärkte Ringzone, eine zweite gelenkartige dünnere Ringzone und eine dritte verstärkte Ringzone besitzt, die fest eingespannt ist. Da die Membran das Hauptventilverschlußteil sowohl hält als auch führt, muß sie eine gewisse Siauiliiäi aufweisen. Hierzu könnte man die Membran mit gleichmäßig dicker Wandstärke ausbilden, dies würde jedoch eine Vergrößerung der Betätigungskraft mit sich bringen. Hierdurch würde sich die Schaltzeit verlängern, da das Umschalten erst nach einer größeren Druckänderung im Steuerventilraum erfolgen würde. Durch die Unterteilung der Membran in die genannten Ringzonen erhält man dagegen bei ausreichender Stabilität zwei das Umschalten begrünstigende, ringförmige Gelenkstellen.

Die Membran kann in ihrer der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteiles entsprechenden Stellung he. gestellt sein, damit der Hauptventilverschlußteil im Ruhezustand in dieser Stellung gehalten wird.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß ein radialer Vorsprung am Hauptventilverschlußteil die erste verstärkte Ringzone sowie die erste verdünnte Ringzone der Membran an ihrer dem Hauptventilraum zugewandten Seite abdeckt. Die sich hierdurch ergebende Unterstützung für die Membran bringt den Vorteil mit sich, daß sich die abgedeckte Partie der Membran beim Umschalten in die zweite Endstellung nicht zum Hauptventilraum hin ausbauchen kann, was wiederum das Umschalten beschleunigt.

Des weiteren können am Hauptventilverschlußieil und/oder am Steuerventilverschlußteil jeweils radial gerichtete und über den Umfang verteilte elastische Zentrierarme befestigt sein, die andererseits mit der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung fest verbunden sind. Dabei können die Zentrierarme einerseits mit der Umhüllung des Hauptventilverschlußteils bzw. mit der Ummantelung des Steuerventilverschlußteils und andererseits mit einem ersten bzw. zweiten Einspannring einstückig verbunden sein, wobei die sich ergebenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile Endstellungen besitzen können, die den beiden Endstellungen des Hauptventilverschlußteils entsprechen. Auch diese Bistabilität trägt zur schnellen Schnappwirkung bei.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben.

Die 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 führt von einem dritten Anschluß 7 herkommend auch noch eine Hauptentlüftungsleitung 8 bis zu der axialen Ausnehmung I. 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 Arbeitsleitunp 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 10 in einen Hauptventilraum 11 und in einen

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also eine in axialer Richtung bewegliche Trennwand dar. Im Hauptventilraum 11 befindet sich ein Hauptventilverschlußteil 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 Hauptventilverschlußteils 9 ist mit der Membran 10 fest verbunden. Das Hauptventilverschlußteil 9 ist also mittels der Membran 10 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 12 steht mit der ersten Stirnseite 13 des Hauptventilverschlußteils 9 über eine Verbindungsleitung 15 in Verbindung, die als Durchgangsbohrung das Hauptventilverschlußteil 9 in axialer Richtung durchdringt. Der Mündung der Verbindungsleitung 15 in den Steuerventilraum 12 ist ein Steuerventilverschlußteil 16 zugeordnet, dieses Steuerventilverschlußteil 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 Hilfsventilverschlußteils 16 von diesem verschlossen wird und bei sich in seiner zweiten Endstellung befindlichem Steuerventilverschlußteil 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 Richtung beaufschlagbare Fläche des Hauptventilverschlußteils 9, so daß das Hauptventilverschlußteil 9 in seiner ersten Endstellung von dem bei geschlossener Hilfsentlüftungsleitung 17 im Hilfsventiiraum 12 anstehenden Druck gehalten wird, während der an seiner ersten Stirnseite 13 wirksame Druck es in seiner zweiten Endstellung hält, in der der Steuerentlüftungsraum 12 entlüftet ist Das Hauptventilverschlußteil 9 besitzt zwei Dichtflächen, nämlich eine erste Dichtfläche, die von der ersten Stirnseite 13 gebildet wird und der die als Ventilsitz ausgebildete und die Mündung der Arbeitsleitung 4 enthaltende Ringfläche 20 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 Hauptventilverschlußteils 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 Absland des ringförmigen Absatzes 23 von der Ringfläche 20 und der Durchmesser des Bundes 22 ist größer als de· Innendurchmesser des Absatzes 23. Der Übergang von der Druckleitung 2 zu der Arbeitsleitung 4 wird also von der ersten Dichtfläche 13 und der Übergang von der Arbeitsleitung 4 zu der Hauptentlüftungsleitung 8 von der zweiten Dichtfläche 21 beherrscht. Hierbei besitzen die Ringfläche 20 sowie die erste Dichtfläche 13 jeweils die Gestalt eines sich zum Hillfsventilraum 12 hin erweiternden Konus, wobei die Ringfläche 20 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 Polyurethan bestehende Umhüllune 25 aufweist, die einen inneren Stempel 26 umschließt, dessen der Druckleitung 2 zugewandte Stempelfläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilverschlußteils verläuft. Die Umhüllung 25 bildet außerdem mit ihrer in radialer Richtung beaufschlagbaren Ringfläche 27 den Anfang der Verbindungsleitung 15. Auch die zweite Dichtfläche

21 des Hauptventilverschlußteils 9 sowie der dieser zugeordnete Absatz 23 besitzen eine konische Gestalt und sind hierbei entgegengesetzt geneigt, wie die Ringfläche 20 und die erste Dichtfläche 13 des Hauptventilverschlußteils 9. Auf 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 30 einstückig verbunden, deren von der Umhüllung 25 abgewandte Enden durch einen ersten Einspannring 31 ebenfalls einstückig miteinander verbunden sind. Dabei sind die Zentrierarme 30 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 31 an dem Absatz 23 anliegt, der Bestandteil eines hülsenartigen Einsatzkörpers 32 ist. Der hülsenartige Einsatzkörper

22 liegt mit seinem Umfang an der Mantelfläche der axialen zylindrischen Ausnehmung 1 an und besitzt außer 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 Hauptventilverschlußteils hin über den gesamten Umfang eingebeult ist, so daß zwischen der eingebeulten Mantelpartie und der Mantelfläche der axialen Ausnehmung ein mit der Hauptentlüftungsleitung 8 verbundener Ringspalt 35 vorhanden ist, der über Entlüftungsbohrungen 36 in der eingebeulten Mantelpartie mit dem Hauptventilraum 11 verbunden ist Der Einsatzkörper 32 besitzt außerdem noch einen zylindrischen Fortsatz 37, an dessen Innenumfang der Außenumfang der Membran 10 anliegt die in axialer Richtung gesehen einerseits gegen den Ring 33 des Einsatzkörpers 32 und andererseits gegen einen zweiten Einspannring 38 verspannt ist, der über Zentrierarme 39 einstückig mit einer elastischen Ummantelung 40 des Hilfsventilverschlußteils 16 verbunden ist Als Material für die von der Ummantelung 40 des Steuerventüverschiußteiis, den Zentrierarmen 39 und dem zweiten Einspannring 38 gebildete Einheit ist ebenfalis Polyurethan vorgesehen wie für die von der Umhüllung 25 des Hauptventilverschlußteils, den Zentrierarmen 30 und

dem ersten Einspannring 31 gebildete Einheit. Sowohl der zweite Einspannring 38 als auch der zylindrische Fortsatz 37 lies Einsatzkörpers 32 werden in axialer Richtung von einem Deckel 41 begrenzt, der die Steuerentlüftungsleitung 17 enthält und außerdem den Steuerventilraum 12 abschließt. Das Befestigen der Membran 10 am Hauptventilverschlußteil 9 erfolgt durch Verspannen zwischen zwei radial gerichteten Vorsprüngen 42 und 43 am Hauptventilverschltißteil. Die Membran 10 selbst besitzt in radialer Richtung gesehen außer ihrer am HauptventilverschluSteil befestigten ersten verstärkten Ringzone und ihrer zwischen dem Ring 33 und dem zweiten Einspannring 38 verspannten dritten verstärkten Ringzone noch eine zweite verstärkte Ringzone, die sich zwischen i^er ersten und der dritten Ringzone befindet, wobei die erste und die zweite verstärkte Ringzone über eine erste eelenkarlipe dünnem Rinu7onp 45 iinrj cY\p ZWCH.C lind die dritte verstärkte Ringzone über eine zweite gelenkartige dünnere Ringzone 44 miteinander verbunden sind. Die Membran 10 weist also guten Zentricreigenschaften noch eine sehr große Beweglichkeit auf. Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, stehen sämtliche verstärkten Ringzonen zum Hilfsventilraum hin vor. Bezüglich der aus Polyurethan bestehenden Membran soll noch erwähnt sein, daß der dem Hauptventilraum M zugewandte radiale Vorsprung 42 des Hauptventilverschlußteils außer der ersten verstärkten Ringzone auch die erste verdünnte Ringzone 45 zum Hauptventilraum hin abdeckt, wobei der Vorsprung 22 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 das Hauptventilverschlußteil 9 sowie das Hilfsventilverschlußteil 16 jeweils in der ersten Endstellung, 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 20 münden kann, mit der Entlüftungsleitung 8 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 Hilfsentlüftungsleitung 17 von dem Steuerventilverschlußteil 16 verschlossen ist. Dabei ist die Ringfläche 27 der Umhüllung 25 des Hauptventilverschlußteils 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. Das Hauptventilverschlußteil 9 befindet sich auch bei fehlendem Druck in der Druckleitung 2 in seiner ersten Endstellung, da die Membran 10 in ihrer der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteils entsprechenden Stellung hergestellt ist Außerdem besitzen auch die beiden die Zentrierarme 30 bzw. 39 des Hauptventilverschlußteils bzw. des Steuerventilverschlußteils enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile Endstellungen, die der ersten Endstellung bzw. der zweiten Endstellung des Hauptventilverschlußteils entsprechen, so daß das Hauptventilverschlußteil, wenn es sich in seir.ar ersten Endstellung befindet, bei Abschalten des Druckes auch

von den Zentrierarmen 30 und 39 weiterhin in seiner ersten br.dstellung gehalten wird. Will man nun das Hauptventilverschlußteil 9 in seine zweite Endsiellung, die in der oberen Hälfte der Figur dargestellt ist, überführen, so muß hierzu das Hilfsventilverschlußteil 16 betätigt werden. Zur Betätigung von außen her besitzt das Hilfsventilverschlußteil 16 außer seiner elastischen Uminantelung 40 einen scheibenartigen Kern 50, der mit einem Betätigungsstift 51 fest verbunden ist und einen Durchbruch 52 der Ummantelung 40 mit Spiel durchgreift sowie durch die Steuerentlüftungsleitung 17 nach außen vorsteht. Dadurch, daß die am Hilfsventilverschlußteil 16 vorhandene vierte Dichtfläche 53 mit dem Deckel 41 einen kleinen Winkel von z. B. 5° bildet und infolge des vorhandenen Spiels zwischen dem Betätigungsstift 51 urd der Ummantelung 40 sind auch am Hilfsventilver-

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r.Ciil'iL/tC:; iö VCrSCiiiCiiJitatC reriKiiiinvtc gcsLiiuiicii und durch Ausüben einer Betätigungskraft auf den BetätigunfeiStift 51 bewegt sich zunächst lediglich die der vierten Dichtfläche 53 gegenüberliegende dritte Dichtfläche 54 auf die Verbindungsleitung 15 /u. während die vierte Dichtfläche 53 noch an den Deckel angeschmiegt ist und die Hilfsenllüftungsleitung 17 verschließt. Dies wird infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung 40 α möglicht. Mit der Zeit treten nun erste Undichtigkeiten an der Mündung der Hilfsentlüftungsleitung 17 auf wodurch der statische Druck im Hilfsventilraum abnimpit. Dadurch muß zum weiteren Verschieben des Betätigungsstiftes 51 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 Wert, so wird schließlich das Hauptventilverschlußteil aufgrund der von dem Druckmedium in der Druckleitung 2 auf ihn ausgeübten Kraft schnappend aus seiner ersten Endstellung in seine zweite Endstellung überführt. Dabei erhöht die in der Membran und in den Zentrierarmen vorhandene Vorspannung die Schnappwirkung. Für das Durchschalten des Hauptventilverschlußteils mitbestimmend ist der Druckabfall im Bereich des Übergangs von der Arbeitsleitung zur Hauptentlüftungsleitung während des Schaltens. Das Ventil besitzt sozusagen den Charakter eines Rückschlagventils. Nach Durchlaufen der durch die Druckausbreitung rasch erreichten Mittelstellung wirkt das Hauptventilverschlußteil 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 das Hauptventilverschlußteil während des Schaltvorgangs auf das Hilfsventilverschlußteil zu bewegt, wodurch der zum Schalten notwendige Betätigungshub des Betätigungsstiftes 51 verkürzt wird. Während des Schaltvorgangs erfolgt im Hilfsventilraum 12 durch die Bewegung der Membran 10 eine leichte Kompression, was auf den Schaltvorgang leicht dämpfend wirkt. Es ist klar, daß zum Erreichen einer äußerst kurzen Schaltzeit das Volumen des Hilfsventilraumes 12 k'ein gehalten werden muß, damit schnelle Lade- und Entladevorgänge vonstatten gehen können. Weiterhin ergibt sich, daß zwar theoretisch, wie bei allen durch nichtüberdekkungsfreie Hilfsventil angesteuerten Ventilsystemen, am Hilfsventil ein Dauerluftverbrauch auftreten kann, ein solcher Dauerluftverbrauch tritt bei der" erfir.dungsgemäßen Mehrwegeventil in der Praxis jedoch nicht oder nur kaum nachweisbar au'. Der Schaltvorgang wird schließlich durch das Verdrängen des restlichen Druckmediums aus dem Hiifsventilraum beendet, wonach die zweite Dichtfläche 21 der Umhüllung 25 des Hauptventilverschlußteils an dem Absatz 23 zwischen der Arbeitsleitung 4 und der Hauptentlüftungsleitung 8 anliegt und die dritte Dichtfläche 54 des Steuerventilverschlußteils 16 an die Mündung der Verbindungsleitung 15 angeschmiegt ist. Zur Zurückführung des Hauptventilverschlußteils 9 aus seiner zweiten Endsiellung in seine erste Endstellung ist es lediglich erforderlich, entweder den Betätigungsstift 51 zurückzuziehen uuci

CiI einiiU'M iuszuiassen, was deshalb ausreichend ist, da ja auf das Hilfsventilverschlußteil 16 durch die Verbindungsleitung 15 hindurch das Druckmedium einwirkt und außerdem die elastische Aufhängung des Hilfsventilverschlußteils eine elastische Rückstellkraft ausübt. Da, wie schon erwähnt, sämtliche stationäre Teile in axialer Richtung gegeneinander verspannt sind, können sich diese während der verschiedenen Schaltvorgänge nicht bewegen, so daß sie keinem Verschleiß ausgesetzt sind. Erwähnt soll noch sein, daß. befindet sich das Hauptventilverschlußteil in seiner ersten Endstellung, 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 Richtung auf das Hauptventilverschlußteil ein, sie übt vielmehr auch auf die Ringfläche 27 der Umhüllung 25 eine radial gerichtete Kraft aus. die die Umhüllung 25 fest gegen den Ventilsitz preßt. Zur Erhöhung der Sicherheit in bezug auf ein evtl. kurzes Abheben der ersten Stirnseite 13 von ihrem Ventilsitz bei einer plötzlichen Druckwelle r.ann man auch in der Druckleitung 2 einen Speiche' oder ein Tiefpaßfilter anordnen, womit erreicht wird, daß der Druckwelle eine Frontwelle vorausgeht, die ausreicht, sowohl vom .Steuerventilraum 12 her als auch über die Ringfläche 27 eine genügende Schließkraft zu erzeugen. Als letzte vorteilhafte Maßnahme sei noch erwähnt, daß die Betätigung des Betätigungsstiftes 51 über ein elastisches Glied, z. B. über eine Blattfeder 56 und eine geeignete Kraftübertragung erfolgen kann, wodurch das sprunghafte Schaitverhalten noch ausgeprägter wird.

Obige Ausführungen haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Mehrwegeventil 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, da, denkt man sich beim dsrgestellten Ausführungsbeispiel die Hauptentlüftungsleitung weg, auch das dann entstehende Zweiwegeventil voll funktionstüchtig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrwegeventil mit einem ein vom Druckmedium gesteuertes und axial verschiebbar gelagertes Hauptventilverschlußteil enthaltenden Hauptventilraum und mit einem ein mechanisch betätigbares Steuerventilverschlußteil enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum mindestens eine von der Druckmediumquelle herführende Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des ι ο HauptventilverschlußteiSs von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten Endstellung des Hauptventilverschlußteils mit der Druckleitung verbundene Arbeitsleitung münden, und mit einer den Hauptventilraum begrenzenden und auf der '5 anderen Seite vom Mediendruck im Steuerventilraum beaufschlagten, in axialer Richtung beweglichen Trennwand, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte axiale Stirnseite des Hauptventilversdilußteils in jeder Stellung des Hauptven- tilverschlußteils mit der Druckleitung in Verbindung steht und das andere axiale Ende des Hauptventilverschlußteils mit der beweglichen Trennwand fest verbunden ist und in den Steuerventilraum eine Verbindungsleitung mündet, die andererseits mit dem Druckraum auf der άύτ beweglichen Trennwand abgewandten Stirnseite des Hauptventilverschlußteils in Verbindung steht, wobei ferner der Steuerventilraum mit einer Druckentlastungsleitung verbunden ist und das Steuerventilverschlußteil in ⁾⁰ seiner ersten Endstellung bei geöffneter Verbindungsleitung die Druck'.ltlastungsleitung verschließt und wobei die vom Steuerventilraum aus mit Druckmedium beaufschiagbai Fläche der beweglichen Trennwand größer ist als die in umgekehrter J5 Richtung beaufschlagbare Fläche des Hauptventilverschlußteils, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilraum (12) in axialer Richtung neben dem Hauptventilraum (11) angeordnet ist, daß die vom Druckraum (2) auf der der beweglichen Trennwand (10) abgewandten Stirnseite (13) des Hauptventilverschlußteils (9) zum Steuerventilraum (12) führende Verbindungsleitung (IS) das Hauptventilverschlußteil (9) durchsetzt, so daß sich ihre zum Steuerventilraum (12) führende Mündung an dem beweglichen Hauptventilverschlußteil (9) befindet und das Steuerventilverschlußteil (16) mit dieser in gleicher Bewegungsachse zusammenwirkt.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilraum (ti) und der Steuerveniilraum (12) in einer gemeinsamen zylindrischen Ausnehmung (1) des Ventilgehäuses liegen.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (2) zentral in die zylindrische Ausnehmung (1) einmündet und die die Mündung der Druckleitung (2) umgebende stirnseitige Ringfläche (20) eine erste Sitzfläche des Hauptventilverschlußteils (9) bildet.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche I ^w bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilverschlußteil (16) und die dem Steuerventilverschlußteil (16) zugeordneten Sitzflächen des Steuerventils zentral angeordnet sind.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Arbeitsleitung (4) in den Hauptventilraum (11) in der stirnseitigen Ringdäche (20) angeordnet ist und in axialer Richtung gesehen zwischen der Arbeitsleitung (4) und der beweglichen Trennwand (10) eine Hauj. tentlüftungsleitung (8) in den Hauptventilraum (U) mündet, wobei von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) an einer zwischen der Mündung der Arbeitsleitung (4) und der Mündung der Hauptentlüftungsleitung (8) liegenden Stelle ein ringförmiger Absatz (23) Li radialer Richtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie (34) des Hauptventilverschlußteils (9) mit Spiel umgreift, dessen von seiner verjüngten Partie (34) zur stirnseitigen Ringfläche (20) hin gerichtete Partie einen radial gerichteten und eine 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 (U) begrenzenden stirnseitigen Ringfläche (20) und dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ringförmigen Absatzes (23) und der in der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteils (9) an der stirnseitigen Ringfläche (20) abdichtend anliegt, während er in der zweiten Endstellung des Hauptventilverschlußteils an dem ringförmigen Absatz (23) abdichtend anliegt

6. Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (22) des Hauptventilverschlußteils (9) eine aus elastischem Material bestehende Umhüllung (25) besitzt.

7. MehrwÄgeventil nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventilverschlußteil (16) aus einem scheibenartigen Kern (50) mit einer diesen vollständig umschließenden Ummantelung (40) aus elastischem Material besteht, wobei die Ummantelung (40) einen Durchbruch (52) für einen einerseits mit dem Kern (50) fest verbundenen und andererseits durch die Druckentlastungsleitung (17) nach außen vorstehenden Betätigungsstift (51) besitzt.

8. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennwand (10) in Gestalt einer Membran in radialer Richtung von innen nach außen aufeinanderfolgend eine am Hauptventilverschlußteil (9) befestigte erste verstärkte Ringzone, eine erste gelenkartige dünnere Ringzone (45), eine zweite verstärkte Ringzone, eine zweite gelenkartige dünnere Ringzone (44) und eine dritte verstärkte Ringzone besitzt, die fest eingespannt ist.

9. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) in ihrer der ersten Endstellung des Hauptventilverschlußteils (9) entsprechenden Stellung hergestellt ist.

10. Mehrwegeventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein radialer Vorsprung (42) am Hauptventilverschlußteil (9) die erste verstärkte Ringzone sowie die erste verdünnte Ringzone (45) der Membran (10) an ihrer dem Hauptventilraum (11) zugewandten Seite abdeckt.

11. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Hauptventilverschlußteil (9) und/oder am Steuerventilverschlußteil (16) jeweils radial gerichtete und über den Umfang verteilte elastische Zentrierarme (30 bzw. 39) befestigt sind, die andererseits mit der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) fest verbunden sind.

12. Mehrwegeventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (30) des Hauptventilverschlußteils (9) einstückig mit der Umhüllung (25) des Bundes (22) des Hauptventilverschlußteils (9) verbunden sind, während ihre von der s Umhüllung (25) abgewandten Enden durch einen ersten Einspannring (31) einstückig miteinander verbunden sind.

13. Mehrwegeventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (39) dss Steuerventilverschlußteils (16) einstückig mit dessen Ummantelung (40) verbunden sind, während ihre von der Ummantelung (40) abgewandten Enden durch einen zweiten Einspannring (38) einstückig miteinander verbunden sind.

14. Mehrwegeventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Zentrierarme (30 bzw. 39) des Hauptventilverschlußteils bzw. des Steuerventilverschlußteils enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile Endstellungen besitzen, die der ersten Kndsteliung bzw. der zweiten Endstellung des Hauptventilverschlußteils (9) entsprechen.

15. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Länge der Hauptentlüftungsleitung (8) ein hülsenartiger Einsatzkörper (32) in die zylindrische Ausnehmung (1) des Gehäuses eingesetzt ist und mit seinen-. Umfang an deren Mantelfläche anliegt wobei der Einsatzkörper (32) den in radialer Richtung vorstehenden ringförmigen Absatz (23) aufweist und im Anschluß an diesen eine über den gesamten Umfang verlaufende und zum Hauptventilraum (11) hin gerichtete Einbeulung besitzt, die zum Steuerventilraum (12) hin an der Membran (10) anliegt und einen J5 mit der Hauptentlüftungsleitung verbundenen Ringspalt (35) bildet, der über Entlüftungsbohrungen (36) in der Einbeulung mit dem Hauptventilraum (11) verbunden ist

16. Mehrwegeventil nach Anspruch 15, dadurch *o gekennzeichnet, daß der erste Einspannring (31), der hülsenartige Einsatzkörper (32), die Membran (10), und der zweite Einspannring (38) aufeinanderfolgend aneinander anliegen und fest gegeneinander verspannt sind. *5

17. Mehrwegeveritil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilverschlußteil (16) über ein elastisches Glied (56) mechanisch betätigter ist.

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