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Fünfwegeventil Die Erfindung betrifft ein Bünfwegeventil zum steuern
der Hin- und Herbewegung des beidseitig mit Druckmedium beaufschlagbaren Kolbens
eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders mit äußeren Anschlüssen, von denen ein
mit einer Druckmediumquelle verbindbarer Druckmediumanschluß über einen ersten bzw.
zweiten Ventilsitz mit einem ersten bzw. zweiten, jeweils an einen der beiden Arbeitsräume
des Arbeitszylinders anschließbaren Arbeitsanschluß verbindbar ist, wobei der erste
bzw. zweite Arbeitsanschluß andererseits jeweils über einen dritten bzw. vierten
Ventilsitz
mit einem ersten bzw. zweiten Entlüftungsanschluß verbindbar
ist.
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Die Erfindung bezieht sich also auf ein Fünfwegeventil, mit dessen
Hilfe bei entlüftetem einem Arbeitsraum der andere Arbeitsraum des Arbeitszylinders
mit Druckmedium beaufschlagbar ist und umgekehrt. Dabei sind üblicherweise die den
Ventilsitzen zugeordneten Ventilglieder in Gestalt von richtungen verschiebefest
miteinander verbunden, so daß nur zwei Ventilstellungen möglich sind, nämlich die
der Hinbewegung sowie die der Herbewegung des Kolbens entsrechende Ventilstellung.
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hierdurch ist der Anwendungsbereich der bekannten Fünfwegeventile
begrenzt. So kann beispielsweise der Kolben in wischenstellungen nicht angehalten
oder bei längeren btillstandzeiten, was vor allem bei vertikal eingebautem Arbeitszylinder,
z.B. in Hubgeräten, von jiichtigkeit ist, nicht festgehalten werden. Auch ein Stoppen
des Kolbens bei einem Nothalt ist bei den bekannten Ventilen nicht möglich. Schließlich
gibt es bei den bekannten Ventilen auch keine Ventilstellung, in der der Kolben
beispielsweise von Hand frei bewegt werden kann.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Fünfwegeventil
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Ventile
nicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Ventilsitz
ein gesondert betätigbares Ventilglied zugeordnet ist, das in seiner Schließ- bzw.
Offenstellung den zugehörigen Ventilsitz verschließt bzw. freigibt, so daß jeder
Ventilsitz unabhängig von den übrigen Ventilsitzen geöffnet oder verschlossen werden
kann.
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Auf diese Weise lassen sich durch entsprechende Betatigung der verschiedenen
Ventilglieder vier Ventilstellungen einstellen. Sind nämlich der erste und der vierte
Ventilsitz verschlossen, während der zweite und der dritte Ventilsitz geöffnet sind,
so befindet sich das Ventil in seiner der Hinbewegung des Kolbens entsprechenden
stellung. Umgekehrt führt der Kolben eine Herbewegung aus, wenn der erste und der
vierte Ventilsitz geöffnet und der zweite und der dritte Ventilsitz geschlossen
sind.
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Überführt man dagegen sämtliche Ventilglieder gleichzeitig in ihre
Schließstellung, hält der Kolben sofort an.
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Auf diese Weise kann der Kolben in jeder Zwischenstellung angehalten
werden und festgehalten werden, wobei der Kolben zwischen zwei Druckmediumkissen
fest eingespannt ist. Diese Möglichkeit gewährleistet also ein sofortiges und sicheres
Positionieren des Kolbens. Schließlich sind in der vierten Stellung sämtliche Ventilsitze
geöffnet, so daß jeder Arbeitsraum des Arbeitszylinders entlüftet
und
somit der Kolben frei verschiebbar ist.
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Jedes Ventilglied kann mit einem mit Jteuermedium beaufschlagbaren
Steuerkolben fest verbunden sein, der im Ventilkörper hin und her bewegbar geführt
ist. Dabei ist es zweckmäßig, daß jeder Steuerkolben einseitig und hierbei in der
das Ventilglied vom Ventilsitz weg drückenden Richtung mit teuermedium beaufschlagbar
ist, wobei bei dieser Ausführungsform jedes Ventilglied unter der ständigen Einwirkung
einer das Ventilglied zum zugehörigen Ventilsitz hindrückenden Kraft, z0B.
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einer Federkraft, stehen kann. Man erhält so ein rückschlagsicheres,
dichtes Ventil, das sich von selbst nachstellt. Ferner werden beim Ausfall der Steuermediumzufuhr
sämtliche Ventilglieder in ihre Schließstellung überführt, so daß der Kolben sofort
stillsteht.
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Im Ventilkörper können vier parallel zueinander angeordnete Bohrungen
vorhanden sein, die jeweils einen Ventilsitz enthalten und zur AuSnahme einer von
einem Ventilglied und einem oteuerkolben gebildeten Einheit dienen, wobei sich die
Schließ- und die Offnungsrichtungen sämtlicher Ventilglieder entsprechen, und jeder
Steuerkolben in der gemeinsamen Offnungsrichtung mit Steuermedium beaufschlagbar
ist, während in entgegengesetzter Richtung, also in der gemeinsamen Schließrichtung,
auf jede Einheit eine Druckfeder einwirkt.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß zwei Steueranschlüsse vorhanden
sind,
über die die dem ersten und dem dritten Ventilsitz zugeordneten xteuerkolben so
wie die dem zweiten und dem vierten Ventilsitz zugeordneten oteuerkolben jeseils
gemeinsam mit oteuermedium beaufschlagbar sind.
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Die beiden oteueranschlüsse können selbstverständlich getrennt voneinander
angesteuert werden, sie können jedoch jeweils über ein Vorsteuerventil mit einer
gemeinsamen bteuermediumquelle verbunden sein. Diese kann eine Fremdquelle sein,
es ist aber auch möglich, die beiden Steueranschlüsse und den Druckmediumanschluß
leitend miteinander zu verbinden.
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Die beiden Vorsteuerventile können auch gemeinsam betätigbar sein,
um auf diese weise sämtliche Ventilglieder gleichzeitig in ihre Offenstellung oder
in ihre Jchließstellung überführen zu können.
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bine weitere zweckmäßige ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß das Fünfwegeventil baukastenartig aufgebaut ist und aus einem Arbeitsteil sowie
aus einem mit dem iirbeitsteil lösbar verbundenen Dteuerteilbsteht, wobei der Arbeitsteil
und der Steuerteil jeweils quaderförmig ausgebildet sein können. Durch diese Trennung
von nrbeits- und Steuerteil ist ein einfacher Umbau auf verschiedene Betätigungsarten
möglich, wobei der Arbeitsteil
bei sämtlichen betatigungsarten
als komplette Baukastengruppe stets gleich bleibt.
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AusführungsbeisSiele der Erfindung sowie weitere, bis jetzt noch nicht
erwähnte zweckmäßige kaBnahmen werden nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Es
zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fünfwegeventils
im Längsschnitt in einer ersten Ventilstellung, Fig. 2 das ventil gemäß Fig. 1 in
einer zweiten Ventilstellung, Fig. 3 das Ventil gemäß Fig. 1 in einer dritten Ventilstellung,
Fig. 4 das Ventil gemäß Fig. 1 in einer vierten Ventilstellung, Fig. 5 ein ochaltschema
und Fig. 6 bis 9 jeweils eine verschiedene Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fünfegeventils in oeitenansicht.
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Das in den Figuren 1 bis 4 jeweils in einer anderen Ventilstellung
dargestellten Fünfwegeventil dient zum Dteuern der Hin- und Herbewegung eines beidseitig
mit Druckmedium beaufschlagbaren Kolbens 1 eines doppelt wirkenden wrbeitszylinders
2, wobei die Kolbenbewegung auf eine endseitig aus dem Arbeitszylinder 2 herausragende
Kolbenstange 3, die mit dem Kolben 1 fest verbunden ist, übertragen wird. Das Fünfwegeventil
weist verschiedenäus sere anschlüsse auf. Von diesen anschlüssen ist ein Druckmediumanschluß
j mit einer nicht dargestellten Druckmediumquelle verbindbar, wobei über den Druckmediumanschluß
P sowohl gasförmige als auch flüssige Druckmedien zugeführt werden können. Vom Druckmediumanschluß
r aus führt eine Verbindungsleitung 4 ins innere des Ventils, wobei der Druckmediumanscnluß
F einerseits über einen ersten Ventilsitz 5 mit einem ersten Arbeitsanschluß Ä und
anuererseits über einen zweiten Ventilsitz 6 mit einem zweiten Arbeitsanschluß B
verbindbar ist. Die beiden orbeitsanschlüsse li bzw. t sind jeweils an einen der
beiden Arbeitsräume 7 bzw. 8 des Arbeitszylinders 2 angeschlossen.
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Der erste arbeitsanschluß A ist ferner über einen dritten Ventilsitz
9 mit einem ersten £ntlüftungsanschluß X verbindbar, während auf die gleiche weise
der zweite Arbeitsanschluß B über einen vierten Ventilsitz 1o mit einem zweiten
bntlüftun-sanschluß X in werbindung gebracht werden kann.
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Jedem Ventilsitz beispielsweise dem ersten Ventilsitz 5 ist ein gesondert
betätigbares Ventilglied 11 zugeordnet, das in seiner Schließstellung mit einer
Wichtung 11 den zugehörigen Ventilsitz 5 erschlielSt und in seiner Offenstellung
den Ventilsitz 5 freigibt. Jeder Ventil sitz 5, E, 9, 1o kann also im prinzip unabhängig
von den übrigen Ventilsitzen geöffnet oder verschlossen werden.
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Die betätigung der Ventilglieder erfolgt mit Hilfe eines Steuermediumsa
Hierzu ist jedes Ventilglied 11 mit einem Dteuerkolben 13 fest verbunden, der im
Ventilkörper 14 hin und herbewegbar geführt ist. Die Steuerkolben 13 können zwar
grunds&tzlich beidseitig mit oteuermedium beaufschl&gbar sein, bei dem dargestellten
Fünfwegeventil ist jedoch zweckmäßigerweise jeder oteuerkolben 13 nur einseitig
und hierbei in der das Ventilglied 11 vom Ventilsitz 5 Veg drückenden wichtung mit
bteuermedium beaufschlagbar. In entgegengesetzter dichtung, also zum zugehörigen
Ventilsitz 5 hin, steht jedes Ventilglied 11 dagegen unter der ständigen Einwirkung
einer Druckfeder 15. Bei fehlendem Steuermedium bzw. bei unterbrochener Steuermediumzufuhr
liegen deshalb sämtliche Ventilglieder an den zugehörigen Ventilsitzen an und verschließen
diese.
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Jede von einem Ventilglied 11 und einem Steuerkolben 13
gebildete
Einheit 16 ist, wie der @bersichtlic@keit wegen nur in Fig. 2 näher bezeichnet worden
ist, in einer Bohrung 17 im Ventilkörper 14 geführt, so daß insgesamt vier Bohrungen
17, 18, 19, 20 vorhanden sind. Die bohrungen 17 und 20 sind parallel zueinander
angeordnet, wobei sich die Jchließ- und die Öffnungsrichtungen sämtlicher Ventilglieder
entsprechen. Dabei ist jeder Dteuerkolben in der gemeinsamen Cffnungsrichtung 21
mit oteuermedium beaufschlagbar, wahrend in entgegengesetzter dichtung, also in
der gemeinsamen Schließrichtung 22, auf jede Einheit 16 eine der schon erwähnten
Druckfedern 15 einwirkt. Die Bohrungen 17,18,l9,20 enthalten jeweils eine durch
den zugehörigen Ventilsitz 5,cj,6,1o in einem ersten und einen zweiten Teilraum
23,24,25,26 bzw. 27,28,29,30 unterteilte Kammer, wobei jeder erste teilraum ein
Ventilglied aufnimmt. In die zweiten Teilräume 27 bzw. 29 der den ersten bzw. zweiten
Ventilsitz 5 bzw. 6 enthaltenden bohrungen 17 bzw. 19 mündet jeweils eine Abzweigung
der Verbindungsleitung 4, so daß die zweiten Teilräume 27,29 stets in offener Verbindung
mit dem Druckmediumanschluß E stehen. Ferner ist der zweite Teilraum 28 bzw. 3o
der den dritten bzw. vierten Ventilsitz 9 bzw. lo enthaltenden bohrungen 18 bzw.
20 mit dem ersten bzw. zweiten Xntlüftugsanschluß R bzw. @ verbunden. Dagegen sind
die ersten Teilräume 23 bzw. 24 der den ersten und den dritten
Ventilsitz
5 bzw. 9 enthaltenden Bohrung 17 bzw. 18 ebenso wie die ersten Teilräume 25 bzw.
26 der den zweiten bzw. den vierten Ventilsitz 6 bzw. lo enthaltenden Bohrungen
19 bzw. 20 jeweils paarweise miteinander und hierbei mit dem ersten bzw. dem zweiten
Arbeitsanschluß A bzw. B verbunden.
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Bevor nun weitere zinzelneiten beschrieben werden, soll zunächst auf
die verschiedenen möglichen Ventilstellungen eingegangen werden. Bei der Ventilstellung
gemäß Fit 1 ist die St euermediumzu fuhr zu sämtlichen steuerkolben unterbrochen.
sämtliche Ventilglieder 11 liegen daher unter der wirkung der Druckfedern 15 an
den zugehörigen Ventilsitzen 5,6,9,10 an und verschließen diese. Auf diese Weise
ist jeder Arbeitsraum 7,8 des arbeitszalinders 2 sowohl vom Druckmediumanschluß
P als auch vom zugehörigen Zntlüftungsanschluß , abgeschlossen. lius keinem der
Arbeitsräume kann deshalb das Druckmedium entweicnen, so daß beiderseits des Kolbens
1 ein Druckkissen vorhanden ist, wobei die beiden Druckkissen den Kolben 1 in seiner
beim Abschalten der bteuermediumzufuhr erreichten Stellung halten. Das ünfwegeventil
eignet sich daher zur Fositionierung in jeder beliebigen Zwischenstellung, zum Stoppen
des Kolbens 1 bei einem Nothalt und zum sicheren Feststellen des Kolbens 1,
auch
über längere Zeiträume hinweg, selbst bei vertikal angeordnetem Arbeitszylinder
2. Da der Kolben 1 bei einem Ausfall des Steuermediumsystems stehen bleibt, ist
außerdem eine erhöhte sicherheit vorhanden. Eine gewollte Verschiebung des Kolbens
aus seiner in Fig. 1 eingezeichneten Stellung ist zwar durch aufbringung einer äußeren
Kraft auf die Kolbenstange möglich, bei Yiegnahme der äußeren Kraft fährt der Kolben
jedoch in seine vorherige stellung zurück.
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In der in Sig. 2 dargestellten Ventilstellung sind lediglich die in
den Bohrungen 18, 19 enthaltenen bteuerkolben mit oteuermedium beaufschlagt, so
daß der zugehörige zweite sowie der dritte Ventilsitz 6 bzw. 9 geöffnet sind, während
der erste und erz vierte Ventilsitz 5 bzw. lo geschlossen sind. Wie aus Fig. 2 anschaulich
hervorc-eht, wird auf diese weise nur dem Arbeitsraum 8 unter gleichzeitiger entlüftung
des Arbeitsraumes 7 vom Druckmediumanschluß E her Druckmedium zugeführt, so daß
der Kolben 1 eine Bewegung in Richtung des Pfeiles 31 ausführt.
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Eine entgegengesetzte Bewegung in Richtung gemäß Pfeil 32 führt der
Kolben 1 in der in Fig. 3 gezeigten Ventilstellung
aus. Dies wird
dadurch bewirkt, daß in diesem Falle durch entsprechende Steuermediumbeaufschlagung
der erste und deiierte Ventilsitz 5 bzw. 1o geöffnet sowie der zweite und der dritte
Ventilsitz 6 bzw. 9 verschlossen sind.
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während in den Ventilstellungen gemäß den Figuren 1 bis 3 jeweils
mindestens zwei Ventilsitze geschlossen sind, sind in der Ventilstellung gemäß Fig.
4 sämtliche Ventilsitze 5,6,9,10 durch Steuermediumzufuhr zu sämtlichen Steuerkolben
geöffnet. Beide Arbeitsräume 7,8 des Arbextszylinders 2 sind daher entlüftet, wobei
außerdem das über den Druckmediumanschluß P zugeführte Druckmedium ins Freie strömt.
Um diese Vergeudung von Druckmedium zu vermeiden, kann der bruckmediumanschluß bzw.
die Verbindungsleitung 4 z.B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Schiebers absperrbar
sein. Da in dieser Ventilstellung beide Arbeitsräume 7,8 entlüftet sind, wirkt auf
den Kolben 1 keine vom Druckmedium herrührende Kraft ein, so daß der Kolben 1 einer
äußeren Kraft folgen kann.
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Wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist es vorteilhaft,
daß die dem ersten und dem vierten Ventilsitz 5 bzw. 1o zugeordneten Dteuerkolben
sowie die dem zweiten und dem dritten Ventilsitz 6 bzw. 9 zugeordneten
oteuerkolben
jeweils gemeinsam mit oteuermedium beaufschlagbar sind. Es sind deshalb wie in Fig.
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4 näher bezeichnet ist, zwei oteueranschlüsse 33,34 vorhanden, von
denen der erste SteueranschluR 33 über ateuerleitungen 35 mit den den zweiten und
den dritten Ventilsitz 6,9 enthaltenden bohrungen und der zweite oteueranschluß
34 ebenfalls über Steuerleitungen 36 mit den den ersten und den vierten Ventilsitz
5,10 enthaltenden Bohrungen verbunden ist. oelbstverständlich können die beiden
Steueranschlüsse 33,34 jeweils direkt von einer Steuermediumquelle aus angesteuert
werden, je nacii den brfordernissen ist es aber auch möglich, daß die beiden bteueranschlüsse
jeweils über ein Vorsteuerventil mit einer gemeinsamen teuermediumquelle verbunden
sind.
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Zum Veranschaulichen dieser Möglichkeit sind in dem Dchaltschema gemäß
Fig. 5, auf dessen Einzelheiten im übrigen wegen der obigen ausführlichen Beschreibung
der zu Fig. 1 bis 4 nicht näher eingegangen/werden braucht, zwei Vorsteuerventile
37,38 vorhanden. Dabei ist das Vorsteuerventil 37 dem oteueranschluß 33 und das
Vorsteuerventil 38 dem Steueranschluß 34 zugeordnet. Die beiden Vorsteuerventile
37,38 können entweder von einer Fremdquelle ' angesteuert werden, die strichpunktiert
eingezeichnet ist, eine zweckmäßige Möglichkeit besteht jedoch darin, die beiden
oteueranschlüsse 33, 34
unter Swischenschalten der Vorsteuerventile
37,38 leitend mit dem Druckmediumanschluß P zu verbinden (gestrihelt).
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Zur Betätigung der beiden Vorsteuerventile 37, 38 kann ein Kipphebel
39 mit einem handgriff 40 dienen, wobei beim Verkippen des Kipphebels 39 in Jeweils
eine wichtung 41 bzw. 42 ein Vorsteuerventil 37 bzw. 38 betätigt wird. Auch eine
Ausbildung derVorsteuerventile als Tasterventile ist möglich. Bildet man den Kipphebel
39 auBerdem in richtung gemäß dem Doppelpfeil 43 bewegbar aus, so lassen sich beide
Vorsteuerventile gemeinsam betätigen.
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Eine weitere wichtige Einzelheit des erfindungsgemäßen Ventils besteht
darin, daß es baukastenartig aufgebaut ist und aus einem den Druckmediumanschluß
P, die mntlüftungsanschlüsse R,S sowie die Arbeitsanschlüsse A, B und die die Ventilsitze
aufweisenden Kammern enthaltenden Arbeitsteil 44 sowie aus einem die Steuerleitungen
35, 36 enthaltenden und mit Arbeitsteil 44 lösbar verbundenen Steuerteil 45 (siehe
Fig. 4) besteht. Dabei besitzt sowohl der Arbeitsteil 44 als auch der Steuerteil
45 eine quaderförmige Gestalt. Durch diese rennung von Arbeits- und Steuerteil ist
bei gleichbleibendem Arbeitsteil eiieinfacher Umbau auf verschiedene Betätigungsarten
möglich,
da man hierzu nur jeweils einen anderen Steuerteil mit dem Arbeitsteil verbinden
muß.
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Verschiedene Betätigungsarten zeigen die Fig. 6 bis 9.
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Der Steuerteil 50 des Mehrwegeventils 51 ist zu einem direkten Steuern
der beiden Steueranschlüsse 52,53 geeignet. Dagegen sind bei dem Fünfwegeventil
54 gemäß Fig. 7 zwei kagnetventile 55,56 als Vorsteuerventile vorhanden. Das Ventil
57 gemäß Fig. 8 enthält einen dem Kipphebel 39 entsprechenden kipphebel 58, mit
dessen hilfe die beiden nicnt sichtbaren Vorsteuerventile betätigt werden können.
Fig. 9 schließlich zeigt ein Ventil 59, das zwei lasterventile 50,61 enthält. Der
die äußeren anschlüsse P,R,S,A,B enthaltende arbeitsteil der Ventile gemäß den Figuren
6 bis 9 ist stets derselbe.
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ochließlich soll noch kurz auf das Stoppverhalten und die Abluftdrosselung
eingegangen werden. Für das Stoppverhalten oder Nachlaufen eines ArbeitszJlinders
sind hauptsächlich der Druckunterschied in den beiden Arbeitsraumen sowie das Volumenverhältnis
der vor und hinter dem Kolben angeordneten Volumina maßgebend, wobei hier die Volumia
der Verbindungsleitungen zwischen den hrbeitsanschlüssen und dem Arbeitszylinder
sowie die Volumina der Ventilkammern im Moment des noppens mit zu rechnen sind.
Der wrbeitszylinder läuft nach dem noppen
solange nach, bis im
system ein Kräfteausgleich herrscht.
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Hieraus ergibt sich, daß die Verbindungsleitungen zwischen den Arbeitsanschlüssen
und dem Arbeitszylinder so kurz wie möglich gehalten werden müssen. Der erste und
der zweite Arbeitsanschluß A bzw. B sind deshalb, wie aus sämtlichen Figuren hervorgeht,
jeweils an einer Stirnseite des Ventilkörpers, also seitlich angeordnet, so daß
das Ventil unmittelbar am Zylinder verschlaiicht oder verrohrt werden kann.
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Des weiteren müssen die genannten Verbindungsleitungen am Ventil sowie
am Arbeitszylinder dicht sein, was sich bei dem erfindungsgemäßen Ventil ohne weiteres
erreichen läßt. Ferner sollte bei Geschwindigkeitsregulierung des Arbeitszylinders
durch Abluftdrosselung diese vom Arbeitszylinder aus gesehen hinter dem Ventil,
also in den mntlüftungsanschlüssen erfolgen. Würde nämlich die Drosselung in den
Verbindungsleitungen zwischen den Arbeitsanschlüssen und dem Arbeitszylinder erfolgen,
erhielte man in dem jeweiligen Leitungsabschnitt zwischen der Drosselstelle und
der benachbarten Ventilkammer beim Vorfahren des Zylinders ein ungedrosselt es und
damit auf etwa At-mosphärendruck entspanntes Volumen, das nach dem Stoppen durch
die Drossel hindurch bis zum Kräfteausgleich aufgefüllt werden müBte, was einen
langen Zylindernachlauf bewirken würde.
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Zuletzt soll noch darauf hingewiesen werden, daß das Fünfwegeventil
rückschlagsicher ist und daß eine evtl.
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Abnutzung der richtungen der Ventilglieder die Wirkungseise des Ventils
nicht beeinträchtigen kann, da die Dichtungen aufgrund des Anordnen der Druckfedern
15 selbsttatig nachgestellt werden.