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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes, druckgesteuertes Ventil zur Steuerung eines Druckmittelstroms, mit zwei Druckräumen, die durch eine schaltende Membran druckmitteldicht voneinander getrennt sind, wobei der eine Druckraum vom Druckmittel, das von einem Druckerzeuger über eine konstante Drosselstelle geführt wird, mit etwa konstantem Druck beaufschlagt ist und eine Ablaufleitung (38) aufweist und wobei der zweite Druckraum als Steuerraum ausgebildet ist, in dem Druckmittel vom Druckerzeuger über eine konstante Drosselstelle zugeleitet wird und wobei dem zweiten Druckraum außerdem eine ventilgesteuerte Austrittsöffnung einer Druckmittelleitung zugeordnet ist, und mit einer Magnetspule und einem an seinem freien Ende ein Ventilschließglied tragenden Klappanker, der vom Elektromagneten in Öffnungsrichtung und von einer an seinem anderen Ende angreifenden Rückstellfeder in Schließrichtung betätigt wird, wobei das Ventilschließglied am Klappanker mit der Austrittsöffnung als Ventilsitz zusammenwirkt.
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Aus der US-PS 31 40 727 ist ein Membranventil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmalen bekannt geworden, das geeignet ist, einen Heißwasserstrom und einen Warmwasserstrom zu sperren bzw. die vorgenannten Ströme miteinander zu vermischen, wobei diese Ströme, denen jeweils ein eigenes Membranventil zugeordnet ist, über zwei Einlaßstutzen in den Ventilkörper eintreten und wahlweise oder gleichzeitig in einen Ausgangskanal durchgeschaltet werden. Jedem der Ströme ist ein eigenes Membranventil zugeordnet. Als Schaltglied dient eine Membran, die auf der einen Seite mit dem Druck des Strömungsmediums beaufschlagt ist. Aus der entsprechenden Ventilkamer führt ein gedrosselter Strömungsweg auf die andere Seite der Membran, die ein größere Fläche aufweist, so daß das auf diese Membranseite durchtretende Druckmedium auf dieser Membranfläche eine resultierende Kraft erzeugt, welche die Membran in ihrer Schließstellung hält. Die der größeren Membranfläche zugeordnete Ventilkammer ist über ein Klappkammer-Magnetventil mit der Auslaßleitung verbunden, wobei der als Ventilglied dienende Klappanker mittels einer Rückstellfeder in eine Schließstellung vorgespannt ist. Wird durch Aktivierung der Magnetspule das Klappanker-Magnetventil geöffnet, so wird die der größeren Membranfläche zugeordnete Ventilkammer druckentlastet, und die Membran öffnet den Strömungsweg in den Auslaßkanal. Das Membranventil nach der US-PS 31 40 727 ist kein Vorsteuerventil oder Servoventil, vielmehr liegt die Schaltmembran selbst in dem Hauptstrom des zu schaltenden Druckmediums, d. h. in einem Kaltwasser- oder Warmwasserstrom. Dieser Strom wird von der Membran selbst gesperrt, bzw. freigegeben, und an die Ansteuerung eines Hauptventils ist bei der US-PS 31 40 727 nicht gedacht. Dieses bekannte Membranventil ist auch nicht für Pneumatikanlagen vorgesehen, sondern es dient zum Beschalten und Mischen von Wasserströmen für Anwendungen im Haushalt und insbesondere für Waschmaschinen.
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Weiterhin sind vorbenutzte Vorrichtungen mit Magnetspule und Klappanker bekannt, die derart ausgebildet sind, daß bei nicht erregter Magnetspule eine Rückstellfeder den Klappanker druckdicht auf die Steueröffnung preßt, während bei erregter Magnetspule die Stückstellkraft der Rückstellfeder durch das aufgebaute Magnetfeld überwunden wird, so daß die Steueröffnung vollständig geöffnet wird. Hier muß also die erregte Magnetspule allein die Bewegung des Klappankers beim Öffnen der Steueröffnung ausführen und die entsprechenden Druckänderungen auslösen, die über ein Vorsteuerventil eine Stellgliedbetätigung eines Ventils ermöglichen. Um diesen Schließdruck zu überwinden, muß die Magnetspule mit einem erheblichen Erregerstrom gespeist werden, so daß sie eine erhebliche Aufnahmeleitung besitzt. Dies wiederum bedeutet, daß, wenn die Magnetspule von einer elektronischen Schaltung, beispielsweise einem Kleinrechner od. dgl. angesteuert werden soll, dies nur über eine entsprechende zusätzliche elektronische Verstärkung der Ausgangssignale auf einen entsprechenden Leitungspegel möglich ist. Abgesehen davon, daß solche Nachverstärkungen schaltungstechnisch aufwendig und teuer sind, treten bei einer derartigen Nachverstärkung des Ausgangspegels eine Reihe von Problemen auf. So muß es für sämtliche Verbraucher, die an einer solchen Leistungsstufe angeschlossen sind, mit Sicherheit gewährleistet sein, daß die Spannungs- und Stromdaten im Augenblick des Durchschaltens erfüllt sind, was eine geregelte Versorgung mit bedeutend größerer Leistung erfordert, als dies für den stationären Zustand notwendig wäre. Weiterhin muß jegliche Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Verbrauchern vermieden werden, was wiederum auf eine leistungsfähige Stromversorgung hinausläuft. Außerdem müssen umfangreiche Maßnahmen ergriffen werden, um die beim Abschalten der Magnetspule auftretenden hohen Rückspannungen abzuleiten und gleichzeitig einen schnellen Ablauf der Schaltvorgänge zu sichern. Die obigen Probleme haben dazu geführt, daß der Aufwand für die Verstärkung den Aufwand der reinen elektronischen Signalverarbeitung überstieg.
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Um pneumatische Stellglieder unabhängig von einer elektronischen Leistungsverstärkung ansteuern zu können, hat man bereits Lösungen vorgeschlagen, bei denen man mit instrumentellen Mitteln bei pneumatischen Analogsteuerungen die kleinen Gleichstromsignale in Druckänderungen umgesetzt und mit diesen Druckveränderungen Pneumatikventile betätigt hat. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die Schaltzeiten aufgrund des verhältnismäßig großen zu füllenden Raumes des Hilfssystems und der notwendigerweise sehr kleinen Düsenabmessungen sehr erheblich angestiegen sind und zwar derart, daß sie sich um mehrere Zehnerpotenzen von den Signalfolgen der betreffenden elektrischen Geber unterscheiden. Dadurch wiederum wird die Verwendung von Kleinrechnern bzw. die elektronische Programmierung in Frage gestellt, da das betätigte pneumatische Stellsystem nur mit sehr erheblicher Verzögerung den möglichen Befehlsfolgen nachkommen kann.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Signalwandlung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Umwandlung elektronischer Signale in pneumatische Stellsignale ohne erhebliche Verzögerungen möglich macht, die auf schwach elektronische Impulse anspricht, selbst wenn diese eine hohe Frequenz besitzen, und die eine gute Ansprechempfindlichkeit haben, wobei nur eine sehr geringe Magnetkraft erforderlich ist.
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Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektromagnetisch druckgesteuerte Ventil als Vorsteuerventil verwendet, ein Hauptventil eines druckmittelbetriebenen Systems betätigt und mit pneumatischen Druckmittel beaufschlagt ist und daß der Klappanker bei elektromagnetisch unbetätigtem Ventil in bezug auf seine Drehachse so ausbalanciert ist, daß sein Ventilschließglied in geringem Abstand über dem zugeordneten Ventilsitz der Austrittsöffnung auf der dem zweiten Druckraum abgewandten Seite eine Drosselöffnung bildend schwebt, wodurch der Druck im zweiten Druckraum dynamisch analog geregelt konstant gehalten wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Signalwandlung wird nicht der Abfluß, sondern bereits der Zufluß und damit der Druck zwischen den beiden Drosseleinrichtungen gesteuert, wobei der Druck im mit dem Vorsteuerventil in Verbindung stehenden Servo- bzw. Hilfsraum über unterschiedliche Zu- und Ausströmquerschnitte beeinflußt. Die Ausbildung von Klappanker und zweiter Drosseleinrichtung des Hilfsraumes sorgen für eine einfache analoge Druckregelung, wodurch die Schließkraft des Klappankers auf einen vorgewählten Druck und damit auch die magnetische Öffnungskraft auf einen vorgewählten Wert begrenzt werden kann, welche Werte unabhängig vom Versorgungsdruck sind. Dies bedeutet, daß nur eine sehr geringe Leistung ausreicht, um die Magnetspule so zu erregen, daß sie den Klappanker abheben kann, da ja der vorgewählte Druck auf einen sehr niedrigen Wert gehalten werden kann. Dabei kann der Steuerdruck erfindungsgemäß so eingestellt werden, daß der Klappanker in einer stabilen Endlage gehalten wird, in der die zweite Drosseleinrichtung etwas geöffnet ist, so daß Druckluft ausströmen und rückströmen kann. Während der Druck üblicher Druckluftquellen im Bereich zwischen etwa 2 und 10 bar schwankt, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Steuerdruck auf einem konstanten Wert von beispielsweise 2 bar gehalten werden. Die von der erregten Magnetspule erzeugte magnetische Kraft muß daher lediglich die Differenz zwischen der Kraft der Rückstellfeder und dem anstehenden Steuerdruck überwinden, welche Differenz stets gleich groß ist und entsprechend eingestellt werden kann. Dies alles bewirkt nicht nur eine Verringerung der aufzubringenden Leistung für das pneumatische Schalten, sondern bewirkt auch eine wesentliche Verkürzung der Schaltzeit. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung reicht es aus, wenn die Magnetspule mit einer Signalleistung von etwa 0,1 Watt angesteuert wird. Dies bedeutet wiederum auch, daß die magnetischen Rückspannungen ebenfalls nur sehr geringe Werte besitzen, so daß die Rückspannungsprobleme und Probleme der Bewältigung des zeitlichen Abbaus der Rückspannungen erfindungsgemäß mindestens zwei Zehnerpotenzen kleiner sind als dies bisher der Fall war. Darüber hinaus ist die Schaltgeschwindigkeit gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen etwa um den Faktor 2 bis 3 erhöht, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die mit ihr zu steuernden Arbeits- oder weiteren Steuerventile besser an den schnellen Signalfluß angepaßt werden können, der aus Kleinrechnern, Mikroprozessoren, Mikroassemblern u. dgl. zu erwarten ist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigt
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Signalwandlung gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung und
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Ventileinheit, die aus einem zweiten Vorsteuerventil und aus einem Mehrwegeventil besteht.
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Der in der Zeichnung dargestellte Signalwandler 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dient zur Umwandlung eines elektrischen Signals, das von einer Elektronikeinheit, wie beispielsweise einem Kleinrechner, einem Mikroprozessor, einem Mikroassembler od. dgl. kommt, in ein pneumatisches Signal für eine oder mehrere Steuerventilanordnung(en) 12) und/oder 13, welche ein pneumatisches Stellglied einer Arbeitseinheit oder einer weiteren Steuereinheit ansteuern bzw. betätigen. Der Signalwandler 11 ist dabei derart ausgebildet, daß die von der Elektronikeinheit kommenden Signale geringer Leistung, beispielsweise bis zu 0,1 bis 0,15 Watt, unmittelbar, d. h. ohne elektrische Zwischenverstärker, zur Ansteuerung eines Stellgliedes in die ausreichende pneumatischen Signale umgewandelt werden können, und daß auch die pneumatischen Signale eine ausreichend hohe Frequenz besitzen.
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Der erfindungsgemäße Signalwandler 11 besitzt ein Gehäuse 14, in welchem zwei räumlich und schaltungstechnisch parallel zueinander angeordnete Steuerventilanordnungen 12 und 13 vorgesehen sind. Auf einer Gehäusedeckplatte 16, die über eine Zwischenplatte 15 und eine Dichtung 20 am Gehäuse 14 druckdicht befestigt ist, ist eine Magnetspule 17 einer Elektromagnetanordnung gehalten, deren Klappanker 18 in Zusammenwirken mit einer Austrittsöffnung 19 des Signalwandlers 11 einen Analogdruckregler bildet. Das Gehäuse 14 ist über eine Dichtung 23 auf einer mit Nippeln 22 versehenen Anschlußplatte 21 druckdicht befestigt.
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Das Gehäuse 14 besitzt zwei parallel angeordnete axiale Bohrungen 26 und 27, in denen die Steuerventilanordnungen 12, 13 eingesetzt sind, von denen im Detail lediglich das erste als Vorsteuerventil dienende druckgesteuerte Ventil 28 bzw. 28&min; dargestellt ist, während die darauffolgende zweite Stufe, nämlich ein zweistufiges Hauptventil 29 bzw. 29&min; nur schematisch dargestellt ist. Ein Ausführungsbeispiel dieses Hauptventils 29, 29&min; zeigt Fig. 2. Zwischen den beiden Bohrungen 26, 27 für die Steuerventilanordnungen 12, 13 ist eine axiale Versorgungsbohrung 31 im Gehäuse 14 vorgesehen, die nahe ihrem der Anschlußplatte 21 zugewandten Ende in eine das Gehäuse durchdringende Querbohrung 32 mündet, die an ihren Enden durch eingepreßte Kugeln 33 abgedichtet ist und die nicht nur mit der Versorgungsbohrung 31, sondern auch mit den beiden Bohrungen 26 und 27 in Verbindung steht. Das andere Ende der Versorgungsbohrung 31, die mit dem Drucknippel P der Anschlußplatte 21 in Verbindung ist, besitzt an ihrem anderen Ende eine Erweiterung, in die ein Drosselbauteil 34 druckdicht eingesetzt ist, das mit zwei parallelen, konstante Drosselstellen bildenden Drosselbohrungen 36, 37 versehen sind, die den Eingang zu einem ersten bzw. zweiten Druckraum E bzw. F bilden. Die Ausgangsdrosselbohrung 41 des ersten Druckraumes KF ist in einem in einer seitlichen axialen Ablaufleitung 38 des Gehäuses 14 eingesetzten zweiten Bauteil 39 vorgesehen. Die Ablaufleitung 38 steht mit dem Nippel Z 1 einer stets offenen Rückleitung an der Anschlußplatte 21 in nicht dargestellter Weise in Verbindung. Die Dichtung 20 und die Zwischenplatte 15 sind mit Verbindungsbohrungen und -nuten 42 bis 47 versehen, die jeweils einen Teil der Druckräume E und F bilden und die beiden konstanten Drosselstellen bzw. Drosselbohrungen 37 und 41 bzw. die konstante Drosselbohrung 36 mit der Austrittsöffnung 19 verbinden.
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Die ersten druckgesteuerten Ventile 28, 28&min; sind identisch ausgebildet. Sie beisitzen ein in der betreffenden Bohrung 26, 27 druckdicht und unverschiebbar gehaltenes Ventilgehäuse 48, in dem mittels eines Deckels 49 eine Membran 51 außenrandseitig eingespannt und mittig axial hin und her bewegbar gehalten ist. Mittig in der Membran ist der Bund 52 eines Stössels 53 befestigt, der eine axiale Bohrung 54 des Ventilgehäuses 48 druckdicht durchdringt und mit dem folgenden Hauptventil 29 bzw. 29&min; zusammenwirkt. Das druckgesteuerte Ventil 28, 28&min; besitzt ferner im Deckel 49 eine axiale Bohrung 56 bzw. 56&min; gegenüber dem einen, in Fig. 1 oberen Ende des Stösselbundes 52 und eine radiale Bohrung 57 bzw. 57&min; im Gehäuse 48, und zwar in Höhe des anderen, gemäß Fig. 1 unteren Ende des Stösselbundes 52.
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Der einzige Unterschied besteht in der Beaufschlagung der beiden druckgesteuerten Ventile 28, 28&min;, denn beim Vorsteuerventil 28 ist die axiale Bohrung 56 mit dem zweiten Druckraum E und die radiale Bohrung 57 mit dem ersten Druckraum F in Verbindung, während beim Vorsteuerventil 28&min; die axiale Bohrung 56&min; einen Teil des Druckraumes F und die radiale Bohrung 57&min; einen Teil des Druckraumes E bildet.
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Bevor auf die Magnetspule 17 der Elektromagnetanordnung und ihr Zusammenwirken mit der Austrittsöffnung 19 eingegangen wird, sei noch erwähnt, daß die betreffenden Anschlußöffnungen des Hauptventils 29, 29&min; mit den entsprechenden Nippeln für die Entlüftung R, S und die Arbeitsanschlüsse A, B in nicht dargestellter Weise in Verbindung stehen.
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In der Deckplatte 16 ist etwa gegenüber der Steuerventilanordnung 12 eine von oben her offene Sacklochgewindebohrung 61 vorgesehen, in die ein Schraubbolzen 62 od. dgl. eingeschraubt ist, über den der magnetische Weicheisenkern 63 des Magneten 17 geschoben ist, welcher Kern von einer Wicklung 66 umgeben its. Der gesamte Elektromagnet 17 ist mittels einer Mutter 67 am Schraubbolzen 62 und eines in einer Aussparung der Deckplatte 16 gehaltenen ringförmigen Gegenlagers 68 festgehalten. In einem Bereich innerhalb des ringförmigen Gegenlagers 68 sind zu beiden Seiten der Gewindebohrung 61 zwei parallele, die Deckplatte 16 durchdringende Bohrungen 71, 72 vorgesehen. In der einen, kleineren Bohrung 71 , die mit dem zweiten Druckraum E in Verbindung steht, ist ein Düsenmundstück 73 einer regelbaren Drosseleinrichtung 74 druckdicht eingepreßt, deren Steueröffnung mit einem Sitz 77 für ein kugelförmiges Ventilverschlußglied 78 versehen ist, das in der Bohrung 71 geführt ist. Im Bereich eines einen nach oben offenen Ringnutraum 79 zwischen der Bohrungswandung und dem Mundstück 73 bildenden Ringeinschnittes am Düsenmundstück 73 mündet eine Querbohrung 80, die mit dem Nippel Z 2 einer stets offenen Rückleitung in Verbindung steht. Auf dem Ventilschlußglied 78 liegt in nicht erregtem Zustand der Magnetspule 17 das freie schwenkbare Ende des Klappankers 18 auf, dessen die Schwenkachse 76 darstellendes Ende mit einem senkrecht abstehenden und in die Bohrung 72 hineinragenden Stift 81 fest verbunden ist. Das mit dem Stift 81 versehene Ende des Klappankers 18 liegt stets an der Magnetspule 17 an. Der Klappanker 18 verläuft zu seinem freien Ende hin unter einem kleinen Winkel geneigt zur Polfläche 82 der Magnetspule 17, so daß sich ein allmählich größer werdender Luftspalt ergibt, dessen maximale Größe etwa 2 mm beträgt. An einem in die Bohrung 72 hineinragenden etwa mittleren Bereich besitzt der Stift 81 eine Einschnürung, an der eine Rückstellfeder 84 angreift, die in einer senkrecht zur Bohrung 72 verlaufenden Bohrung 85 vorgesehen ist und deren anderes Ende an einem die Bohrung 85 durchquerenden Stift 86 befestigt ist. Dieser Stift 86 ragt knapp in eine zur Bohrung 85 parallele Bohrung 87, die von außerhalb der Deckplatte 16 zugänglich ist. An dem Stift 86 liegt ein Betätigungsknopf 88 unter der Wirkung einer Druckfeder 89 an. Der Betätigungsknopf 88 ragt mit seinem vorderen Ende in die Bohrung 72 hinein und zwar in einer Höhenlage, in der es dem Ende des Stiftes 81 gegenüberliegt. Auf diese Weise kann mittels des Betätigungsknopfes 88 der Klappanker 18 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 84 von Hand betätigt werden, so daß der Klappanker 18 in Richtung des Pfeiles A nach oben zur Polfläche 82 hin verschwenkt wird. Dieselbe Schwenkbewegung A wird auch durch Erregen der Magnetspule 17 erreicht.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Signalwandlers 11 ist nun folgendermaßen: Wenn der Signalwandler 11 über die Druckleitung P mit einer Druckluftquelle verbunden wird, die im allgemeinen einen Druck im Bereich zwischen 2 und 10 bar liefert, strömt die Druckluft durch die Versorgungsleitung 31 und durch die beiden Drosselbohrungen 36, 37 in die Druckräume E und F. Da das andere Ende des ersten Druckraumes F ebenfalls mit einer Drosselbohrung 41 konstanten Querschnittes versehen ist, baut sich im Druckraum F ein bestimmter etwa konstanter Druck auf, der gegebenenfalls von den Druckunterschieden in der Druckluftquelle abhängig ist. Demgegenüber kann sich im zweiten Druckraum E ein vom Versorgungsdruck P unabhängiger konstanter Steuerdruck einstellen, da der Klappanker 18 in Verbindung mit seiner Rückstellfeder 84 und der durch die Austrittsöffnung 19 und das Ventilschlußglied 78 gebildeten Drosseleinrichtung 74 einen analogen Druckregler bildet. Das Gewicht des Klappankers 18 und die Vorspannung bzw. die Kenndaten der Rückstellfeder 84 sind derart gewählt, daß sich bei im Druckraum E anstehender Druckluft das Ventilverschlußglied 78 etwas von seinem Sitz 77 abhebt, so daß ein Teil der Druckluft aus der Austrittsöffnung 19 ausströmen und durch die Rückführleitung Z 2 zurückströmen kann.
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Entsprechend dem momentanen Druck der Druckluftquelle wird sich das Ventilschlußglied 78 mehr oder weniger von seinem Sitz abheben, so daß sich in jedem Fall der konstante Steuerdruck p einpendelt. Dies bedeutet, daß zur Überwindung der Differenz zwischen der Kraft der Rückstellfeder 84 und dem konstanten Steuerdruck p nur eine sehr geringe magnetische Kraft erforderlicht ist. Es bedarf deshalb zur Ansteuerung der Magnetspule 17 lediglich einer Signalleitung von etwa 0,1 Watt, im Maximum jedoch lediglich 0,15 Watt. Die schwebende Anordnung des Klappankers 18 im Ruhezustand, die ein Einpendeln des konstanten Steuerdruckes p ermöglicht, gewährleistet nicht nur eine möglichst geringe Ansteuerleistung sondern auch eine erhebliche Schaltgeschwindigkeit, da sich die Druckluft an der Steueröffnung 17 stest in strömendem Zustand befindet.
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Bei nicht erregter Magnetspule 17 steht also am ersten druckgesteuerten Ventil 28 der Steuerventilanordnung 12 im Druckraum E der konstante Steuerdruck p und im Druckraum F ein Druck an, der beim Ausführungsbeispiel etwa ¹/&sub3; des Steuerdrucks beträgt. Auf diese Weise wird, wie in Fig. 1 dargestellt, im Ruhezustand die Membran 51 des ersten druckgesteuerten Ventils 28 nach unten gedrückt, so daß dessen Stössel 53 das Hauptventil 29 offenhält. Demgegenüber stehen in diesem Ruhezustand am ersten druckgesteuerten Ventil 28&min; der parallelen Steuerventilanordnung 13 die Drücke in umgekehrter Weise an, so daß die Membran 51 unter der Wirkung des größeren Steuerdruckes p zurückgedrängt ist, was bedeutet, daß der Stößel 53 das Hauptventil 29&min; verschließt, welcher Zustand in Fig. 2 dargestellt ist.
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Wird nun die Magnetspule 17 mit einem elektronischen Signal angesteuert, so wird der Klappanker 18 unter der Wirkung der erzeugten Magnetkraft in Richtung des Pfeiles A angezogen, so daß das Ventilverschlußglied 78 vollständig von der Steueröffnung freikommt. Dies bedeutet, daß die im Druckraum E langsam strömende Luft durch die sich vergrößernde Steueröffnung 76 sehr schnell ausströmen kann, was eine Druckverminderung im zweiten Druckraum E bewirkt. Diese Druckverminderung ist so groß, daß sich im zweiten Druckraum E ein Druck ergibt, der kleiner ist als der stets etwa konstante Druck im ersten Druckraum F. Dies bedeutet, daß sich die Membran 51 des ersten druckgesteuerten Ventils 28 gemäß Fig. 1 nach oben und diejenige des ersten druckgesteuerten Ventils 28&min; nach unten bewegt. Damit wird bei beiden Ventilen ein Schaltvorgang erreicht, wobei diese Schaltvorgänge beim dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch gegensinnig gerichtet sind. Entsprechend sehen die Schaltvorgänge der Hauptventile 29 und 29&min; aus.
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Es versteht sich, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mehr als zwei parallele Steuerventilanordnungen betätigt werden können und daß es auch möglich ist, diese Steuerventilanordnungen auch gleichsinnig zu schalten.
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Anhand der Fig. 2 sei nun beispielsweise ein Hauptventil 29, 29&min; beschrieben, das vom ersten Vorsteuerventil 28, 28&min; betätigt wird und, das mit dem ersten Servo- bzw. Vorsteuerventil über ein zweites Servo- bzw. Vorsteuerventil 123 verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich eine zweistufige Anordnung und damit eine pneumatische Verstärkung, so daß erhebliche pneumatische Schaltleistungen bei hoher Schaltgeschwindigkeit erreichbar sind. Die patronenartig ausgebildeten Hauptventile 29 sind identisch und als Mehrwegeventil in Form eines Ventileinsatzes ausgebildet, der druckdicht in die Bohrung 26 bzw. 27 paßt. Hauptventil 29, 29&min; besitzt, von unten nach oben, d. h. vom Druckanschluß zum Betätigungsende gesehen, einen ersten Ring 116, ein speichenradförmiges Teil 117, einen zweiten Ring 118 und einen scheibenförmigen Deckel 119. Innerhalb und koaxial zu diesen Elementen ist ein Hauptventilkörper 121 in einem Hauptventilraum 122, ein Steuerventilkörper 123 in einem Steuerventilraum 124 und eine Membran 126 angeordnet, die den Hauptventilraum 122 vom Steuerventilraum 124 druckdicht trennt. Ferner ist eine axiale Drucköffnung 127, dazu konzentrische Arbeitsöffnungen 128, radiale Hauptentlüftungsöffnungen 129 und eine axiale Steuerentlüftungsöffnung 130 vorgesehen.
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Die axiale Drucköffnung 127 mündet in den Hauptventilraum 122, der teilweise innerhalb des Ringes 116 liegt. Der Ring 116 ist an seiner in den Hauptsteuerraum 122 weisenden Stirn mit einer die Drucköffnung 127 konzentrisch umgehenden, ringförmigen und konisch nach außen verlaufenden ersten Sitzfläche 132 versehen, an der der Hauptventilkörper 121 mit seiner Dichtfläche 133 druckdicht zur Anlage kommen kann. An einer zum Ventilgehäuse 12 zeigenden und die Drucköffnung 127 konzentrisch umgebenden, vorzugsweise konischen Ringfläche sind mehrere gleichmäßig verteilt angeordnete Bohrungen vorgesehen, die die Arbeitsöffnung 128 bilden und ebenfalls in den Hauptventilraum 122 münden.
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Der Reif 136 des speicherradförmigen Teiles 117, das einstückig aus einem geeigneten elastischen Kunststoff ist, ist zwischen die beiden Ringe 116 und 118 eingeklemmt und gehalten. Die Nabe bildet die Umhüllung 138 des vorderen Endes 139 des Hauptventilkörpers 121 und besitzt die Dichtfläche 133. Das vordere Ende des Hauptventilkörpers 121 und die Umhüllung 138 sind im wesentlichen formschlüssig miteinander verbunden. Die Umhüllung 138 besitzt ferner an dem der Dichtfläche 133 abgewandten Ende eine rückwärtige Dichtfläche 142, die mit einem zweiten Sitz 143 an einem nach innen ragenden Teil des zweiten Ringes 118 zusammenwirkt. Die Umhüllung 138 besitzt ebenfalls eine axiale Bohrung 144, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Drucköffnung 127, jedoch größer ist als der Durchmesser einer Durchgangsbohrung 146 im Hauptventilkörper 121, die einen Teil einer Verbindungsleitung 147 zwischen der Drucköffnung 127 und dem Steuerventilraum 124 bildet. Aufgrund dieser Durchmesserunterschiede ergeben sich ringförmige Stirnflächen an der Umhüllung 138 bzw. am Hauptventilkörper 121, die dem durch die Drucköffnung 127 zuströmenden Druckmedium ausgesetzt sind.
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Der zweite Ring 118 ist in einem mittigen Bereich mit über den Umfang verteilt angeordneten radialen Bohrungen versehen, die die Hauptentlüftungsöffnung 129 bilden und die je nach Stellung des Hauptventilkörpers 121 mit dem Hauptventilraum 122 in Verbindung stehen können oder von diesem abgetrennt sind. In das andere Ende des zweiten Ringes 118 ist die Membran 126 eingesetzt, die etwa mittig den Hauptventilkörper 121 formschlüssig hält. Die Membran 26, die aus einem geeigneten elastischen Kunststoff besteht, ermöglicht auch aufgrund ihrer Formgebung eine schwebende Aufhängung des Hauptventilkörpers 121. Innenseitig und dem Steuerventilraum 124 abgewandt liegt die Membran 126 an der Stirnfläche einer Hülse 154 an, die mit dem Hauptventilkörper 121 formschlüssig verbunden ist. Auf den zweiten Ring 118 ist der Deckel 119 gesetzt, der mit der axialen Steuerentlüftungsöffnung 30 versehen ist. Ein Ansatz 156 des Deckels 119 ragt nach innen, hält die Membran 126 axial formschlüssig und dient als großflächige Anlage für die Membran 126 in der anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Endstellung des Hauptventilkörpers 121.
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Der zwischen Deckel 119 und Membran 126 vorgesehene Steuerventilraum 124 ist u. a. durch eine im Deckel 119 vorgesehene und mit der Steuerentlüftungsbohrung 130 verbundene verbreiterte konische, axiale Ausdehnung 157 gebildet, in der mittels radialer Rippen das Ventilverschlußglied 123, das die Form einer Kugel aufweist, geführt ist. Das Ventilverschlußglied 123 wird von dem die Steuerentlüftungsbohrung 130 ragenden Stößel 53 des ersten Vorsteuerventils 28 bzw. 28&min; betätigt. Das Ventilverschlußglied 123 kann einerseits, wie in der Zeichnung dargestellt, die Steuerentlüftungsöffnung 130 abdichten, indem sie an dieser anliegt, und andererseits kann es sich an einen Sitz 159 anlegen, der am in den Steuerventilraum 124 ragenden Ende eines Röhrchens 161 vorgesehen ist. Das Röhrchen 161, dessen axiale Bohrung mit der Durchgangsbohrung 146 des Hauptventilkörpers 121 in Verbindung steht und ebenfalls einen Teil der Verbindungsleitung 147 bildet, ragt in die Durchgangsbohrung 146 des Hauptventilkörpers 121. Das Röhrchen 61 liegt unter der Wirkung einer vorgespannten Druckfeder 168, die sich an einer Ringfläche in der Durchgangsbohrung 146 abstützt, an einem Anschlag 164 der Rippen des Deckels 119 an. Dies bewirkt einerseits, daß das Röhrchen 161 vor dem Schaltvorgang in die andere Endstellung stets mit seinem Sitz 159 für das Ventilverschlußglied 123 in einer bestimmten relativen Lage zum Ventilverschlußglied 123 gehalten wird, und andererseits, daß der Sitz 159 für das Ventilverschlußglied 123 nachgiebig ist, so daß bei dem Schaltvorgang in die andere nicht dargestellte Endstellung mit Überhub gefahren werden kann. Der axiale Abstand des Sitzes 159 am Röhrchen 161 von der betreffenden Dichtfläche des Ventilverschlußgliedes 123 kann sehr klein gemacht werden, beispielsweise im Bereich von 60 bis 100 mal ¹/&sub1;&sub0;&sub0;&sub0; mm, so daß nur ein sehr kleiner Hub zum Umschalten des Mehrwegeventils 11 notwendig ist.
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Das als Mehrwegeventil ausgebildete Hauptventil 29, 29&min; arbeitet wie folgt: In der Zeichnung ist diejenige eine Endstellung des axial hin und her bewegbaren Hauptventilkörpers 121 dargestellt, in der der Hauptventilkörper 121 am inneren Ring 116 anliegt und damit die Verbindung zwischen Drucköffnung 127 (P) und Arbeitsöffnung 128 (A bzw. B) schließt, so daß die Arbeitsöffnung 128 mit der Hauptentlüftungsöffnung 129 (R bzw. S) verbunden ist. Ferner ist die mit der Drucköffnung 127 in Verbindung stehende Verbindungsleitung 147 mit dem Steuerventilraum 124 verbunden, so daß einerseits durch das Druckmedium Ventilverschlußglied 123 gegen die Steuerentlüftungsöffnung 130 gedrückt ist und diese verschließt und andererseits der Steuerventilraum 124 unter Druck steht. Da die in dem Steuerventilraum 124 weisende Ringfläche der Membran 126, die vom Druckmedium beaufschlagt ist, größer ist als die der Drucköffnung 127 unmittelbar zugewandten Ringflächen des Hauptventilkörpers 121, wird der Hauptventilkörper 121 in dieser einen Endstellung gehalten. Wird nun die Steuerventilkugel 123 mittels des strichpunktiert dargestellten Stößels 53 des ersten Vorsteuerventils 28 bzw. 28&min; entgegen der Wirkung des Druckmediums in der Verbindungsleitung 147 axial nach unten gedrückt, so gibt die Steuerventilkugel 123 einerseits die Steuerentlüftungsöffnung 130 sofort frei und verschließt einerseits unmittelbar danach, da der Hub sehr kurz ist, die Bohrung des Röhrchens 161 und trennt damit den Steuerventilraum 124 von der Drucköffnung 127 (P). Der Steuerventilraum 124 wird über die Steuerentlüftungsöffnung 130entlüftet, ohne daß während dieses Vorganges ein wesentlicher weiterer Zufluß vom Druckmedium durch die Verbindungsleitung 147 erfolgt. Mit dem Entlüften des Steuerventilraumes 124 läßt auch der Druck auf die Membran 126 nach, so daß der Hauptventilkörper 121 durch das Druckmedium dann in axialer Richtung in seine andere Endstellung verschoben wird, wenn der Druck auf die der Drucköffnung 127 zugewandten Ringflächen des Hauptventilkörpers 121 größer ist als der im Steuerventilraum 124 herrschende und auf die Membran 126 wirkende Druck. Die Hubbewegung des Hauptventilkörpers 121 wird nach Überschreiten einer Mittelstellung durch das vorgespannte speicherradförmige Teil 117 noch unterstützt, das nach Überwindung dieser Mittellage in die andere Endlage schnappt. Entsprechendes gilt auch für die umgekehrte Bewegung. Diese Umschaltung erfolgt also äußerst rasch, da auch die Entlüftung des Steuerventilraumes ohne wesentlichen Zufluß vom Druckmedium erfolgen kann. In dieser anderen nicht dargestellten Endstellung ist die Drucköffnung 127 (P) über den Hauptventilraum 122 mit der Arbeitsöffnung 128 (A bzw. B) verbunden, während die Hauptentlüftungsöffnung 129 (R bzw. S) vom Hauptventilraum 122 druckdicht abgetrennt ist. Damit kann bzw. können eine oder mehrere nicht dargestellte hydraulische oder pneumatische Arbeitseinheiten betrieben werden. Bei Rückführung des Stößels 53 nach oben gibt die Steuerventilkugel 123 einerseits die Mündung der Bohrung im Röhrchen 161 bzw. die Mündung der Verbindungsleitung 147 in den Steuerventilraum 124 frei und verschließt andererseits die Steuerentlüftungsöffnung 130 unter der Wirkung des an der Steuerventilkugel 123 anstehenden Druckmediums. Die Steuerventilkugel 123 wird also selbsttätig in ihre die Steuerentlüftungsöffnung 130 verschließende Endlage gedrückt. Mit dem Öffnen der Verbindungsleitung 147 kann das Druckmedium wieder in den Steuerventilraum 124 strömen, so daß der Hauptventilkörper 121 dann in seine eine Endstellung zurückbewegt wird, wenn der Druck auf die Membran 126 größer ist als der Druck auf die der Drucköffnung 127 gegenüberliegenden Ringflächen des Hauptventilkörpers 121.