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Doppelsitzventil für ein Wegeventil
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Die Erfindung betrifft ein Doppelsitzventil für ein Wegeventil gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Doppelsitzventile dienen beispielsweise in Druckluft-Anlagen
als bistabil umschaltbare 3/2-Wegeventile oder bei Verwendung eines vom Ausgangsdruck
beaufschlagten und als Betätigungsstößel dienenden Betätigungskolbens als abstufbar
steuerbare Wegeventile.
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Das Schaltverhalten solcher Doppelsitzventile ist in erheblichem Maße
von den beim Betätigen des gemeinsamen Ventilstößels zu überwindenden Kräften, insbesondere
den Reibungskräften abhängig. Aus diesem
Grunde ist man bestrebt,
möglichst leichtgängige Ventilsteuerungen und Ventil stößel zu verwenden.
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Um trotzdem definierte Schaltstellungen zu erreichen, werden üblicherweise
zusätzliche Schaltfedern verwendet. Trotzdem ist es nicht ohne weiteres möglich,
beim Schalten großer Luftmengen mit relativ kleinen Ventilen Übergangsinstabilitäten
oder sogar Schaltgeräusche während des Schaltens bzw. während der Steuerung der
erwähnten Doppelsitzventile zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Doppelsitzventil
der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise ein problemfreies
Umschalten bzw. Umsteuern des Ventiles gestattet.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, daß das Doppelsitzventil
auch beim schnellen Schalten bzw. schnellen Steuern, insbesondere von relativ großen
Druckluftmengen , keine Neigung zum Schwingen zeigt und sicher einen Gleichgewichtszustand
des die beiden Sitzventile schließenden bzw. öffnenden Ventilstößels herbeiführt.
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Durch die Verwendung einer Membran für die Abdichtung und Führung
des Ventilstößels ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, ein extrem leichtgängiges
Doppelsitzventil zu bauen, das trotzdem die eingangs erwähnten Forderungen erfüllt
und zudem in vorteilhafter Weise weitgehend aus Kunststoff aufgebaut werden kann.
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Das Schaltverhalten des Doppelsitzventils wird weiterhin verbessert,
wenn wenigstens eine der in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen zur Erzeugung
von solchen dynamischen Kräften ergriffen wird, die bei der Verringerung des Ausgangsdruckes
auf den Ventilstößel wirken und dafür sorgen, daß auch beim Auftreten unerwünschter
und starker Entlüftungs-Druckluftströme der Ventilstößel sauber schaltet bzw. steuert.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung
dargestellt ist, näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellgung des Ventilstößels nach Fig. 1.
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In Fig. 1 ist ein handbetätigbares 3/2-Wegeventil für Druckluft dargestellt.
Das Gehäuse des Wegeventils besteht aus einem mittleren Gehäuseteil 12 sowie einem
oberen Gehäusedeckel 3 und einem unteren Gehäusedeckel 18.
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Der obere Gehäusedeckel 3 ist mit dem mittleren Gehäuseteil 12 mittels
einer Schnappverbindung verbunden, die von einem Sicherungsring 4 umgeben ist.
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Entsprechend ist der untere Gehäusedeckel 18 mit dem mittleren Gehäuseteil
12 ebenfalls mittels einer Schnappverbindung verbunden, die von einem Sicherungs
-ring 14 umgeben ist. Die Gehäusedeckel 3 und 18 sowie das mittlere Gehäuseteil
12 bestehen vorteilhaft aus einem Kunststoff, der auf einfache Weise in einer Spritzform
geformt werden kann.
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Das dargestellte Wegeventil besitzt einen als Drucklufteingang dienenden
Druckmittelanschluß 22, über den einer ersten Druckmittelkammer 10 die erwähnte
Druckluft zugeführt wird. Über ein Einlaßventil 23, 24 ist die erste Druckmittelkammer
10 mit einer zweiten Druckmittelkammer 5 verbindbar, die ihrerseits mit einem als
Druckluftausgang dienenden weiteren Druckmittelanschluß 7 verbunden ist. Zur Entlüftung
der zweiten Druckmittelkammer 5 ist im Ventil -gehäuse eine Entlüftungskammer 31
und eine Entlüftungsöffnung 16 vorgesehen.
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Das Ventil 23, 24 besteht zum einen aus einem als Ventilsitz dienenden
Ventilteil 24 und zum anderen aus einem als Ventilkörper dienenden Ventilteil 23.
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Der Ventilsitz 24 wird von einer Wand der ersten D.ruckmittelkammer
10 gebildet. Der Ventilkörper 23 ist Teil einer Membran 21, die u.a. zur Abdichtung
und Führung eines Ventilstößels 11 dient. Der Ventilstößel 11 besteht aus einer
Hülse, die auf einem ins Innere des Ventils ragenden Führungsfortsatz 2 des unteren
Gehäusedeckels 18 geführt ist. Dieser Führungsfortsatz 2 des unteren Gehäusedeckels
18 weist senkrecht zur Mittelachse 32 des Wegeventils einen sternförmigen Querschnitt
auf, um so einen Entlüftungskanal 15 zu bilden, der die Entlüftungskammer 31 mit
der Entlüftungsöffnung 16 verbindet.
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Die Membran 21 verbindet den Ventilstößel 11 mit der Wand der ersten
Druckmittelkammer 10, wobei der zwischen der Wand der ersten Druckmittelkammer 10
und dem Ventilstößel 11 liegende Teil 20 der flexibel ausgebildeten Membran 21 als
eine nach außen gewölbte Rollmembran ausgebildet ist. Der äußere Rand 13 der Membran
21 dient zugleich als Dichtung
zwischen dem mittleren Gehäuseteil
12 und dem unteren Gehäusedeckel 18.
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Zur Befestigung der Membran 21 an dem Ventilstößel 11 ist dieser mit
einem ringförmigen Vorsprung 9 versehen, auf den die Membran 21 dadurch aufgeknüpft
ist, daß die Membran 21 eine Nut zur Aufnahme des ringförmigen Vorsprungs 9 aufweist.
Der in der Zeichnung oberhalb des ringförmigen Vorsprungs 9 liegende Teil 23 der
Membran 21 bildet den Ventilkörper des Sitzventils 23, 24.
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An seinem oberen Ende trägt der Ventilstößel 11 ein ringförmiges Zusatzteil
26, wobei das Zusatzteil 26 mit seinem unteren Ende 8 an dem Ventilkörper 23 und
mit dem oberen Ende seines hülsenförmigen Mittelteils 25 an einem Vorsprung 6 des
Ventilstößels 11 anliegt. Der Vorsprung 6 des Ventilstößels 11 und das Mittelteil
25 des Zusatzteils 26 bilden eine Schnappverbindung. Auf diese Weise wird der als
Ventilkörper 23 dienende Teil der Membran 21 zwischen dem ringförmigen Vorsprung
9 des Ventilstößels 11 und dem unteren Ende des Zusatzteils 26 eingespannt.
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Diese Einspannung des Ventilkörpers 23 verbessert die Befestigung
des inneren Randes der Membran 21 am Ventilstößel 11.
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Das Zusatzteil 26 ist an seinem oberen Ende als Ventilsitz 27 ausgebildet,
der zusammen mit einem Ventilkörper 28 ein Auslaßventil für die zweite Druck -mittelkammer
5 bildet, über das die zweite Druckmittelkammer 5 mit der Entlüftungskammer 31 verbindbar
ist.
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Der Ventilkörper 28 ist Teil einer Membran 29, die zur Abdichtung
und Führung eines Betätigungsstößels 30
dient. Diese Membran 29
ist im Prinzip so aufgebaut wie die Membran 21. Der Betätigungsstößel 30 ist mittels
eines an ihm befestigten Betätigungsknopfes 1 in Richtung der Mittelachse 32 des
Wegeventils betätigbar.
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Bei der beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Betriebsweise
des Wegeventils ist das Einlaß -ventil 23, 24 geschlossen, während das Auslaßventil
27, 28 geöffnet ist. Der Druckluftausgang 7 ist somit mit der Entlüftungsöffnung
16 verbunden, die mittels einer als Rückschlagventil wirkenden flexiblen Abdeckung
17 vor Schmutz geschützt ist.
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Erst nach Betätigung des Betätigungsknopfes 1 wird der Betätigungsstößel
30 nach unten bewegt. Auf diese Weise wird dann des Auslaßventil 27, 28 geschlossen
und das Einlaßventil 23,24 geöffnet. Der Ausgang 7 ist dann mit dem Eingang 22 verbunden.
Die das Auslaßventil 27, 28 bildende Anordnung und der Betätigungsstößel 30 sind
so ausgebildet, daß das Auslaßventil 27, 28 geschlossen und das Einlaßventil 23,
24 geöffnet bleibt. Erst bei einer Betätigung des Betätigungsknopfes 1 in Richtung
vom Wegeventil weg wird das Einlaßventil 23,24 geschlossen und das Auslaßventil
27,28 geöffnet.
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Der Ventilsitz 27 und der Ventilkörper 28 sind so bemessen, daß die
vom wirksamen Durchmesser des Ventilsitzes 27 umrandete und vom Druckmittel in der
Druckmittelkammer 5 in Schließrichtung des Auslaß -ventils 27,28 beaufschlagte erste
Wirkfläche des Ventilstößels 11 größer ist als die vom wirksamen Ventilsitz 24 des
Einlaßventils 23,24 umrandete und vom Druckmittel in der Druckmittelkammer 5 in
Öffnungsrichtung
des Einlaßventils 23, 24 beaufschlagte zweite Wirkfläche des Ventilstößels 11 Der
Dichtdurchmesser des Auslaßvenfitils 27 , 28 ist also größer als der Dichtdurchmesser
des Einlaßventils 23,24.
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Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen bewirken, daß der Ventilstößel
11 nach dem Schließen des Auslaßventils 27,28 und dem Öffnen des Einlaßventils 23,
24 (Druckaufbau in der Druckmittelkammer 5) und bei einem anschließenden Druckabbau
in der Druckmittelkammer 5 durch Öffnen des Auslaßventils 27,28 der Ventilstößel
11 ohne Schwingungsneigung oder ähnliche undefinierte Zwischenzustände der Aufwärtsbewegung
des Betätigungsstößels 30 bis zum Schließen des Einlaßventils 23, 24 folgt.
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Die das Sitzventil 23, 24 bildenden Teile sowie die Membran 21 und
der Ventilstößel 11 sind so ausgebildet und so bemessen, daß sich auch aus dem drucklosen
Zustand heraus und bei Nichtbetätigung des Betätigungsknopfes 1 eine selbsthaltende
Schließung des Sitzventils 23, 24 ergibt.
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Die Membran 21 ist elastisch so ausgebildet und vorgespannt, daß sie
auf den Ventilstößel 11 eine geringe, auf den Ventilsitz 24 zu gerichtete Vorspannkraft
ausübt. Gegebenenfalls kann zurErzeugung bzw.
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Vergrößerung dieser Vorspannkraft eine Feder mit einer geringen Federkraft
verwendet werden.
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Der Ventilsitz 24 ist so bemessen, daß sein wirksamer Durchmesser
größer ist als der äußere Durchmesser der Anordnung, die von dem Ventil stößel 11
und der auf diesem liegenden Membran 21 gebildet ist.
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Auf diese Weise ergibt sich mittels des ringförmigen Vorsprungs 9
des Ventilstößels 11 eine dritte Wirkfläche des Ventilstößels 11 bei geschlossenem
Ventil 23, 24, die von dem in der ersten Druckmittelkammer 10 befindlichen Druckmittel
nach oben, d.h. in Richtung auf den Ventilsitz 24 zu beaufschlagt wird.
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Da das in der ersten Druckmittelkammer 10 befindliche Druckmittel
auch den als Rollmembran dienenden Teil 20 der Membran 21 beaufschlagt, ergibt sich
auf diese Weise eine vierte Wirkfläche des Ventilstößels 11, die in entgegengesetzter
Richtung wie die erste Wirkfläche vom Druckmittel beaufschlagt ist.
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Die beschriebene Anordnung ist so bemessen, daß die erwähnte dritte,
nach oben beaufschlagte Wirkfläche des Ventilstößels 11 größer ist als die erwähnte
vierte, nach unten beaufschlagte Wirkfläche des Ventilstößels 11. Auf diese Weise
ergibt sich bei geschlossenem Ventil 23, 24 und Beaufschlagung der ersten Druckmittelkammer
10 mit Druckmittel eine resultierende Kraft, die den Ventilstößel 11 nach oben,
d.h. in Schließrichtung des Ventils 23,24 beaufschlagt.
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Man erkennt also, daß in drucklosem Zustand des beschriebenen Wegeventils
die von der Membran 21 auf den Ventilstößel 11 ausgeübte Vorspannkraft das Einlaßventil
23, 24 schließt. Bei Beaufschlagung der ersten Druckmittelkammer 10 mit Druckluft
baut sich die vorstehend beschriebene resultierende Kraft auf, die auf den Ventil
stößel nach oben wirkt und somit das Sitzventil 23,24 weiter in Sperrstellung beaufschlagt.
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Das Sitzventil 23,24 kann also nur nach Überwindung dieser Kräfte
geöffnet werden.
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Um während der Umsteuerung des beschriebenen Wegeventils die auf das
Einlaßventil 23,24 wirkenden Schließkräfte zu erhöhen, ist das Zusatzteil 26 so
angeordnet, daß sein äußerer Rand in den Strömungsweg des zur Entlüftungsöffnung
16 strömenden Druckmittels ragt. Diese Druckmittel-Strömung übt auf das Zusatzteil
26 eine dynamische Kraft aus, die in der Zeichnung nach oben gerichtet ist und eine
Bewegung des Ventilstößels 11 verursacht. Auf diese Weise erhöht das aus der Druckmittelkammer
5 zur Entlüftungsöffnung 16 strömende Druckmittel die Schließkraft des Einlaßventils
23,24.
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Eine entsprechende weitere dynamische Kraft wird dadurch erzeugt,
daß der Ventilstößel 11 an seinem der Entlüftungsöffnung 16 zugewandten Ende mit
einer flanschartigen Staufläche 19 versehen ist. Diese Stau fläche 19 wird von dem
geringen, vor der Entlüftungsöffnung 16 sich aufbauenden Staudruck beaufschlagt.
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Auf diese Weise wird auf den Ventilstößel 11 eine weitere, die Schließkraft
des Einlaßventils 23,24 erhöhende, dynamische Kraft ausgeübt.
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In Fig. 2 ist der Ventilstößel 11 mit dem Zusatzteil 26 und der Membran
21 in vergrößerter Abbildung gesondert dargestellt. Man erkennt, mit welchen relativ
einfachen Mitteln die Membran 21 in vorteilhafter Weise die verschiedenen Funktionen
erfüllt: Vorspannkraft für den Ventilstößel 11; Abdichtung und Führung des Ventilstößels
11; Bildung des Ventilkörpers 23; Bildung der zweiten, nach unten beaufschlagten
Wirkfläche des Ventilstößels 11; Dichtung für Gehäuseteile.
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