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Druckmittel-Sitzventil
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Die Erfindung betrifft ein Druckmittel-Sitzventil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruch 1.
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Derartige Sitzventile werden üblicherweise z. B.
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in pneumatischen Mehrwegeventilen verwendet, bei denen der Ventilstößel
pneumatisch, elektromagnetisch oder in sonstiger Weise zum Schalten des Ventils
betätigbar ist.
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Bei vielen Anwendungsbeispielen für solche Sitzventile wird gefordert,
daß die von der zugeordneten Betätigungseinrichtung auf den Ventil stößel ausgeübten
Betätigungskräfte
möglichst keine Reibungskräfte überwinden müssen.
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Die zwischen dem Ventilstößel und dem Ventilgehäuse auftretenden Reibungskräfte
beeinflussen zudem das Schaltverhalten des Ventils und bewirken in vielen Fällen
eine unerwünschte Hysterese des Sitzventils. Für ein schnelles und sicheres Arbeiten
des Sitzventils ist es ferner erforderlich, daß das Ventil eine definierte Ruhestellung
einnimmt, wenn kein Druckmittel zuströmt. Hierzu werden üblicherweise zusätzliche
Federkräfte vorgesehen und/oder mitunter auch die an sich unerwünschten Reibungskräfte
am Ventilstößel ausgenutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sitzventil der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem auf einfache Weise eine weitgehend reibungsfreie
Arbeitsweise und mit einfachen Mitteln eine genau eingehaltene Ruhestellung ermöglicht
ist.
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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 weist u. a. den Vorteil auf, daß das Sitzventil nach
dem erstmaligen Zuströmen von Druckmittel eine definierte Stellung (Schließstellung
des Ventils) einnimmt und daß sich das Ventil in dieser Stellung unter der Wirkung
der erwähnten Wirkflächen selbst hält. Diese Selbsthaltung des Sitzventils erfordert
an sich keine zusätzlichen Federkräfte oder dergl.. Die erwähnten Vorspannmittel
dienen lediglich dazu, das Sitzventil
vor dem erstmaligen Zuströmen
von Druckmittel zu schließen. Durch die Verwendung einer Membran zur Abdichtung
und Führung des Ventilstößels ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit,
für das Gehäuse des Wegeventils Kunststoff zu verwenden.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung
dargestellt ist, näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2
eine vergrößerte Darstellung 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. Entsprechend
ist der untere Gehäusedeckel 18 mit dem mittleren Gehäuseteil 12 ebenfalls mittels
einer Schnappverbindung verbunden, die von einem Sicherungsring 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 Druckluft-Eingang dienenden
Druckmittelanschluß 21, über den einer ersten Druckmittelkammer 10 die erwähnte
Druckluft zugeführt wird. Über ein Einlaßventil 22, 23 ist die erste Druckmittelkammer
10 mit einer zweiten Druckmittelkammer 5 verbindbar, die ihrerseits mit einem als
Druckluft-Ausgang dienenden weiteren Druckmittelanschluß 7 verbunden ist. Zur wahlweisen
Entlüftung der zweiten Druckmittelkammer 5 ist im Ventilgehäuse eine Entlüftungsöffnung
16 vorgesehen.
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Das Ventil 22, 23 besteht zum einen aus einem als Ventilsitz dienenden
Ventilteil 23 und zum anderen aus einem als Ventilkörper dienenden Ventilteil 22.
Der Ventilsitz 23 wird von einer Wand der ersten Druckmittelkammer 10 gebildet.
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Der Ventilkörper 22 ist Teil einer Membran 20, 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 29 des Wegeventils einen sternförmigen Querschnitt
auf, um so einen Entlüftungskanal 15 zu bilden, der mit der Entlüftungsöffnung 16
verbunden ist.
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Die Membran 20 verbindet den Ventilstößel 11 mit der Wand der ersten
Druckmittelkammer 10, wobei der zwischen der Wand der ersten Druckmittelkammer 10
und dem Ventil stößel 11 liegende Teil 19 der flexibel ausgebildeten Membran 20
als eine nach außen gewölbte Rollmembran ausgebildet ist. Der äußere Rand 13 der
Membran 20 dient
zugleich als Dichtung zwischen dem mittleren Gehäuseteil
12 und dem unteren Gehäusedeckel 18.
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Zur Befestigung der Membran 20 an dem Ventil stößel 11 ist dieser
mit einem' ringförmigen Vorsprung 9 versehen, auf den die Membran 20 dadurch aufgeknüpft
ist, daß die Membran 20 eine Nut zur Aufnahme des ringförmigen Vorsprungs 9 aufweist.
Der in der Zeichnung oberhalb des ringförmigen Vorsprungs 9 liegende Teil 22 der
Membran 20 bildet den Ventilkörper des Sitzventils 22, 23.
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An seinem oberen Ende trägt der Ventilstößel 11 ein ringförmiges Zusatzteil
25, wobei das Zusatzteil 25 mit seinem unteren Ende 8 an dem Ventilkörper 22 und
mit dem oberen Ende seines hülsenförmigen Mittelteils 24 an einem Vorsprung 6 des
Ventilstößels 11 anliegt. Auf diese Weise wird der als Ventilkörper 22 dienende
Teil der Membran 20 zwischen dem ringförmigen Vorsprung 9 des Ventilstößels 11 und
dem unteren Ende des Zusatzteils 25 eingespannt. Diese Einspannung des Ventilkörpers
22 verbessert die Befestigung des inneren Randes der Membran 20 am Ventilstößel
11.
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Das Zusatzteil 25 ist an seinem oberen Ende als Ventilsitz 26 ausgebildet,
der zusammen mit einem Ventilkörper 27 ein Auslaßventil für die zweite Druckmittelkammer
5 bildet, über das die zweite Druckmittelkammer 5 mit der Entlüftungsöffnung 16
verbindbar ist.
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Der Ventilkörper 27 ist Teil einer Membran, die zur Abdichtung und
Führung eines Betätigungsstößels 28
dient. Diese Membran 27 ist
im Prinzip so aufgebaut wie die Membran 20. Der Betätigungsstößel 28 ist mittels
eines an ihm befestigten Betätigungsknopfes 1 in Richtung der Mittelachse 29 des
Wegeventils betätigbar.
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Mittels Niederdrücken des Betätigungsknopfes 1 ist somit das Auslaßventil
26, 27 absperrbar.
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Zugleich ist bei einem weiteren Niederdrücken des Betätigungsknopfes
1 über die dann erfolgende axiale Verschiebung des Zusatzteils 25 und des Ventilstößels
11 das Sitzventil 22, 23 in die geöffnete Stellung bringbar.
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Die das Sitzventil 22, 23 bildenden Teile sowie die Membran 20 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 22, 23 ergibt.
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Die Membran 20 ist elastisch so ausgebildet und vorgespannt, daß sie
auf den Ventilstößel 11 eine geringe, auf den Ventilsitz 23 zu gerichtete Vorspannkraft
ausübt. Gegebenenfalls kann zur Erzeugung bzw. Vergrößerung dieser Vorspannkraft
eine Feder mit einer geringeren Federkraft verwendet werden.
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Der Ventilsitz 23 ist so bemessen, daß sein wirksamer Durchmesser
größer ist als der äußere Durchmesser der Anordnung, die von dem Ventilstößel 11
und der auf diesem liegenden Membran 20 gebildet ist.
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Auf diese Weise ergibt sich mittels des ringförmigen Vorsprungs 9
des Ventilstößels 11 eine erste Wirkfläche des Ventilstößels 11, die bei geschlossenem
Ventil 22, 23 von dem in der ersten Druckmittelkammer 10 befindlichen Druckmittel
nach oben, d. h. in Richtung auf den Ventilsitz 23 zu beaufschlagt wird.
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Da das in der ersten Druckmittelkammer 10 befindliche Druckmittel
auch den als Rollmembran dienenden Teil 19 der Membran 20 beaufschlagt, ergibt sich
auf diese Weise eine zweite Wirkfläche des Ventilstößels ll,die in entgegengesetzter
Richtung wie die erste Wirkfläche vom Druckmittel beaufschlagt ist.
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Die beschriebene Anordnung ist so bemessen, daß die erste, nach oben
beaufschlagte Wirkfläche des Ventilstößels 11 größer ist als die zweite, nach unten
beaufschlagte Wirkfläche des Ventilstößels 11. Auf diese Weise ergibt sich bei geschlossenem
Ventil 22, 23 und Beaufschlagung der ersten Druckmittelkammer 10 mit Druckmittel
eine resultierende Kraft, die den Ventilstößel 11 nach oben, d. h. in Schließrichtung
des Ventils 22, 23 beaufschlagt.
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Man erkennt also, daß in drucklosem Zustand des beschriebenen Wegeventils
die von der Membran 20 auf den Ventilstößel 11 ausgeübte Vorspannkraft das Ventil
22, 23 schließt. Bei Beaufschlagung der ersten Druckmittelkammer 10 mit Druckluft
baut sich die vorstehend beschriebene resultierende Kraft auf, die auf den Ventilstößel
nach oben wirkt und somit das Sitzventil 22, 23 weiter in Sperrstellung beaufschlagt.
Das Sitzventil 22, 23 kann also nur nach Überwindung dieser
Kräfte
geöffnet werden.
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Bei der beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Betriebsweise
des Wegeventils ist das Einlaßventil 22, 23 geschlossen,während das Auslaßventil
26, 27 geöffnet ist. Der Druckluft-Ausgang 7 ist somit mit der Entlüftungsöffnung
16 verbunden, die mittels einer als Rückschlagventil wirkenden Dichtlippe 17 vor
Schmutz geschützt ist.
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Erst nach Betätigung des Betätigungsknopfes 1 wird der Betätigungsstößel
28 nach unten bewegt.
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Auf diese Weise wird dann das Auslaßventil 26, 27 geschlossen und
das Einlaßventil 22, 23 geöffnet.
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Der Ausgang 7 ist dann mit dem Eingang 21 verbunden.
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Die das Aulaßventil 26, 27 bildende Anordnung und der Betätigungsstößel
28 sind so ausgebildet, daß das Auslaßventil 26, 27 in Schließstellung geschlossen
und das Einlaßventil 22, 23 geöffnet bleibt. Erst bei einer Betätigung des Betätigungsknopfes
1 in Richtung vom Wegeventil weg wird das Einlaßventil 22, 23 geschlossen und das
Auslaßventil 26, 27 geöffnet.
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In Fig. 2 ist der Ventilstößel 11 mit dem Zusatzteil 25 und der Membran
20 in vergrößerter Abbildung gesondert dargestellt. Man erkennt, mit welchen relativ
einfachen Mitteln die Membran 20 in vorteilhafter Weise die verschiedenen Funktionen
erfüllt: Vorspannkraft für den Ventilstößel 11, Abdichtung und Führung des Ventilstößels
11, Bildung des Ventilkörpers 22, Bildung der zweiten, nach unten beaufschlagten
Wirkfläche 19 des Ventilstößels, Dichtung für Gehäuseteile.
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