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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Ein derartiges Umschaltventil ist bekannt und gestattet das Umschalten
der Strömungsrichtung in Fluidströmungskanäle, die mit einer Ventilkammer in Strömungsverbindung
stehen, welche in einem Ventilkörper gebildet ist. Das Umschalten erfolgt durch
axiale Verlagerung eines Ventilteils, welches ein Verschlußteil trägt und bei dem
Stützstangen an den gegenüberliegenden Enden des Verschluß teils ansetzen. Zum hermetischen
Dichten der Ventilkammer sind nachgiebige Dichtungen auf dem Außenumfang der jeweiligen
Stützstange gehaltert, die in zylindrischen Führungswänden an jeder Seite der Ventilkammer
geführt werden. Dabei hat die Dichtung im Querschnitt eine größere Radialals Axialerstreckung.
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Das zuvor erwähnte, bekannte Umschaltventil hat den Vorteil, daß die
Dichtung in der installierten Lage auf der Stützstange ohne davon runterzurutschen
festgehalten werden kann, so daß der Dichtung eine hinreichende Nachgiebigkeit verliehen
wird, wodurch der Widerstand für die axiale Gleitbewegung des Ventilteils reduzierbar
ist
Eine derartige Dichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie in
radialer Richtung nicht sehr steif ist, so daß sich das Ventilteil in gekippter
Lage bewegen kann, was zahlreiche Nachteile mit sich bringt, z.B. einen Teilverschleiß
zwischen den miteinander in Gleiteingriff stehenden Flächen der Stützstangen und
der Innenseite der Führungswand des Ventilkörpers, wodurch sich das Verschlußteil
in unstabiler Weise auf den Ventilsitz legt, was nicht nur zu einer ungleichmäßigen
Schließkraft für den Ventilsitz, sondern auch zu einem Teilverschleiß des Verschlusses
und des Ventilsitzes führt. Da die Dichtung ferner unmittelbar in dem Arbeitsfluid
liegt, verschlechtern sich die Dichtungsbedingungen, weil von dem Arbeitsfluid mitgeführte
Fremdkörper in die Dichtung einschneiden können. Insbesondere im Falle von Druckluft
als Arbeitsfluid werden der Reibungswiderstand gegen die Gleitbewegung des Ventilteils
und der Abrieb des Gleitbereichs dadurch erhöht, indem die Dichtung in direkten
Kontakt mit dem Schmiermittel gelangt und indem die Dichtung zu Betriebsbeginn trocken
läuft.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Umschaltventil zu schaffen,
welches einen glatten und stabilen Betrieb seines Ventilteils bei einfachem Aufbau
gewährleistet und welches die Dichtung einerseits vor Reibungsverschleiß schützt
und andererseits verhindert, daß Fremdkörper in die Dichtung einschneiden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs
1. Demnach weist das Umschaltventil einen Ventilkörper, der eine Ventilkammer enthält,
und ein Ventilteil auf, welches in der Ventilkammer zur Umschaltung der Fluidströmungsrichtung
verschiebbar ist, wobei das Ventilteil an gegenüberliegenden Seiten seines Verschlußteils
Stützstangen aufweist, die von zylindrischen Führungswänden
geführt
werden und die an jeder Seite der Ventilkammer ansetzen; und mit einem Paar von
Dichtungen, die jeweils auf dem Außenumfang der Stützstangen gehaltert sind und
einen Querschnitt haben, der in radialer Richtung größer als in axialer Richtung
ist; welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Paar von Führungsringen aus Kunstharz
auf dem Außenumfang der Stützstangen an der dem Fluidströmungskanal zugewandten
Seite der Dichtung gehaltert ist, so daß die Führungsringe entlang der zylindrischen
Führungswand der Ventilkammer gleitend geführt sind.
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Vorzugsweise ist die Gleitbewegung des Ventilteils in geeigneter Weise
von den Führungsringen geführt, welche die Stützstangen entlang der inneren, zylindrischen
Führungswände des Ventilkörpers gehaltert umgeben. Dadurch kann das Ventilteil in
der Ventilkammer genau in axialer Richtung bewegt werden, so daß das Ventilteil
eine glatte Gleitbewegung durchführt, ohne an irgendeiner Stelle einen Abrieb zu
verursachen, und wobei das Ventilteil eine hinreichende Ventilschließkraft ausübt.
Durch Haltern der Führungsringe an der dem Fluidströmungskanal zugewandten Seite
kann eine Beschädigung der Dichtungen aufgrund von im Arbeitsfluid mitgeführten
Fremdkörpern sicher vermieden werden, indem die Dichtungen von dem Arbeitsfluid
getrennt sind.
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Da ferner die Dichtung davor geschützt ist, mit Schmiermittel oder
Drainage im Falle der Verwendung von Druckluft als Arbeitsfluid in Kontakt zu gelangen,
können Nachteile in Form eines erhöhten Reibungswiderstandes und eines erhöhten
Abriebs wesentlich verhindert werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert;
es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel;
Figur
2 A eine perspektivische Ansicht und einen Schnitt und 2 B durch einen Führungsring;
Figur 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
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Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Umschaltventil mit Ventilkegel,
welches einen Hubmagneten 1 und ein Kegelventil 2 aufweist. Der Hubmagnet 1 besitzt
eine stromdurchflossene Wicklung 3, während das Kegelventil 2 einen Ventilkörper
4 aufweist, in dem eine Ventilkammer 5 gebildet ist. Ferner sind Fluidströmungskanäle
9 vorgesehen, die eine Einlaßöffnung 9a, eine Auslaßöffnung 9b und eine Ablaßöffnung
9c im Ventilkörper 4 aufweisen, wobei diese Öffnungen 9a, 9b und 9c mit der Ventilkammer
5 in Strömungsverbindung stehen. In der Ventilkammer 5 ist ein Ventilkegel 6 mit
einem kegelförmigen Verschlußteil 6b vorgesehen, um die Auslaßöffnung 9b entweder
mit der Einlaßöffnung 9a oder der Ablaßöffnung 9c in Strömungsverbindung zu bringen.
Der Ventilkegel 6 ist so gebaut, daß er zwischen einer ersten Umschaltstellung gemäß
Figur 1 und einer zweiten Umschaltstellung verlagerbar ist, in der der Ventilkegel
6 aus der Stellung gemäß Figur 1 durch Erregung der elektromagnetischen Wicklung
3 abgesenkt wird, um zwischen einem abgeschalteten Zustand und einem aktivierten
Zustand umzuschalten.
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Um sicherzustellen, daß die Verlagerung des Ventilkegels 8 in axialer
Richtung in der Ventilkammer 5 des Ventilkörpers 4 erfolgt, weist der Ventilkegel
6 an gegenüberliegenden Enden des Verschlußteils 6b ein Paar von Stützstangen 6a
auf, während im Ventilkörper 4 an beiden Seiten der Ventilkammer 5 zylindrische
Führungswände 8 gebildet sind, welche sich zur Aufnahme der jeweiligen Stützstange
6a eignen. Dichtungen 7, die einen derartigen Querschnitt haben, daß die Erstreckung
in radialer Richtung größer als in axialer Richtung ist, umgeben den Außenumfang
der
Stützstangen 6a, um den zwischen der Ventilkammer 5 und der Führungswand 8 liegenden
Teil hermetisch abzudichten. Ferner sind Führungsringe 10 jeweils am Außenumfang
der Stützstangen 6a an der Seite der Fluidströmungskanäle 9 angebracht, also an
der Seite, die dem Arbeitsfluid ausgesetzt ist. Um die Führungsringe 10 in Gleitkontakt
mit den zylindrischen Führungswänden 8 zu bringen, ist der Ventilkegel 6 in axialer
Richtung geradlinig verschiebbar. Ferner drückt eine von dem Hubmagneten 1 bewegte
Stoßstange 11 gegen eine der Stützstangen 6a des Ventilkegels 6, während andererseits
die andere Stützstange 6a an einem Ende mit einer Rückstellfeder 12 in Eingriff
steht. In diesem Zusammenhang soll der verwendete Führungsring 10 einen geringen
Reibungskoeffizienten und eine bestimmte Abriebfestigkeit haben und insbesondere
soll er ölfest, wasserfest, chemikalienfest u.ä. sein, und zwar je nach Art des
Arbeitsfluids o.ä. Beispielsweise kann er aus Polyimid, Polybutadienterephthalat,
Polyacetal, Polytetraflourethylen u.ä. mit oder ohne Glasfaserverstärkung bestehen.
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Die Stoßstange 11, die von dem Hubmagneten 1 betätigt wird, ist über
eine Feder 16 und eine Federhalterung 17 mit einem Bauteil 15 verbunden, welches
so gestaltet ist, daß es an einen feststehenden Kern 14 angezogen werden kann. Die
Feder 16 nimmt die Hubdifferenz zwischen dem Bauteil 15 und dem Ventilkegel 6 auf
und gleichzeitig wird eine Schließkraft auf den Ventilkegel 6 übertragen.
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Es ist ferner ein flexibler Drucktaster 18 dargestellt, mit dem die
Stoßstange 11 im verriegelten Zustand von Hand betätigt werden kann.
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Im unerregten Zustand der elektrischen Wicklung 3 hält der Ventilkegel
6 die erste Umschaltstellung gemäß Figur 1, und zwar aufgrund der Federkraft der
Rückstellfeder 12, die über die Stoßstange 11 und die Feder 16 auf das
Bauteil
15 übertragen wird, so daß dieses in der oberen Stellung im Abstand zu dem festen
Kern 14 verbleibt.
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Wird hingegen die Wicklung 3 erregt, dann wird das Bauteil 15 an den
feststehenden Kern 14 angezogen und die Feder 16 dabei zusammengedrückt. Die Druckkraft
der Feder 16 wirkt auf die Stoßstange 11, so daß der Ventilkegel 6 nach unten bewegt
wird und die Rückstellfeder 12 zusammendrückt, wodurch als Folge der Ventilkegel
6 in die zweite Umschaltstellung verbracht wird.
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Der Ventilkegel 6 wird in der erwähnten Weise auf und ab bewegt, indem
der Strom eingeschaltet oder ausgeschaltet wird und die aus Kunststoff bestehenden
Führungsringe 10, 10, die überlegene Gleiteigenschaften und eine ausreichende Steifheit
in radialer Richtung haben, erleichtern die Verlagerung des Ventilkegels 6, so daß
dieser zuverlässig daran gehindert wird, sich zu verkanten und wobei außerdem gewährleistet
wird, daß er sich richtig auf den Ventilsitz legt und dabei überall eine gleichmäßige
Schließkraft ausübt. Auf diese Weise schützt der Führungsring 10 vor einseitigem
oder teilweisem Verschleiß von Dichtungen 7, 7, die auf dem Ventilkegel 6 sitzen
und dieser Schutz erstreckt sich auch auf die Stützstangen 6a, 6a, auf das Verschlußteil
6b, auf die Innenseite der zylindrischen Führungswände 8, 8 der Ventilkammer 5 und
auf das Zusammenwirken von dem Verschlußteil 6b des Ventilkegels 6 mit seinem zugehörigen
Ventilsitz.
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Da ferner die Gleitbewegung des Ventilkegels 6 von den Führungsringen
10, 10 geführt wird, haben die Dichtungen 7, 7 keine Führungsfunktion für die Gleitbewegung
des Ventilkegels 6 und die Dichtungen 10 können den in Figur 1 gezeigten Querschnitt
haben, um die Druckkraft gegen die Innenseite der zylindrischen Führungswände 8,
8 der
Ventilkammer 5 und auf das Zusammenwirken von dem Verschluß
teil 6b des Ventilkegels 6 mit seinem zugehörigen Ventilsitz.
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Da ferner die Gleitbewegung des Ventilkegels 6 von den Führungsringen
10, 10 geführt wird, haben die Dichtungen 7, 7 keine Führungsfunktion für die Gleitbewegung
des Ventilkegels 6 und die Dichtungen 10 können den in Figur 1 gezeigten Querschnitt
haben, um die Druckkraft gegen die Innenseite der zylindrischen Führungswände 8,
8 der Ventilkammer 5 zu reduzieren. Auf diese Weise sind sie durch Anwendung einer
externen Kraft leicht verformbar und haben einen deutlich geringeren Reibungswiderstand.
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Die Führungsringe 10, 10 sind an der dem Fluidströmungskanal 9 zugewandten
Seite der Dichtungen 7, 7 angeordnet, so daß mit dem Arbeitsfluid mitgeführte Fremdkörper
vollständig daran gehindert sind, mit den Dichtungen 7,7 in Eingriff zu gelangen.
Auch wenn beispielsweise Druckluft als Arbeitsfluid verwendet wird, dann gelangen
die Dichtungen 7, 7 nicht unmittelbar in Kontakt mit einem Schmiermittel oder einem
Spülmittel, so daß der Gleitwiderstand der Dichtungen 7, 7 und der Abrieb ebenfalls
vermindert sind.
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Es können verschiedene Mittel zum Halten des Führungsringes 10 auf
der Stützstange 6a des Ventilkegels 6 vorgesehen sein, beispielsweise kann gemäß
Figur 2A ein Schlitz 21 im Führungsring 10 vorgesehen sein, wodurch dieser auf die
Stützstange 6a des Ventilkegels 6 gesetzt und durch seine Rückstellkraft festgeklemmt
werden kann.
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Der Schlitz 21 kann in bezug auf die Achse des Führungsringes 10 geneigt
sein, wie dies in Figur 2A gestrichelt angedeutet ist. Andererseits kann der Führungsring
10 auch an seinem Umfang eine Nut aufweisen oder gemäß Figur 2B Nuten 22 besitzen,
die zur Einsparung von Material
an gegenüberliegenden Seiten des
Führungsringes 10 gebildet sind.
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Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der
ein Ventilzylinder als Absperrorgan in einem Umschaltventil verwendet wird. Der
Ventilkörper ist mit 31, der Fluidströmungskanal mit 32, die Ventilkammer mit 33,
die zylindrische Führungswand mit 34 und das Ventilteil mit 35 bezeichnet, welches
Stützstangen 35a, 35a sowie Dichtungen 36 und 37 aufweist, während mit 38 Führungsringe
aus Kunstharz bezeichnet sind. Durch Einwirkung einer elektromagnetischen, mechanischen,
hydraulischen oder pneumatischen Umschaltkraft kann Arbeitsfluid in seiner Strömungsrichtung
umgelenkt werden. In diesem Fall kann das Ventilteil 35 axial verlagert werden,
ohne daß ein Kippen des Ventilteils 35 erfolgt, da dieses andauernd an der zylindrischen
Führungswand 34 der Ventilkammer 33 geführt ist, und zwar von den Führungsringen
38, die eine größere Steifigkeit in radialer Richtung als die Dichtungen 36 und
37 haben.
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Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist es klar, daß der Verlagerungswiderstand
der Ventilteile 6 und 35 wesentlich runtergedrückt werden kann und die Gleitbewegung
der Führungsringe 10 und 38 keinen Abrieb an den Führungswänden 34 hervorrufen,
da die Führungsringe 10 und 38 aus Kunstharz mit verhältnismäßig guter Gleitfähigkeit
bestehen.
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