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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein 5/2-Wegeventil (d.h. ein Wegeventil mit
5 Anschlüssen und 2 Schaltstellungen) entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Ein Ventil der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art
ist beispielsweise durch den Prospekt "Baureihe 511" der Anmelderin bekannt.
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Bei diesem bekannten 5/2-Wegeventil sind die vier Ventilelemente
in zwei Reihen angeordnet, wobei die Breite des gesamten Gehäuses 45,5 mm, die Länge
69,5 mm und die Höhe (einschließlich Grundplatte) 58 mm beträgt.
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Derartige Ventile werden häufig mit mehreren gleichartigen Ventilen
zu einer Batterie zusammengefaßt, wobei die einzelnen Ventile mit ihren Breitseiten
aneinanderliegen. Die gesamte Breite einer solchen Batterie entspricht damit der
Summe der Breite der einzelnen Ventile. Für den Benutzer ist nun aus den verschiedensten
Gründen eine möglichst geringe Gesamtbreite einer solchen Ventilbatterie erwünscht.
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Bei der bisher bekannten Ausführung dieses 5/2-Wegeventiles liegen
ferner die Anschlüsse A und B (zur Druckmittelversorgung von zwei Verbrauchern)
sowie die Anschlüsse R und S(zur Druckmittelabführung von den beiden Verbrauchern)
an der Unterseite der Grundplatte des Ventiles, während der Anschluß P (für die
Druckmittelversorgung) an den beiden Breitseiten des Gehäuses ausmündet, um bei
Zusammenfassung mehrerer Ventile zu einer Batterie eine gemeinsame Druckmittelversorgung
aller Ventile zu ermöglichen. Bei einer derartigen Ausführung sind somit bei einer
Ventilbatterie die Anschlüsse Spund R der einzelnen Ventile nicht zusammengefaßt.
Bei einer pneumatisch betätigten Ventilbatterie wird somit die Abluft der einzelnen
Ventile nicht gemeinsam abgeführt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der im Oberbegriff
des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß sich eine wesentlich verringerte
Baubreite ergibt und außerdem die Möglichkeit besteht, bei einer Zusammenfassung
mehrerer Ventile zu einer Ventilbatterie nicht nur den Anschluß P für die Druckmittelversorgung,
sondern auch die Anschlüsse S und R für die Druckmittelabführung der einzelnen Ventile
zusammenzufassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
und werden im Zusammenhang mit der Erläuterung eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispieles beschrieben. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch ein erfindungsgemäßes 5/2-Wegeventil, Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs
der Linie Il-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Schemadarstellung des Ventiles in der Schaltstellung
a,
Fig.4 eine Schemadarstellung des Ventiles in der Schaltstcllung b.
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Das Gehäuse des dargestellten 5/2-Wegeventiles besteht aus einem
Grundventilgehäuse 1 und einer Grundplatte 2, die über in Fig. 2 nur schematisch
angedeutete Schrauben 3 miteinander verbunden sind.
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Die Grundplatte 2 enthält an ihrer Unterseite 2a einen Anschluß A
für die Druckmittelversorgung eines ersten Verbrauchers sowie einen Anschluß B für
die Druckmittelversorgung eines zweiten Verbrauchers.
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Von diesen Anschlüssen A und B führen Kanäle 4, 5 zu an der Oberseite
2b der Grundplatte 2 angeordneten Verbindungsanschlüssen 6,7.
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In der Grundplatte 2 sind ferner drei Kanäle 8,9 und 10 vorgesehen,
die in horizontaler Richtung (d.h. senkrecht zu den Kanälen 4 und 5) von einer Breitseite
des Gehäuses zur anderen durchgehen. Hiervon ist der Kanal 9 für den Anschluß P
einer Druckmittelversorgung vorgesehen, während der Kanal 8 für den Anschluß R der
Druckmittelabführung vom ersten Verbraucher und der Kanal 10 für den Anschluß Sder
Druckmittelabführung vom zweiten Verbraucher bestimmt ist. Vom Kanal 9 führen zwei
Kanäle 11 und 12 zu Anschlüssen 13, 14 an der Oberseite 2b der Grundplatte 2. Von
den Kanälen 8 und 10 führen Kanäle 15, 16 zu Anschlüssen 17, 18 an der Oberseite
2b der Grundplatte 2.
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In den Kanal 15 greift ein quer zur Kanalachse verstellbares Drosselelement
19 ein, mit dem das Abströmen des Druckmittels gedrosselt werden kann. Ein entsprechendes
(nicht dargestelltes) Drosselelement kann auch im Kanal 16 vorgesehen werden.
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Bei der weiteren Beschreibung des 5/2-Wegeventiles wird angenommen,
daß es sich um ein pneumatisch betätigtes Ventil handelt, das Druckmittel somit
durch Druckluft gebildet wird Der erfindungsgemäße Ventilaufbau kann jedoch grundsätzlich
auch bei hydraulischen Ventilen vorgesehen werden.
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Die an der Oberseite 2b der Grundplatte 2 vorgesehenen Verbindungsanschlüsse
13, 14, 17 und 18 liegen nebeneinander in einer Reihe, und zwar zweckmäßig in der
(in Fig. 2 sichtbaren) Längsmittelebene 20 des Ventiles. Zwischen dem Grundventilgehäuse
1 und der Grundplatte 2 ist eine Gummidichtung 21 angeordnet.
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Das Grundventilgehäuse 1 enthält vier gleichartig aufgebaute Ventilelemente
22,23,24 und 25, von denen im folgenden das Ventilelement 22 näher erläutert sei.
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Es enthält einen auf dem Anschluß 18 angeordneten Käfig 26 mit einer
zentralen Bohrung 26a und einer Anzahl von äußeren Bohrungen 26b, die in einen Raum
27 münden, der mit dem Kanal 5 in Verbindung steht.
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Der Käfig 26 bildet am oberen Rand der zentralen Bohrung 26a einen
Ventilsitz 26c, auf dem sich eine Membran 28 abstützt. Ein Stützring 29 ist zwischen
dem äußeren Rand der Membran 28 und dem äußeren Rand des Käfigs 26 vorgesehen.
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An der Oberseite der Membran 28 liegt ein Kolben 30 an, der in einer
Bohrung 31 des Gehäuses 1 gleitbeweglich ist. Auf den Kolben 30 wirkt eine Druckfeder
32, die sich am Boden 31a der Bohrung 31 abstützt.
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Der Innenraum der Bohrung 31 bildet einen Druckraum 33. Die entsprechenden
Druckräume der Ventilelemente 23, 24 und 25 sind mit den Bezugszeichen 34, 35 bzw.
36 versehen.
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Die Bohrung 31 ist mit einer Stufe 31b versehen, an der der Kolben
30 bei der Aufwärtsbewegung zum Anschlag kommt, wenn die Membran 28 vom Ventilsitz
26c abgehoben wird.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Druckraum 33 im
Bereich
des sich an die Stufe 31b anschließenden verengten Teiles der zylindrischen Bohrung
31 mit einer radialen Erweiterung 33a versehen, die sich über einen Umfangswinkel
von 10 bis 45",vorzugsweise von 15 bis 300, erstreckt Entsprechend ist der Druckraum
34 des Ventilelementes 23 mit einer Erweiterung 34a, der Druckraum 35 des Ventilelementes
24 mit einer Erweiterung 35a und der Druckraum 36 des Ventilelementes 25 mit einer
Erweiterung 36a versehen.
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Die Erweiterungen 33a und 35a liegen auf der einen Seite und die
Erweiterungen 34a und 36a auf der anderen Seite der Längsmittelebene 20 des Ventiles
(vgl.
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Fig.2).
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, erstrecken sich die Erweiterungen 33a
bis 36a nur über einen Teil der axialen Länge der Druckräume 33 bis 36.
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Die Erweiterungen 33a und 35a der Druckräume 33, 35 sind durch einen
im Gehäuse 1 vorgesehenen Verbindungskanal 37 miteinander verbunden. In entsprechender
Weise sind die Erweiterungen 34a, 36a der Druckräume 34, 36 durch einen Verbindungskanal
38 miteinander verbunden (diese beiden Verbindungskanäle 37, 38 sind in Fig. 1 der
Übersichtlichkeit halber lediglich mit einer einfachen gestrichelten bzw. strichpunktierten
Linie dargestellt).
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Die Verbindungskanäle 37, 38 sind auf unterschiedlichen Seiten der
Längsmittelebene 20 des Ventiles angeordnet. Dabei führt der die Erweiterungen 33a,
35a verbindende Kanal 37 dicht am Druckraum 34 vorbei (ohne diesen zu berühren),
während der die Erweiterungen 34a, 36a verbindende Kanal 38 dicht am Druckraum 35
vorbeiführt Um bei der Herstellung des Gehäuses 1 aus Kunststoff in einem Spritzverfahren
die quer zu den Druckräumen 33 bis 36 verlaufenden Verbindungskanäle 37, 38 ausformen
zu können, sind diese Kanäle bis zu einer Schmalseite des Gehäuses verlängert. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der Verbindungskanal 37 an der linken
und der Verbindungskanal 38 an der rechten Schmalseite des Grundventilgehäuses 1
aus.
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Statt dessen ist es im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch
möglich, beide Verbindungskanäle 37,38 an derselben Schmalseite des Gehäuses 1 ausmünden
zu lassen. Die Verbindungskanäle 37, 38 sind an ihrem äußeren Ende durch ein eingepreßtes,
kugel- oder zylinderförmiges Element 39 bzw. 40 verschlossen.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Achsen der vier Ventilelemente
22, 23, 24, 25 (mit den Druckräumen 33, 34, 35, 36) in der Längsmittelebene 20 des
Gehäuses 1 angeordnet.
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Im oberen Teil des Grundventilgehäuses 1 befindet sich ein Inverter-Ventilelement
41, das über ein Vorsteuer-Ventilelement 42 betätigt wird.
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Das Inverter-Ventilelement 41 enthält eine Topfmanschette 43, die
sich in einem Druckraum 44 befindet, der nach außen durch einen Stopfen 45 verschlossen
ist.
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Die Topfmanschette 43 liegt an einem Kolbenstößel 46 an, der eine
Kammer 47 durchsetzt, die über eine Bohrung 48 entlüftet ist. Der Kolbenstößel 46
durchsetzt ferner eine Düse 49, die in das Gehäuse 1 eingepreßt ist. Zwischen dem
Kolbenstößel 46 und der Bohrung der Düse 49 besteht ein Spalt, der durch eine angefaste
Fläche 46a des Kolbenstößels 46 gebildet wird.
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Der Kolbenstößel 46 steht an seinem rechten Ende mit einer Dichtung
50 in Berührung, die zwischen einem von der Düse 49 gebildeten linken Ventilsitz
49a und einem vom Gehäuse 1 gebildeten rechten Ventilsitz 51
beweglich ist. Eine
Druckfeder 52 sucht die Dichtung 50 an den linken Ventilsitz 49a anzudrücken.
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Das Vorsteuer-Ventilelement 42 enthält ein Führungsrohr 53, das unter
Zwischenfügung einer Dichtung 54 in das Gehäuse 1 eingesetzt ist. In dem Führungsrohr
53 ist ein Plunger 55 zwischen einer durch das Gehäuse 1 gebildeten Düse 56 und
einer durch das Führungsrohr 53 gebildeten Düse 53a beweglich. An den beiden Enden
des Plungers 55 sind mit den Düsen 56 bzw. 53a zusammenwirkende Dichtungselemente
57, 58 vorgesehen.
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Zur Betätigung des Plungers 55 dient eine auf das Führungsrohr 53
aufgesetzte, an das Gehäuse 1 angesteckte Spule 59.
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Ein Verbindungskanal 60 führt vom Kanal 9 durch das Gehäuse 1 nach
oben und mündet in einen quer verlaufenden Verbindungskanal 61. Dieser Kanal 61
mündet am linken Ende im Bereich des Ventilsitzes 51 in eine Kammer 62 und am rechten
Ende im Bereich der Düse 56 in eine Kammer 63. Diese Kammer 63 steht über einen
Kanal 64 mit dem Verbindungskanal 38 in Verbindung. Weiterhin ist die Kammer 63
über einen Spalt 65 am Umfang des Plungers 55 mit einer Kammer 66 verbunden, die
über die Bohrung 67 der Düse 53a mit Atmosphäre in Verbindung steht.
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Der Verbindungskanal 38 ist ferner über einen Kanal 68 mit dem Druckraum
44 des Inverter-Ventilelementes 41 verbunden. Die Kammer 62 dieses Inverter-Ventilelementes
steht ferner über einen Kanal 69 mit dem Verbindungskanal 37 in Verbindung.
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Im folgenden wird nun die Funktion des dargestellten 5/2-Wegeventiles
beschrieben, wobei ergänzend auf die Schemadarstellungen gemäß Fig. 3 und 4 bezug
genommen wird. Fig. 3 zeigt das Ventil in der Schaltstellung a und Fig. 4 in der
Schaltstellung b.
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In der Schaltstellung a (Fig. 3) ist die Spule 59 des Vorsteuer-Ventilelements
42 nicht erregt. Der Plunger 55 befindet sich in Berührung mit der Düse 56 und verhindert
damit einen Übertritt des (über die Kanäle 9,60 und 61 zugeführten) Druckmittels
in die Kammer 63.
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Das Druckmittel im Kanal 61 hebt die Dichtung 50 vom Ventilsitz 51
ab (da, wie noch erläutert wird, der Druckraum 44 auf der linken Seite der Topfmanschette
43 entlüftet ist). Das Druckmittel gelangt infolgedessen über die Kammer 62 und
den Kanal 69 in den Verbindungskanal 37 und infolgedessen in die Druckräume 33 und
35 der Ventilelemente 22 und 24. Infolgedessen werden die Membranen 28 der Ventilelemente
22 und 24 auf den zugehörigen Ventilsitz 26cgedrückt.
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Da sich in der Schaltstellung a (Fig. 3) der Plunger 55 in Berührung
mit der Düse 56 befindet und demgemäß von der Düse 53a abgehoben ist (vgl. Fig.
1), ist die Kammer 63 über den Spalt 65, die Kammer 66 und die Bohrung 67 entlüftet.
Infolgedessen sind auch über den Kanal 64 der Verbindungskanal 38 und die Druckräume
34 und 36 der Ventilelemente 23 bzw. 25 entlüftet. Dies hat zur Folge, daß die Membranen
28 der Ventilelemente 23 und 25, deren Druckräume 34,36 nicht mit Druckluft versorgt
sind, ihre obere Schaltstellung einnehmen, d.h. von ihrem Ventilsitz 26c abgehoben
sind. Dadurch kann Druckluft aus dem Kanal 9 über den Kanal 11 und die äußeren Bohrungen
26b des Käfigs 26 des Ventilelementes 23 in den Kanal 5 überströmen, womit eine
Verbindung vom Anschluß P zum Anschluß B hergestellt ist. Die Verbindung vom Anschluß
Pzum Anschluß A ist gleichzeitig durch die in der unteren Lage befindliche Membran
28 des Ventilelementes 24 abgesperrt.
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Weiterhin kann in dieser Schaltstellung Abluft des ersten Verbrauchers
vom Anschluß A über den Kanal 4,
die in der oberen Lage befindliche
Membran 28 des Ventilelementes 25 in den Kanal 15 überströmen, so daß für die Abluft
eine Verbindung vom Anschluß A zum Anschluß R hergestellt ist. In dieser Schaltstellung
a wird somit der zweite Verbraucher über den Anschluß B mit Druckluft vom Anschluß
Pversorgt, während der erste Verbraucher (Anschluß A) über den Anschluß R entlüftet
ist.
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Wird nun das Vorsteuer-Ventilelement 42 betätigt, so bewegt sich
der Plunger 55 in seine rechte Endlage und unterbricht damit die Verbindung zwischen
der Kammer 66 und der in die Atmosphäre führenden Bohrung 67. Nunmehr gelangt die
über den Anschluß Pzugeführte Druckluft vom Verbindungskanal 61 über die Kammer
63, den Kanal 64 und den Verbindungskanal 38 in die Druckräume 34 und 36 der Ventilelemente
23 und 25. Die Membranen 28 dieser Ventilelemente 23 und 25 werden daher nach unten
gedrückt (vgl. Fig. 4).
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Über den Kanal 68 gelangt die Druckluft gleichzeitig in den Druckraum
44 des Inverter-Ventilelements 41.Da die wirksame Fläche der Topfmanschette 43 größer
als die wirksame Fläche des Ventilsitzes 49a ist, wird der Kolbenstößel 46 über
die Topfmanschette 43 nach rechts gedrückt, so daß die Dichtung 50 vom Ventilsitz
49a abgehoben und auf den Ventilsitz 51 gedrückt wird.
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Hierdurch kommt eine Verbindung zwischen den Druckräumen 33,35 der
Ventilelemente 22,24 über den Verbindungskanal 37, den Kanal 69, die Kammer 62,
den Spalt am Umfang des Kolbenstößels 46, die Kammer 47 und die Bohrung 48 mit Atmosphäre
zustande. Die Druckräume 33, 35 sind damit entlüftet, so daß die Membranen 28 der
Ventilelemente 22, 24 ihre obere Lage einnehmen.
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Nunmehr ist für das Druckmittel (Anschluß P) eine Verbindung über
den Kanal 12 und die geöffnete Membran des Ventilelementes 24 zum Kanal 4 und damit
zum Anschluß A des ersten Verbrauchers hergestellt.
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Der Anschluß B des zweiten Verbrauchers ist über die in der oberen
Stellung befindliche Membran 28 des Ventilelementes 22 mit dem Abluftanschluß Sverbunden.
In der Schaltstellung Bist damit der erste Verbraucher (Anschluß A) mit Druckluft
versorgt und der zweite Verbraucher (Anschluß B) entlüftet.
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Das erfindungsgemäße 5/2-Wegeventil besitzt eine gegenüber der bisher
bekannten Ausführung wesentlich verringerte Breite B* (vgl. Fig. 2) in der Richtung,
in der es bei Verbindung mit anderen gleichartigen Ventilen zu einer Ventilbatterie
vereinigt wird. Eine aus erfindungsgemäß gestalteten Ventilen zusammengesetzte Ventilbatterie
zeichnet sich daher durch eine besonders kleine Gesamtbreite aus.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt das
Gehäuse (bestehend aus dem Grundventilgehäuse 1 und der Grundplatte 2) eine Breite
B* von 24 mm, eine Länge L von 92 mm (ohne die vorstehenden Teile des Vorsteuer-Ventilelements
42) und eine Gesamthöhe Hvon 59 mm.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse
S, P und R auf einer Außenseite (nämlich einer Breitseite) des Gehäuses und die
Anschlüsse A und B auf einer anderen Außenseite (nämlich der Unterseite der Grundplatte)
angeordnet. Da die Kanäle 8,9 und 10 für die Anschlüsse R, Pund Sbei diesem Ausführungsbeispiel
von der einen Breitseite des Gehäuses zur anderen durchlaufen, läßt sich ein derartiges
Ventil mit anderen gleichartigen Ventilen zu einer Ventilbatterie kombinieren, wobei
diese Ventile mit ihrer Breitseite aneinanderstoßend angeordnet und durch
Verbindungsschrauben
miteinander verbunden werden.
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Da sich hierbei über die ganze Batterie durchgehende Sammelkanäle
für die Anschlüsse P, R und Vergeben, ist nicht nur eine gemeinsame Druckluftversorgung
aller Ventile über einen einzigen Druckluftanschluß gewährleistet, sondern es ist
zugleich auch die Abluft aller Ventile zusammengefaßt.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung des Grundventilgehäuses 1 läßt sich
vorteilhaft jedoch auch verwenden, wenn das Ventil als Einzelventil ausgebildet
wird (wobei dann die Kanäle 8,9 und 10 nicht von einer Außenseite des Gehäuses bis
zur gegenüberliegenden anderen Außenseite durchlaufen). In diesem Falle ist es selbstverständlich
auch möglich, die Lage der Anschlüsse R, P und Sowie A und B abweichend von dem
dargestellten Ausführungsbeispiel vorzusehen.
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Die Grundplatte 2 kann ferner als Adapter zur Befestigung auf einer
genormten Grundplatte ausgebildet werden. Eine solche Adapter-Grundplatte kann dann
beispielsweise auf einer für die Norm ISO I bestimmten Grundplatte angebracht werden.
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Soweit in den Ansprüchen die Ventilelemente 22 bis 25 nach ihrer
Funktion bezeichnet sind, ist 24 das Ventilelement für die P/A-Funktion (d.h. zur
Verbindung des Anschlusses P mit dem Anschluß A), 23 das Ventilelement für die P/B-Funktion
(d.h. Verbindung des Anschlusses P mit dem Anschluß B), 25 das Ventilelement für
die R-Funktion (Verbindung des Anschlusses A mit dem Anschluß R) und 22 das Ventilelement
für die S-Funktion (Verbindung des Anschlusses B mit dem Anschluß 5).
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Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das
Vorsteuer-Ventilelement 42 elektrisch betätigt ist, ist im Rahmen der Erfindung
selbstverständlich auch eine pneumatische Betätigung des Vorsteuer-Ventilelementes
möglich.
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Aus zwei 5/2-Wegeventilen kann ferner durch Umbau ein 5/3-Wegeventil
(mit fünf Anschlüssen und drei Schaltstellungen) hergestellt werden. Die drei Schaltstellungen
sind hierbei dadurch bestimmt, daß in der ersten Stellung (Mittelstellung) keines
der beiden Vorsteuer-Ventilelemente betätigt ist, in der zweiten Schaltstellung
das eine und in der anderen Schaltstellung das andere Vorsteuer-Ventilelement betätigt
ist. Werden bei verblockten Ventilen die Anschlüsse B und Sverschlossen, so ergibt
sich eine entlüftete Mittelstellung, werden A und R verschlossen, so wird eine belüftete
Mittelstellung erreicht.
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Die durch die erfindungsgemäße Ventilausbildung erzielte geringe
Baubreite ist nicht nur bei Verbindung (Verblockung) mehrerer Ventile zu einer Ventilbatterie
von großer Bedeutung, sondern auch bei Verwendung als Einzelventil. Oft ist es nämlich
wichtig, daß ein solches Einzelventil möglichst flach an einer Maschinenwand oder
einem Pneumatikzylinder anliegt. Dabei besitzt das erfindungsgemäße Ventil den besonderen
Vorteil, daß alle Rohr- oder Schlauchanschlüsse nach einer Seite abgeführt werden
können, was vor allem bei einem Einbau in einen Schaltschrank den Raumbedarf wesentlich
verringert und die Montagearbeiten erheblich erleichtert.