DE3542062C2 - Tellerventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tellerventil mit einem Einlaß, zwei Arbeitsauslässen und zwei Entlüftungsaus­ lässen. Das Tellerventil ist zwischen zwei Stellungen so um­ schaltbar, daß in einer Stellung der eine Arbeitsauslaß mit dem Einlaß verbunden ist und der andere Arbeitsauslaß ent­ lüftet wird, während in der anderen Stellung der zweite Arbeitsauslaß mit dem Einlaß verbunden ist und der Arbeits­ auslaß entlüftet wird.

Derartige Tellerventile sind bekannt. So offenbart die DE-AS 10 28 841 ein Tellerventil mit einem Gehäuse, das eine axiale Bohrung mit einem Einlaß, einem ersten und einem zweiten Arbeitsauslaß und einem den Arbeitsauslässen zugeordneten ersten und zweiten Entlüftungsauslaß aufweist, bei einer ersten Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß und dem ersten Arbeitsauslaß, eine zweite Strömungsverbindung zwi­ schen dem Einlaß und dem zweiten Arbeitsauslaß, eine dritte Strömungsverbindung zwischen dem ersten Arbeitsauslaß und dem ersten Entlüftungsauslaß und eine vierte Strömungsver­ bindung zwischen dem zweiten Arbeitsauslaß und dem zweiten Entlüftungsauslaß vorgesehen sind, mit einem Ventilschaft mit Ventiltellern, die durch eine Betätigungsvorrichtung in der Bohrung zwischen zwei Stellungen axial hin- und herbe­ wegbar sind, wobei die Ventilteller an ihren Stirnflächen mit Dichtflächen versehen sind, die jeweils mit benachbar­ ten, im Gehäuse vorgesehenen Ventilsitzen zusammenwirken, um in einer Stellung des Ventilschaftes die erste und dritte Strömungsverbindung zu öffnen und die zweite und vierte Strömungsverbindung zu schließen sowie in der anderen Stel­ lung des Ventilschaftes die zweite und vierte Strömungsver­ bindung zu öffnen und die erste und dritte Strömungsverbin­ dung zu schließen.

Bei diesem Tellerventil sind ferner mit dem Einlaßdruck und dem Entlüftungsdruck beaufschlagte Wirkflächen der Ventil­ teller vorgesehen, die unterschiedlich groß sind, so daß das Ventil in jeder seiner beiden Stellungen durch die an ihm anliegenden Druckmittelkräfte gehalten wird. Das vorbekannte Tellerventil besitzt drei Ventilteller, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Wirkflächen an dem zentralen Ven­ tilteller größer sind als die Wirkflächen an den beiden äußeren Ventiltellern. Außerdem ist eine Strömungsverbindung der außen liegenden Wirkflächen der beiden außen liegenden Ventilteller mit dem Entlüftungsauslaß vorgesehen. Aufgrund der Verwendung von drei Ventiltellern und der zusätzlichen Strömungsverbindung ist das vorbekannte Tellerventil ver­ gleichsweise aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tellerventil zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß das Tellerven­ til trotz eines vereinfachten konstruktiven Aufbaus in jeder seiner beiden Stellungen durch die an ihm angreifenden Strö­ mungsmittelkräfte sicher gehalten wird.

Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Tellerventil, das nur zwei Ventilteller besitzt, ist jeder Ventilteller auf entge­ gengesetzten Seiten mit unterschiedlich großen Wirkflächen versehen. Hierdurch wird in einfacher Weise erreicht, daß das Ventil durch den auf die betreffenden Wirkflächen ein­ wirkenden Einlaßdruck jeweils sicher in seinen beiden Stel­ lungen gehalten wird. Eine zusätzliche Strömungsverbindung zur Druckentlastung bestimmter Wirkflächen ist nicht erfor­ derlich. Das erfindungsgemäß ausgebildete Tellerventil hat den Vorteil, daß nur zwei Ventilteller benötigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beiden Ventilteller identisch ausgebildet werden können, was den konstruktiven Aufwand entsprechend verringert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Zweistellungs-Vier­ wege-Tellerventil;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen der Ventilteller in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ventilteller der Fig. 2;

Fig. 4, 5 Draufsichten auf den scheibenförmigen Kern des Ventiltellers in Fig. 2;

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch einen der festgelegten Ventilsitze in Fig. 1;

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt durch einen der beweglichen Ventilsitze in Fig. 1;

Fig. 8 eine Draufsicht auf den in Fig. 7 gezeigten beweglichen Ventilsitz.

Das in Fig. 1 gezeigte Tellerventil 200 ist ein Zweistel­ lungs-Vierwege-Ventil. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Ventilen anwendbar, beispielsweise bei einem Zwei­ stellungs-Zweiwege-Ventil. Das Tellerventil 200 besteht aus einem Gehäuse 202, einem ersten festgelegten Ventil­ sitz 204, einem zweiten festgelegten Ventilsitz 206, einem ersten beweglichen Ventilsitz 208, einem zweiten bewegli­ chen Ventilsitz 210, einem ersten Ventilteller 212, einem zweiten Ventilteller 214 und einer Betätigungsvorrichtung 216.

Das Gehäuse 202 ist mit einer Bohrung 218 versehen. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Durchmesser der Bohrung 218 so bemessen, daß er an die Form der die Ventilsitze bildenden Teile angepaßt ist und entsprechende Strömungs­ kanäle bildet. Das Gehäuse 202 ist außerdem mit einer Ein­ laßöffnung 220, einer ersten Auslaßöffnung 222, einer zwei­ ten Auslaßöffnung 224, einer ersten Entlüftungsöffnung 226 und einer zweiten Entlüftungsöffnung 228 versehen.

Drei Kammern sind in dem Gehäuse 202 vorgesehen. Die erste Kammer 230 ist zwischen den Ventiltellern 212 und 214 an­ geordnet. Die zweite Kammer 232 befindet sich zwischen dem Ventilteller 212 und einem Kolben 234. Die dritte Kammer 236 ist zwischen dem Ventilteller 214 und einem Kolben 238 angeordnet.

Die Betätigungsvorrichtung 216 umfaßt einen zentralen Ven­ tilschaft 240, auf dem die Ventilteller 212 und 214 ange­ bracht sind. Die Betätigungsvorrichtung 216 besitzt fer­ ner einen Spulenkörper 242, der die Ventilteller 212 und 214 voneinander trennt. Dementsprechend ist der Ventiltel­ ler 212 zwischen dem Spulenkörper 242 und dem Kolben 234 angeordnet, und der Ventilteller 214 ist zwischen dem Spu­ lenkörper 242 und dem Kolben 238 angeordnet. Die Anordnung und Ausbildung des Spulenkörpers 242 und der Kolben 234, 238 helfen dabei mit, die Ventilteller 212 und 214 in einer zum Ventilschaft 240 im wesentlichen senkrechten Stellung zu halten.

Die Betätigungsvorrichtung 216 weist ferner zwei Abstands­ teile 244 und 246 auf, die die manschettenförmigen Dich­ tungsteile 248 und 250 abstützen. Verriegelungsmuttern 252 und 254 sind an den Enden des Ventilschaftes 240 be­ festigt, um die oben beschriebenen Bauteile in ihrer Stel­ lung auf dem Ventilschaft 240 zu halten. Ein Ende oder beide Enden des Ventilschaftes 240 können mit einem Ma­ gnetventil verbunden werden, um die Bewegung der Betäti­ gungsvorrichtung 216 in einer Betätigungsrichtung zu steu­ ern. Statt dessen können eines oder mehrere der Gehäuse­ enden 256 und 258 als Kanal ausgebildet werden, durch den Druckmittel zugeführt wird, das eine Axialverschiebung der Betätigungsvorrichtung 216 bewirkt. Wie ebenfalls in Fig. 1 zu sehen, ist es in manchen Umständen wünschenswert, eine Kolbenanordnung vorzusehen, bei der einer der Kolben klei­ ner ist als der andere. In diesem Fall ist eine zylindri­ sche Hülse 260 zwischen dem kleineren (Rückhol-)Kolben 238 und dem festgelegten Ventilsitz 206 angeordnet.

Was die Ventilteller 212 und 214 betrifft, so haben sie den gleichen Aufbau. Somit braucht nur einer der Ventil­ teller im einzelnen beschrieben werden. Ein vergrößerter Querschnitt des Ventiltellers 212 ist in Fig. 2 darge­ stellt, während Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ventilteller 212 zeigt. Der Ventilteller 212 besteht aus einem schei­ benförmigen metallischen Kern 262 und einer elastomeren Hülle 264, die den Kern 262 allseitig umgibt. Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Draufsichten auf den metallischen Kern 262.

Die Hülle 264 ist mit einer ersten Dichtfläche 266 und einer zweiten Dichtfläche 268 versehen. Jede dieser Dicht­ flächen 266, 268 wird von einer kontinuierlichen ringförmi­ gen Rippe gebildet, die einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, befinden sich die Dichtflächen 266, 268 auf gegenüberliegenden Seiten des Ventiltellers 212. Außerdem ist von Bedeutung, daß der Durchmesser K der Dichtfläche 266 größer als der Durchmes­ ser L der Dichtfläche 268. Wie noch aus der folgenden Be­ schreibung hervorgehen wird, sorgt dieser asymmetrische Aufbau der Dichtflächen 266,268 für ein erwünschtes Druck­ ungleichgewicht innerhalb des Tellerventils 200. Es ver­ steht sich, daß der in Fig. 2 gezeigte spezielle des Ven­ tiltellers keine Einschränkung der Erfindung bedeutet und das andere asymmetrische Dichtflächenkonstruktionen denk­ bar, die für das erwähnte Druckungleichgewicht im entspre­ chenden Anwendungsfall sorgen. Es wird nun auf die Fig. 1 und 6 Bezug genommen. Wie aus diesen Figuren hervor­ geht, haben die festgelegten Ventilsitze 204 und 206 eine im wesentlichen zylindrische Form. Wie im Fall der Ventil­ teller sind die festgelegten Ventilsitze 204 und 206 iden­ tisch ausgebildet, und daher wird nur der festgelegte Ven­ tilsitz 206 beschrieben. Der festgelegte Ventilsitz 206 ist mit einer radial verlaufenden Ventilsitzfläche 270 ver­ sehen. Die Ventilsitzfläche 270 wird von der ersten Dicht­ fläche 266′ des Ventilteils 214 verschlossen. Der festge­ legte Ventilsitz 206 ist außerdem mit mehreren Öffnungen 272 versehen, die eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Auslaßöffnung 224 und der zweiten Entlüftungsöff­ nung 228 herstellen, wenn der Ventilsitz 270 geöffnet ist. Der festgelegte Ventilsitz 206 ist ferner mit einer axial verlaufenden Fläche 274 versehen, die an der koaxial angeordneten Hülse 260 anliegt. Diese Fläche 274 wird von dem manschettenförmigen Dichtungsteil 248 in Verbindung mit dem ersten festgelegten Ventilsitz 204 erfaßt. Ferner sind elastomere Dichtringe 276 und 278 vorgesehen, die für eine Strömungsabdichtung zwischen dem Gehäuse 204 und dem festgelegten Ventilsitz 206 sorgen. Außerdem ist der festgelegte Ventilsitz 206 mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten, axial verlaufenden Ausnehmungen 280 an seinem einen Ende versehen.

Es wird nun auf die Fig. 1, 7, 8 Bezug genommen, um die be­ weglichen Ventilsitze 208 und 210 zu beschreiben. Auch hier haben beide Ventilsitze den gleichen Aufbau, so daß nur der Ventilsitz 210 beschrieben wird. Der bewegliche Ven­ tilsitz 210 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 282, der mit einer auswärts gerichteten Ringnut 284 versehen ist. In der Ringnut 284 ist ein Dichtungsring 286 ange­ ordnet, der für eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Ventilsitz 210 und dem Gehäuse 202 sorgt. Die Außenflä­ che 286 des beweglichen Ventilsitzes 210 ist bezüglich der Bohrung 218 des Gehäuses 204 so bemessen, daß der Ven­ tilsitz axial bezüglich des Gehäuses gleiten kann. Der bewegliche Ventilsitz 210 ist ferner mit einem Ringflansch 288 versehen, der sich von einem Ende des zylindrischen Abschnittes 282 radial nach außen erstreckt. Der Ring­ flansch 288 bildet eine Ventilsitzfläche 289, die von der zweiten Dichtfläche 268′ des Ventiltellers 214 ver­ schlossen werden kann. Der Ringflansch 288 ist mit mehre­ ren in Umfangsrichtung verteilten, nach außen offenen Aus­ nehmungen 290 versehen. Der Ringflansch 288 des bewegli­ chen Ventilsitzes 210 wirkt als Anschlag, der die Axial­ bewegung des Ventilsitzes begrenzt. In einer Richtung des Ringflansches 288 schlägt er am Gehäuse 202 an, während der Ringflansch in der anderen Richtung an dem festgeleg­ ten Ventilsitz 206 anschlägt. Wenn sich der Ringflansch 288 des beweglichen Ventilsitzes 210 an den festgelegten Ventilsitz 206 anlegt, stellen die Ausnehmungen 280 des festgelegten Ventilsitzes und die Ausnehmungen 290 des beweglichen Ventilsitzes gemeinsam eine Strömungsverbin­ dung zwischen der Kammer 236 und dem Raum zwischen dem Ge­ häuse 202 und dem Ringflansch 288 sowie eine Strömungs­ verbindung zwischen der Kammer 236 und der zweiten Aus­ laßöffnung 224 her.

Es wird nun die Betriebsweise des Tellerventils 200 be­ schrieben. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung der Betä­ tigungsvorrichtung 216 verschließt die erste Dichtfläche 266 des Ventiltellers 212 die Ventilsitzfläche des er­ sten festgelegten Ventilsitzes 204, während die zweite Dichtfläche 268′ des Ventiltellers 214 die Ventilsitz­ fläche 289 des zweiten beweglichen Ventilsitzes 210 ver­ schließt. Die Ventilsitzfläche des beweglichen Ventil­ sitzes 210 wird zum gleichen oder früheren Zeitpunkt wie die Ventilsitzfläche des festgelegten Ventilsitzes 204 geschlossen. Dies rührt zum Teil von den Abmessungen der festgelegten Ventilsitze 204 und 206 her, die für einen Abstand M zwischen den Ventiltellern 212,214 und den be­ weglichen Ventilsitzen 208, 210 sorgen, der kleiner ist als der Abstand N zwischen den Ventiltellern und den fest­ gelegten Ventilsitzen.

Wenn die Ventilsitzfläche des ersten festgelegten Ventil­ sitzes 204 geschlossen wird, entsteht eine Strömungsver­ bindung zwischen der Einlaßöffnung 220 und der ersten Aus­ laßöffnung 222 über die Ausnehmungen 280 und 290. Eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Auslaßöffnung 222 und der ersten Entlüftungsöffnung 226 wird hierbei unter­ bunden. Durch Schließen der Ventilsitzfläche 289 des zwei­ ten beweglichen Ventilsitzes 210 wird eine Strömungsver­ bindung zwischen der zweiten Auslaßöffnung 224 und der zweiten Entlüftungsöffnung 228 hergestellt. Außerdem wird eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung 220 und der zweiten Auslaßöffnung 224 unterbunden.

Wenn die Betätigungsvorrichtung 216 nach rechts bewegt wird, wird der zweite bewegliche Ventilsitz 210 zusammen mit dem Ventilteller 214 mitgezogen, bis der Flansch 288 am zweiten festgelegten Ventilsitz 206 angreift. Der zweite Ventilteller 214 bewegt sich weiter nach rechts, bis seine Dichtfläche 266′ die Ventilsitzfläche 270 des zweiten festgelegten Ventilsitzes 206 verschließt. Die zweite Dichtfläche 268 des Ventiltellers 212 schließt die Ventilsitzfläche des ersten beweglichen Ventilsitzes 208 wieder zum gleichen oder früheren Zeitpunkt, zu dem die Ventilsitzfläche 270 geschlossen wird. Durch Schlie­ ßen der Ventilsitzfläche des ersten beweglichen Ventil­ sitzes 208 wird eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Auslaßöffnung 222 und der ersten Entlüftungsöff­ nung 226 hergestellt. Außerdem wird eine Strömungsverbin­ dung zwischen der Einlaßöffnung 220 und der ersten Aus­ laßöffnung 222 unterbunden. Durch Schließen der Ventil­ sitzfläche 270 wird eine Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung 220 und der zweiten Auslaßöffnung 224 her­ gestellt, während eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Auslaßöffnung 224 und der zweiten Entlüftungsöff­ nung 228 unterbunden wird.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, bilden die erste und die zweite Dichtfläche 266 bzw. 268 der Ventil­ teller 212, 214 jeweils einen vorgegebenen Flächenbereich, auf den ein Druckmittel in der ersten Kammer 230 des Ge­ häuses 202 eine axial gerichtete Kraft ausübt. Da der Durchmesser K der ersten Dichtfläche 266 größer ist als der Durchmesser L der zweiten Dichtfläche 268, ist der von der ersten Dichtfläche gebildete vorgegebene Flächen­ bereich größer als der von der zweiten Dichtfläche gebil­ dete Flächenbereich. Wenn sich somit das Tellerventil 202 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, übt der Strömungsmitteldruck in der ersten Kammer 230 eine größere Kraft auf den Ventilteller 212 aus als auf den Ventilteller 214. Somit wirkt eine resultierende Kraft in axialer Rich­ tung nach links, um den Ventilteller 212 in der gezeigten Stellung zu halten. Wenn die Betätigungsvorrichtung 216 nach rechts in die durch strichpunktierte Linien gezeigte Stellung verschoben wird, ist in der gleichen Weise der auf den Ventilteller 214 ausgeübte Druck größer als der auf den Ventilteller 212 ausgeübte Druck. Das resultie­ rende Druckungleichgewicht hält somit das Tellerventil 200 in jeder der beiden Stellungen stabil, ohne daß eine externe Kraft aufgebracht werden muß.

Die vorliegende Erfindung läßt sich natürlich auch bei Tellerventilen mit mehr als zwei Ventiltellern oder nur mit einem Ventilteller anwenden. So kann ein erfindungs­ gemäß ausgebildetes Tellerventil beispielsweise einen ein­ zigen Ventilteller, einen einzigen festgelegten Ventil­ sitz und einen einzigen beweglichen Ventilsitz umfassen. In jedem Fall lassen sich durch die vorliegende Erfin­ dung Herstellungstoleranzen in einfacher Weise ausglei­ chen.

Claims (7)

1. Tellerventil

• a) mit einem Gehäuse (202), das eine axiale Bohrung (218) mit einem Einlaß (220), einem ersten und einem zweiten Arbeitsauslaß (222, 224) und einem den Arbeitsauslässen (222, 224) zugeordneten ersten und zweiten Entlüftungsauslaß (226, 228) aufweist, wobei eine erste Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß (220) und dem ersten Arbeitsauslaß (222), eine zweite Strömungsverbindung zwischen dem Einlaß (220) und dem zweiten Arbeitsauslaß (224), eine dritte Strö­ mungsverbindung zwischen dem ersten Arbeitsauslaß (222) und dem ersten Entlüftungsauslaß (226) und eine vierte Strö­ mungsverbindung zwischen dem zweiten Arbeitsauslaß (224) und dem zweiten Entlüftungsauslaß (228) vorgesehen sind,
• b) mit einem Ventilschaft (240) mit zwei Ventiltellern (212, 214), die durch eine Betätigungsvorrichtung (216) in der Bohrung (218) zwischen zwei Stellungen axial hin und her bewegbar sind,
• c) wobei jeder Ventilteller (212, 214) auf entgegenge­ setzten Stirnflächen mit je einer Dichtfläche (266, 268; 266′, 268′) versehen ist, die jeweils mit einem benachbar­ ten, im Gehäuse (202) vorgesehenen Ventilsitz (204, 206; 208, 210) zusammenwirkt, um in einer Stellung des Ventil­ schaftes (240) die erste und dritte Strömungsverbindung zu öffnen und die zweite und vierte Strömungsverbindung zu schließen sowie in der anderen Stellung des Ventilschaftes (240) die zweite und vierte Strömungsverbindung zu öffnen und die erste und dritte Strömungsverbindung zu schließen;
• d) und jeder Ventilteller (212, 214) auf jeder Stirnseite eine Wirkfläche (L, K) aufweist, die durch Anlage der be­ treffenden Dichtfläche am zugehörigen Ventilsitz definiert ist, wobei die Wirkflächen (L) auf einer Fläche jedes Ven­ tiltellers (212, 214) dem Druck im Einlaß (220) und die ent­ gegengesetzten Wirkflächen (K) jedes Ventiltellers (212, 214) dem Druck in einem der Entlüftungsauslässe (226, 228) ausgesetzt sind und die dem Druck im Einlaß (220) ausge­ setzte Wirkfläche (L) kleiner ist als die auf der gegenüber­ liegenden Seite des betreffenden Ventiltellers (212, 214) angeordnete Wirkfläche (K).

2. Tellerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Dichtfläche (266, 268) jeweils aus einer kontinuierlichen, ringförmigen Rippe aus elastome­ rem Material bestehen.

3. Tellerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (K) einer der ringförmigen Rippen größer ist als der Durchmesser (L) der anderen ringförmigen Rippe.

4. Tellerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide ringförmigen Rippen einen halbkreisför­ migen Querschnitt haben.

5. Tellerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (212, 214) einen metallischen, scheibenförmigen Kern (262) und eine elastomere Hülle (264) aufweist, die zumindest beide Seiten des Kerns bedeckt.

6. Tellerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (264) den Kern (262) allseitig umgibt.

7. Tellerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (216) zwei Spulenkörper (242) aufweist, die konzentrisch auf dem Ventilschaft (240) angeordnet sind, wobei der Ventilteller (212; 214) zwischen den Spulenkörpern (242) angeordnet ist.