DE3613746A1 - Ventil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1 (in der Praxis
als sog. "5/2-Wegeventil" bekannt, enthaltend
fünf Anschlüsse und zwei Schaltstellungen).
Bei Ventilen dieser Art muß die wirksame Fläche
des Steuerkolbens größer als die wirksame Fläche
des Dichtungselementes sein, das in der einen
Schaltstellung die Verbindung zwischen dem mit
Druckmittel versorgten Verbraucher und dem zu
gehörigen Anschluß zur Druckmittelabführung unter
bricht. Nur dann kann nämlich der Steuerkolben,
wenn er mit Druckmittel versorgt wird, die Kolben
stange in die andere Schaltstellung bewegen.
Durch diese notwendige Dimensionierung des
Steuerkolbens ergibt sich nun allerdings ein
Problem, wenn aufgrund äußerer Einflüsse (etwa
beim gleichzeitigen Entlüften mehrerer an eine
gemeinse Abluftleitung angeschlossener Ventile)
in der Gehäusekammer, die den gerade entlüfteten
Verbraucher mit dem zugehörigen Anschluß zur Druck
mittelabführung verbindet, ein momentaner Über
druck auftritt. Würde dieser Druck auf die innere
Stirnseite des benachbarten Steuerkolbens ein
wirken,so würde hierdurch das Ventil ungewollt
betätigt, d.h. eine Fehlbetätigung verursacht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind bei den bis
her bekannten Ventilen der eingangs genannten Art
zwischen den Steuerkolben und den mit den An
schlüssen zur Abführung des Druckmittels ver
sehenen Gehäusekammern zwei Dichtungs- bzw.
Druckausgleichskolben angeordnet, die je zwei
Dichtungselemente tragen, die mit einer in das
Ventilgehäuse eingepreßten Laufbuchse zusammen
wirken.
Durch diese beiden zusätzlichen Dichtungs- oder
Druckausgleichskolben wird vor allem die Bau
länge des Ventiles in unerwünschter Weise ver
größert. Nachteilig ist ferner die Vergrößerung
der Zahl der Einzelteile des Ventiles, die Er
schwerung der Montage sowie die Verkürzung der
Lebensdauer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Ventil der eingangs genannten Art so auszu
bilden, daß die Baugröße, insbesondere die Bau
länge, wesentlich verringert, der konstruktive
Aufbau - unter Beibehaltung einer zuverlässigen
Funktion - erheblich vereinfacht, die Montage
erleichtert und die Lebensdauer verlängert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung
(bistabile Variante),
Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungs
gemäßes Ventil in monostabiler Aus
führung,
Fig. 3 und 4 Varianten mit bedingt bzw. vollständig
überschneidungsfreier Umschaltung.
Das in Fig. 1 dargestellte 5/2-Ventil in bistabiler
Ausführung enthält in einem Gehäuse 1 eine durch
gehende Bohrung 2 (mit Achse 3) die an ihren Enden
durch Gehäusedeckel 4 und 5 unter Zwischenfügung
von Dichtungselementen 6 bzw. 7 abgeschlossen ist.
In die Bohrung 2 münden fünf Querbohrungen 8, 9, 10,
11 und 12, die folgende Anschlüsse bilden:
Die Querbohrung 8 einen Druckmittelanschluß P, die
Querbohrungen 9 und 10 zwei Anschlüsse A bzw. B zur
Zuführung des Druckmittels zu je einem Verbraucher,
die Querbohrungen 11 und 12 zwei Anschlüsse R bzw. S
zur Abführung des Druckmittels von den beiden Ver
brauchern (Entlüftungsanschlüsse).
Die Bereiche der Bohrung 2, in die die Querbohrungen
8 bis 12 münden, bilden Kammern 13, 14, 15, 16 und 17.
Die zentrale Kammer 13 steht über eine weitere Quer
bohrung 18 mit einem parallel zur Bohrung 2 ver
laufenden Kanal 19 in Verbindung, der nahe seinen
Enden durch Kugeln 20 bzw. 21 verschlossen ist.
Bohrungen 22, 23 verbinden den Kanal 19 mit Vor
steuerelementen 24 bzw. 25, die über Bohrungen
26 bzw. 27, die äußeren Bereiche 19 a, 19 b des
Kanales 19 und Kammern 28 bzw. 29 mit den äußeren
Stirnflächen von Steuerkolben 30, 31 in Verbindung
stehen.
Die Steuerkolben 30, 31 sind an ihrem Umfang mit
einem Dichtungselement 32, 33 versehen und tragen
an ihrer inneren Stirnseite einen Ansatz 30 a, 31 a.
Über Führungsstifte 34, 35, die mit einer Führungs
bohrung zusammenwirken, sind die Steuerkolben 30,
31 an einer Kolbenstange 36 axial begrenzt gleit
beweglich geführt. Dabei können die Führungsstifte
34, 35 entweder fest mit der Kolbenstange 36 ver
bunden sein und in Führungsbohrungen der Steuer
kolben 30, 31 eingreifen oder umgekehrt. Die Steuer
kolben 30, 31 sind damit relativ zur Kolbenstange
36 frei verschiebbar, und zwar zwischen einer
äußeren Anschlagstellung, in der die Steuerkolben
30, 31 am Gehäusedeckel 4 bzw. 5 anliegen und
einer inneren Stellung, in der die Steuerkolben
30, 31 in kraftschlüssigem Eingriff mit der
Kolbenstange 36 stehen (indem sich der Ansatz 30 a
bzw. 31 a an der benachbarten Stirnseite der
Kolbenstange 36 anlegt).
Die Kolbenstange 36 trägt zwei identisch ausge
bildete und spiegelbildlich angeordnete Dichtungs
teile 37, 38, von denen im folgenden der Dichtungs
teil 37 näher erläutert sei. Er besteht aus zwei
Dichtungselementen 37 a, 37 b, die einstückig mit
einander ausgebildet sind und mit je einem Ventil
sitz 39 bzw. 40 zusammenwirken. In entsprechender
Weise besteht der Dichtungsteil 38 aus Dichtungs
elementen 38 a, 38 b, die mit Ventilsitzen 41, 42
zusammenwirken.
Die beiden gleich ausgebildeten Vorsteuerelemente
24, 25 enthalten in einem Gehäuse 43 einen ver
schiebbaren Stößel 44, der durch eine Spule 45
betätigbar ist. in der einen (unteren) Endstellung
verschließt der Stößel 44 mit einem Dichtungs
element 46 die Verbindung zwischen den Bohrungen
22 und 26. In der anderen (oberen) Stellung ver
schließt der Stößel 44 mit einem Dichtungselement
47 eine Entlüftungsbohrung 48. Für das Vorsteuer
element 25 gilt entsprechendes.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Ventiles ist
folgendermaßen (wobei angenommen wird, daß als
Druckmittel Druckluft Verwendung findet).
In der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung gelangt
Druckluft vom Anschluß P in die Kammer 15 und damit
zum Anschluß B des einen Verbrauchers. Da die
Kammer 17 entlüftet ist, wird das Dichtungselement
37 b auf den Ventilsitz 40 gedrückt. Das als flexible
Membrandichtung ausgebildete Dichtungselement 37 b
wölbt sich hierbei zur Kammer 17 hin durch und
zieht über die Kolbenstange 36 das Dichtungselement
38 a auf seinen Sitz 41. Da der wirksame Durchmesser
D 2 des Dichtungselementes 37 b größer als der wirk
same Durchmesser D 1 des Dichtungselementes 38 a ist,
wird das Ventil aufgrund der hierdurch gegebenen
Querschnittsdifferenz selbsttätig in dieser Lage
gehalten.
Wird nun das linke Vorsteuerelement 24 impulsweise
betätigt, so bewegt sich der Stößel 44 nach oben,
verschließt die Entlüftungsbohrung 48 und stellt
über die Bohrungen 22, 26 eine Verbindung zwischen
dem Druckmittelanschluß P und der Kammer 28 (an
grenzend an die linke Stirnseite des Steuerkolbens
30) her. Der Steuerkolben 30 bewegt nun die Kolben
stange 36 in ihre rechte Endstellung. Hierdurch
wird das Dichtungselement 37 b vom Ventilsitz 40
abgehoben und das Dichtungselement 37 a auf den
Ventilsitz 39 gedrückt, so daß der bisher über
den Anschluß B belüftete Verbraucher nunmehr über
den Anschluß S entlüftet wird. Das Dichtungselement
38 a wird vom Ventilsitz 41 abgehoben und das
Dichtungselement 38 b auf den Ventilsitz 42 ge
drückt. Der bisher über den Anschluß R entlüftete
Verbraucher (Anschluß A) erhält nunmehr Druckluft
vom Anschluß P.
Soll das Ventil dann aus der zuletzt genannten
(rechten) Schaltstellung zurück in die in Fig. 1
dargestellte linke Schaltstellung bewegt werden,
so wird das Vorsteuerelement 25 impulsweise be
tätigt, so daß Druckluft über die Kammer 29 dem
rechten Steuerkolben 31 zugeführt wird.
Es sei nun angenommen, daß sich das Ventil in
der in Fig. 1 veranschaulichten Schaltstellung
befindet und daß sich aus irgendwelchen äußeren
Gründen (beispielsweise durch das gleichzeitige
Entlüften von mehreren an eine gemeinsame Abluft
leitung angeschlossenen Ventilen) in der Kammer
16 eine Druckspitze einstellt. Wäre der Steuer
kolben 31 fest mit der Kolbenstange 36 verbunden,
so bestünde die Gefahr, daß der Steuerkolben 31
durch den auftretenden Druckimpuls nach rechts
bewegt und damit eine Fehlbetätigung des Ventiles
verursacht wurde. Da jedoch der Steuerkolben 31
des erfindungsgemäßen Ventiles relativ zur Kolben
stange 36 begrenzt axial verschiebbar ist, kann
er in der angenommenen Situation bei einem Druck
impuls in der Kammer 16 nach rechts ausweichen.
Eine Fehlbetätigung des Ventiles ist auf diese
Weise mit Sicherheit vermieden.
Zum Verständnis sei noch angemerkt, daß sich das
oben geschilderte Problem einer Fehlbetätigung
des Ventiles durch einen Druckimpuls in der ent
lüfteten Gehäusekammer auch nicht dadurch lösen
läßt, daß der Steuerkolben 31 denselben wirksamen
Durchmesser wie das auf den Ventilsitz 41 ge
drückte Dichtungselement 38 a (Durchmesser D 1)
erhält, da der Durchmesser des Steuerkolbens 31
größer als D 2 sein muß, um eine Umsteuerung des
Ventils bewirken zu können. Aus diesem Grunde
sind bei den eingangs geschilderten bekannten
Ventilen zwischen den Steuerkolben 30, 31 und den
Kammern 16, 17 noch zusätzliche Dichtungs- oder
Druckausgleichskolben vorgesehen.
Um bei der Umschaltung des Ventiles einen Schwebe
zustand des Systemes zu vermeiden, wird die Symmetrie
der Kammern 14 und 15 dadurch zerstört, daß die
Dichtungselemente 37 b, 38 b einen etwas unter
schiedlichen Durchmesser D 3 erhalten oder das Ge
häuse in den Kammern 14 und 15 mit unterschied
lichem Durchmesser ausgeführt wird.
Das Ventil gemäß Fig. 1 zeichnet sich durch einen
sehr gedrängten räumlichen Aufbau, insbesondere
eine kurze Baulänge aus. Es besitzt ferner im Ver
gleich zu den bekannten Ausführungen einen ver
einfachten konstruktiven Aufbau und eine ver
ringerte Zahl von Einzelteilen. Es läßt sich
sehr einfach montieren und besitzt eine ver
größerte Lebensdauer. Das in Fig. 1 veranschaulichte
Ausführungsbeispiel ist ein bistabiles Ventil. Es wird
also durch einen dem Vorsteuerelement 24 oder 25 zuge
führten Impuls in die eine oder andere Schalt
stellung geführt.
Fig. 2 veranschaulicht demgegenüber eine monostabile
Variante mit nur einem einzigen Vorsteuerelement 25.
Der Kanal 19 steht hier unmittelbar mit der Kammer 28
auf der linken Stirnseite des Steuerkolbens 30 in
Verbindung. Der Durchmesser des Steuerkolbens 30
ist kleiner als der des Steuerkolbens 31 gewählt.
Im übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel ge
mäß Fig. 2 dem Ventil gemäß Fig. 1. Gleiche Teile
sind demgemäß mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Funktion des Ventils gemäß Fig. 2 ist folgender
maßen:
Fig. 2 zeigt das Ventil in der Schaltstellung,
die man erhält, wenn das Vorsteuerelement 25
durch ein Signal betätigt wird. Der rechte
Steuerkolben 31, dem die Druckluft vom Anschluß P
über den Kanal 19, das Vorsteuerelement 25 und
die Kammer 29 zugeführt wurde, hat hierbei die
Kolbenstange 36 gegen die Wirkung des kleineren
Steuerkolbens 30 nach links gedrückt.
Fällt nun das dem Vorsteuerelement 25 zugeführte
Steuersignal weg, so entlüftet das Vorsteuer
element 25 die Kammer 29. Nunmehr drückt der
linke Steuerkolben 30 die Kolbenstange mit den
Dichtungsteilen 37, 38 in die rechte Endstellung.
Das Ventil kehrt somit beim Wegfall des Steuer
signales in die rechte Schaltstellung zurück
und verbleibt in dieser, bis ein neues Steuer
signal eintrifft.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel begrenzen die
Steuerkolben 30, 31 mit ihrer inneren Stirnseite
die Gehäusekammern 16, 17, die mit den Anschlüssen
R S zur Druckmittelabführung versehen sind. Ebenso
wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind
ferner auch bei der Variante nach Fig. 2 die
beiden Steuerkolben 30, 31 in axialer Richtung
relativ zur Kolbenstange 36 begrenzt frei ver
schiebbar. Tritt nun in der in Fig. 2 veran
schaulichten Schaltstellung in der Kammer 16
aufgrund eines äußeren Einflusses eine Druckspitze
auf, so kann der Steuerkolben 31 nach rechts aus
weichen, ohne daß die Kolbenstange 36 mitgenommen
wird. Eine Fehlbetätigung des Ventiles wird daher
vermieden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und
2 erfolgt die Umschaltung der Druckmittelversorgung
zwischen den beiden Verbrauchern nicht überschnei
dungsfrei; in einer Zwischenphase während der Um
schaltung ist somit der eine Verbraucher noch
entlüftet, während der andere Verbraucher schon
entlüftet ist.
Wird demgegenüber eine überschneidungsfreie Um
schaltung gewünscht, so kann die Ausführung gemäß
Fig. 3 gewählt werden. Sie entspricht bis auf die
Gestaltung der Dichtungsteile 37, 38 der Ausführung
gemäß Fig. 1. Die Dichtungselemente 37 b, 38 b sind
hierbei nicht (wie bei den Fig. 1 und 2) als Sitz
dichtungen, sondern als Schiebedichtungen ausge
bildet und wirken mit dem inneren Umfang 40 b, 42 b
einer Buchse 40′ bzw. 42′ zusammen. Die Dichtungs
elemente 37 b, 38 b bilden damit Lippenringdichtungen,
die bei der Axialverschiebung der Kolbenstange 36
über einen gewissen Weg abdichten.
Wird die Kolbenstange 36 beispielsweise aus der
in Fig. 3 veranschaulichten Stellung durch den
Steuerkolben 30 nach rechts bewegt, so kommt
zunächst das Dichtungselement 38 b in dichtende
Berührung mit der Buchse 42′ und trennt damit
den Anschluß A vom Anschluß R, ehe anschließend
das Dichtungselement 37 b aus der Buchse 40′ aus
tritt und damit eine Verbindung zwischen den An
schlüssen B und S herstellt. Auf diese Weise wird
eine überschneidungsfreie Umschaltung der Ent
lüftungsanschlüsse R und S bewirkt, so daß auch
während der Umschaltung stets mindestens einer
der beiden Verbraucher mit Druckluft versorgt
wird.
Die Ausführung gemäß Fig. 4 entspricht weitgehend
der in Fig. 3. Die Dichtungsteile 37′, 38′ sind
hierbei jedoch so gestaltet, daß statt der als
Sitzdichtungen ausgeführten Dichtungselemente
37 a, 38 a Schiebedichtungen 37 c, 38 c vorhanden sind.
Dabei öffnet während des Schaltens die Schiebe
dichtung 38 c erst dann, wenn die Schiebedichtung 37 c
schon geschlossen hat (und umgekehrt).
Claims (7)
1. Ventil, enthaltend
- a) einen Druckmittelanschluß (P), zwei Anschlüsse (A, B) zur Zuführung des Druckmittels zu je einem Verbraucher sowie zwei Anschlüsse (R, S) zur Abführung des Druckmittels von den beiden Verbrauchern,
- b) eine im Ventilgehäuse (1) zwischen zwei Schalt stellungen verschiebbare Kolbenstange (36),
- c) auf der Kolbenstange (36) angeordnete Dichtungs elemente (37 a, 37 b, 38 a, 38 b), die in der ersten Schaltstellung der Kolbenstange (36) den ersten Verbraucheranschluß (A) mit dem Druckmittelanschluß (P) und den zweiten Verbraucheranschluß (B) mit der zugehörigen Druckmittelabführung (S) verbinden und die in der zweiten Schaltstellung der Kolben stange (36) den zweiten Verbraucheranschluß (B) mit dem Druckmittelanschluß (P) und den ersten Verbraucheranschluß (A) mit der zuge hörigen Druckmittelabführung (R) verbinden,
- d) zwei im Bereich der axialen Enden der Kolben stange (36) angeordnete Steuerkolben (30, 31) zur Verschiebung der Kolbenstange (36) in die eine oder andere Schaltstellung,
- gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- e) Die beiden Steuerkolben (30, 31) begrenzen mit ihrer inneren Stirnseite die mit den An schlüssen (R, S) zur Druckmittelabführung versehenen Gehäusekammern (16, 17);
- f) die beiden Steuerkolben (30, 31) sind in axialer Richtung relativ zur Kolbenstange (36) begrenzt frei verschiebbar.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die mittels eines Führungsstiftes (34, 35)
und einer Führungsbohrung axial gleitbeweglich
geführten Steuerkolben (30, 31) zwischen einer
äußeren Anschlagstellung und einer inneren
Stellung, in der sie in kraftschlüssigem Ein
griff mit der Kolbenstange (36) stehen, relativ
zur Kolbenstange (36) frei verschiebbar sind.
3. Ventil nach Anspruch 1, bei dem die mit den
Anschlüssen (A, B) zur Druckmittelzuführung
versehenen Gehäusekammern (14, 15) jeweils
zwei mit entsprechenden Dichtungsflächen (39,
40, 41, 42) zusammenwirkende Dichtungselemente
(37 a, 37 b, 38 a, 38 b) enthalten, von denen das
erste Dichtungselement (37 a, 38 a) die Ver
bindung dieser Gehäusekammern (14, 15) mit dem
Druckmittelanschluß (P) und das zweite Dichtungs
element (37 b, 38 b) die Verbindung dieser Gehäuse
kammern (14, 15) mit dem zugehörigen Anschluß
(R, S) zur Druckmittelabführung steuert,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungs
elemente (37 a und 37 b bzw. 38 a und 38 b) ein
stückig ausgebildet sind.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der wirksame Durchmesser (D 2) des zweiten
Dichtungselementes (37 b, 38 b) größer als der
wirksame Durchmesser (D 1) des ersten Dichtungs
elementes (37 a, 38 a) ist.
5. Ventil nach Anspruch 3, insbesondere für eine
nicht überschneidungsfreie Umschaltung des
Druckmittelanschlusses (P) zwischen den beiden
Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Dichtungselemente (37 a, 37 b bzw.
38 a, 38 b) als Sitzdichtungen ausgebildet sind.
6. Ventil nach Anspruch 3, insbesondere für eine
überschneidungsfreie Umschaltung des Druckmittel
anschlusses (P) zwischen den beiden Verbrauchern,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtungs
element (37 a, 38 a) als Sitzdichtung und das
zweite Dichtungselement (37 b, 38 b) als Schiebe
dichtung ausgebildet ist.
7. Ventil nach Anspruch 3, insbesondere für eine
überschneidungsfreie Umschaltung des Druckmittel
anschlusses (P) zwischen den beiden Verbrauchern,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Dichtungs
elemente (37 b, 38 b, 37 c, 38 c) als Schiebe
dichtungen ausgebildet sind.
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JP62101131A JPS62261783A (ja) | 1986-04-23 | 1987-04-23 | 弁 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Country Status (4)
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