DE3707354A1 - Dreistellungs-wegeventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dreistellungs-Wegeventil mit einem ersten, durch ein Stellglied steuerbaren, in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilglied, das durch die Kraft einer ersten Feder in einer ersten Schaltstellung gehalten wird, wobei in einer zweiten Schaltstellung des Ventils alle Ventilanschlüsse voneinander getrennt sind.

Nach DIN 24 300 "Pneumatik- und Logiksymbole" sind Drei­ stellungs-Wegeventile bekannt, in deren mittlerer Schalt­ stellung alle Ventilanschlüsse voneinander getrennt sind. Hierdurch kann eine Schalthysterese beim Schalten zwischen den beiden äußeren Schaltstellungen erreicht werden. Oft besteht der Wunsch, die Hysterese nachträglich zu beein­ flussen bzw. an bestimmte Gegebenheiten anzupassen und dadurch ein bestimmtes erwünschtes Schaltverhalten zu erreichen. Dies ist bei den bekannten Ventilen nicht oder nur durch umständliches und aufwendiges Auswechseln von Teilen möglich.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Dreistellungs-Wegeventil zu schaffen, dessen Schalthysterese auf einfache Weise eingestellt und ver­ ändert werden kann, um ein variables Schaltverhalten zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilanschlüsse über Kanäle mit einer Ventilkammer verbunden sind, wobei ein erster dieser Kanäle im ersten Ventilglied verläuft, daß die Mündung des ersten Kanals am ersten Ventilglied in der zweiten Schaltstellung des Ventils in Anlage mit einem Dichtungselement eines zweiten Ventilglieds gelangt, das durch eine zweite Feder in einer wenigstens einen zweiten der Kanäle zur Ventilkammer hin verschließenden Stellung gehalten wird, wobei das zweite Ventilglied in einer dritten Ventilstellung durch das erste Ventilglied in einer Position gehalten wird, in der der zweite Kanal geöffnet ist und daß beiden Federn zur getrennten Einstellung ihrer Federkraft jeweils ein die maximale Federlänge begrenzendes Einstellglied zugeord­ net ist.

Beim erfindungsgemäßen Wegeventil können beide Schaltpunkte getrennt voneinander auf einfache Weise über von außen zugängliche Einstellglieder eingestellt werden, so daß die Hysterese in weiten Grenzen beliebig variabel einstell­ bar ist. Ein einfacher Aufbau und eine einfache Montage sind dabei möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Dreistellungs-Wegeventils möglich. Eine besonders einfache Verstellbarkeit wird durch an der Gehäuse-Außenseite mündende, als Schraubglieder ausge­ bildete Einstellglieder erreicht. Hierbei sind die Einstell­ glieder zweckmäßigerweise ineinander über Schraubgewinde geführt und gemeinsam in das Ventilgehäuse eingeschraubt. Durch die Schraubbewegungen kann eine besonders präzise Einstellung der Schaltpunkte erfolgen. Die schraubbaren Einstellglieder können hierzu in vorteilhafter Weise mit einer Skala versehen sein.

Das erste axial verschiebbar im Ventilgehäuse geführte Ventilglied ist zweckmäßigerweise mit einem Basisglied verbunden, auf das einerseits die erste Feder und anderer­ seits das Stellglied einwirkt. Bei einer vorteilhaften Ausbildung als pneumatisches Stellglied kann dessen Membran direkt auf das Basisglied einwirken und im Ventilgehäuse integriert sein. Um die Federn räumlich von den Ventil­ gliedern zu trennen, ist die erste Feder zwischen dem zugeordneten Einstellglied und einem Ringelement angeord­ net, das über axial verschiebbar im Ventilgehäuse geführte Verbindungselemente die Federkraft auf das Basisglied überträgt. Die beispielsweise als Stangen ausgebildeten Verbindungselemente können die Federkraft seitlich an den Ventilgliedern vorbei auf das Basisglied übertragen. Dies führt zu einer leichten Montierbarkeit der eine kom­ pakte Einheit bildenden Einstellelemente, wobei die Kanal­ führung der verschiedenen Kanäle erleichtert wird.

Das zweite Ventilglied ist zweckmäßigerweise in einer an die erste Ventilkammer angrenzenden zweiten Ventilkammer axial verschiebbar geführt, wobei der zweite Kanal und gegebenenfalls weitere Kanäle in der zweiten Ventilkammer münden. Durch das Dichtungselement können die beiden Ventil­ kammern in der ersten und zweiten Schaltstellung vonein­ ander getrennt werden, insbesondere dadurch, daß dieses an einem Dichtungssitz zwischen den beiden Ventilkammern anliegt. Durch dieses Dichtungselement oder weitere Dich­ tungselemente am zweiten Ventilglied können gegebenenfalls weitere Schaltverbindungen zwischen Kanälen hergestellt bzw. getrennt werden.

Ein in die zweite Ventilkammer hineinreichendes, an einem Ende der zweiten Feder anliegendes Übertragungsglied ist vorteilhafterweise axial verschiebbar im Ventilgehäuse geführt, wobei diese zweite Ventilkammer durch einen Dicht­ ring an einem Gleitkanal für das Übertragungsglied zu den Einstellgliedern hin abgedichtet werden kann. Zweck­ mäßigerweise ist die zweite Feder in der zweiten Ventil­ kammer zwischen dem zweiten Ventilglied und dem Übertragungs­ glied angeordnet, wobei das Übertragungsglied dann außer­ halb der zweiten Ventilkammer am zugeordneten Einstellglied anliegt. Hierdurch sind die Feder und ihre Anlagepunkte ständig im Druckmedium eingebettet, wodurch die Reibung vermindert und die Hysterese dadurch sehr klein eingestellt werden kann. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die zweite Feder außerhalb der zweiten Ventilkammer im druckmedienfreien Raum anzuordnen.

Durch die Anordnung der aus der zweiten Feder und dem Übertragungsglied bestehenden Kombination konzentrisch zur ersten Feder innerhalb derselben kann eine sehr kom­ pakte Bauweise erreicht werden. Dies kann noch zusätzlich dadurch unterstützt werden, daß die zweite Feder oder das Übertragungsglied in eine Führungsbohrung des der ersten Feder zugeordneten Einstellglieds eingreift und dort an dem der zweiten Feder zugeordneten Einstellglied anliegt.

Das erfindungsgemäße Dreistellungs-Wegeventil eignet sich insbesondere in der Anwendung als pneumatisch gesteuertes 3/3-Wegeventil.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Pneumatiksymbol des als 3/3-Wegeventil ausge­ bildeten Ventils,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines 3/3-Wege­ ventils als Schnittdarstellung in der ersten Schaltstellung,

Fig. 3 das in Fig. 2 dargestellte Wegeventil in der dritten Schaltstellung und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines 3/3-Wege­ ventils in der ersten Schaltstellung.

Das in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel symbolisch darge­ stellte 3/3-Wegeventil weist einen Arbeitsanschluß A, einen Druckmediumanschluß P, einen Mediumabflußanschluß R und einen Steueranschluß Z auf. Das Wegeventil kann für flüssige oder gasförmige Druckmedien eingesetzt werden. Der Steueranschluß Z dient zur Zuführung eines Steuer­ mediums zur Ventilbetätigung, vorzugsweise eines Gases zur pneumatischen Betätigung. Alternativ hierzu ist selbst­ verständlich auch eine hydraulische oder elektrische Be­ tätigung möglich.

In der als Grundstellung dargestellten ersten Schaltstellung ist der Arbeitsanschluß A mit dem Mediumabflußanschluß R verbunden, während der Druckmediumanschluß P verschlos­ sen ist. Steigt beispielsweise der Steuerdruck über einen ersten vorgebbaren Wert von beispielsweise 2,7 bar, so wird das Ventil in die zweite, mittlere Schaltstellung bewegt, in der sämtliche Anschlüsse voneinander getrennt sind. Der Druckwert hängt dabei von der Federkraft einer ersten Feder 10 ab, deren Federkraft einstellbar ausge­ bildet ist. Übersteigt der Steuerdruck einen zweiten, höheren Wert von beispielsweise 4 bar, so erfolgt die Umschaltung in die dritte Schaltstellung, in der der Ar­ beitsanschluß A mit dem Druckmediumanschluß P verbunden ist, während der Mediumabflußanschluß R verschlossen ist. Um in die dritte Schaltstellung zu gelangen, muß der Steuer­ druck zusätzlich die Federkraft einer zweiten Feder 11 überwinden, deren Federkraft ebenfalls einstellbar ist. Der zweite, höhere Steuerdruck wird daher durch die Feder­ kraft beider Federn 10, 11 bestimmt. Entsprechend erfolgt bei Unterschreitung des höheren Druckwerts von 4 bar wieder eine Rückschaltung in die zweite Schaltstellung und bei Unterschreiten des niedrigeren Druckwerts von 2,7 bar eine Rückschaltung in die erste Schaltstellung.

Da der Arbeitsanschluß A erst bei Überschreiten des höheren Druckwerts mit Druckmedium beaufschlagt wird, während eine Entlüftung erst bei Unterschreiten des unteren Druck­ werts erfolgt, wird ein Hystereseverhalten erzeugt.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind die Anschlüsse A, P, R und Z in Übereinstimmung mit Fig. 1 als Anschlußmündungen von Kanälen 12, 13, 14, 15 in einem Ventilgehäuse 16 dargestellt.

Ein erstes, rohrförmig ausgebildetes Ventilglied 17 ist axial verschiebbar und mittels einer Ringdichtung 18 abge­ dichtet im Ventilgehäuse 16 verschiebbar gelagert. Am unteren Ende des ersten Ventilglieds 17 ist ein scheiben­ förmiges Basisglied 19 befestigt, das sich bei einer Axial­ bewegung des ersten Ventilglieds 17 in einer Hubkammer 20 bewegt, die über den Kanal 14 mit dem Mediumabfluß­ anschluß R verbunden ist. Im Bereich der Hubkammer 20 weist das erste Ventilglied 17 eine seitliche Bohrung 21 auf, die die Fortführung des Kanals 14 im Innern des ersten Ventilglieds 17 erlaubt.

Der vom Steueranschluß Z ausgehende Kanal 15 mündet in einer unterhalb der Hubkammer 20 angeordneten Membran­ kammer 22, die an der dem Basisglied 19 zugewandten Seite mittels einer an diesem Basisglied 19 anliegenden Membran 23 abgeschlossen ist. Wird ein Druckmedium der Membran­ kammer 22 zugeführt, so bewegt sich die Membran 23 und damit das Basisglied 19 und das erste Ventilglied 17 gegen die Kraft der ersten Feder 10 nach oben. Diese Feder 10 ist zwischen ein von oben her in das Ventilgehäuse 16 einschraubbares erstes Einstellglied 34 und ein in einer Ringkammer 24 axial verschiebbares Ringelement 25 gespannt, wobei die Federkraft vom Ringelement 25 über in Axial­ bohrungen geführte stabförmige Verbindungselemente 26 auf das Basisglied 19 übertragen wird. Anstelle der darge­ stellten zwei Verbindungselemente 26 können selbstverständ­ lich auch drei oder eine noch größere Anzahl treten, die gleichmäßig über den Umfang des Ringelements 25 verteilt sind. Diese Verbindungselemente 26 stützen sich am Ring­ element 25 bzw. am Basisglied 19 ab und sind dichtend in ihren Führungsbohrungen geführt.

Das obere Ende des ersten Ventilglieds 17 taucht in eine erste Ventilkammer 27 ein, wobei der Kanal 14 an der Stirn­ seite dieses ersten Ventilglieds 17 mündet. In diese erste Ventilkammer 27 mündet auch der mit dem Arbeitsanschluß A verbundene Kanal 12.

Oberhalb der ersten Ventilkammer 27 schließt sich eine zweite Ventilkammer 28 mit etwas vergrößertem Querschnitt an. In diese zweite Ventilkammer 28 mündet der mit dem Druckmediumanschluß P verbundene Kanal 13. Ein zweites, an seiner Unterseite mit einem flächigen Dichtungselement 29 versehenes Ventilglied 30 ist in der zweiten Ventil­ kammer 28 gegen die Kraft der zweiten Feder 11 axial ver­ schiebbar angeordnet. Im nicht ausgelenkten Zustand ver­ schließt das Dichtungselement 29 die erste Ventilkammer 27 gegenüber der zweiten Ventilkammer 28 über einen nicht näher dargestellten Dichtungssitz. In dieser Position ist auch der Kanal 13 von der ersten Ventilkammer 27 ge­ trennt. Die zweite Feder 11 stützt sich in der zweiten Ventilkammer 28 einerseits am zweiten Ventilglied 30 und andererseits an einem bolzenförmigen Übertragungsglied 31 ab, das von oben her mittels einer Ringdichtung 32 abgedichtet in die zweite Ventilkammer 28 eintaucht. Außer­ halb derselben ist das Übertragungsglied 31 in einer zen­ trischen Bohrung 33 im ersten Einstellglied 34 axial ver­ schiebbar geführt und stützt sich dort gegen ein zweites, als Schraube ausgebildetes Einstellglied 35 ab, das von oben her in das erste Einstellglied 34 einschraubbar ist.

Im drucklosen Zustand der Membrankammer 32, also bei nicht vorhandenem oder geringem Steuerdruck, befinden sich beide Ventilglieder 17, 30 in ihrer Grundstellung, wobei der Druckmediumanschluß P mit der zweiten Ventilkammer 28 verbunden, jedoch von der ersten Ventilkammer 27 getrennt ist und wobei der Arbeitsanschluß A über den Kanal 12, die erste Ventilkammer 27, das erste Ventilglied 17, die seitliche Bohrung 21, die Hubkammer 20 und den Kanal 14 mit dem Mediumabflußanschluß R verbunden ist.

Erreicht der Steuerdruck einen durch die Federkraft der ersten Feder 10 bestimmten vorgegebenen Wert von beispiels­ weise 2,7 bar, so wird die Membran 23 so weit ausgelenkt, daß die obere Kanalmündung des ersten Ventilglieds 17 in Anlage mit dem Dichtungselement 29 gelangt und verschlos­ sen wird. In dieser zweiten, mittleren Schaltstellung sind sämtliche Kanäle 12, 13, 14 voneinander getrennt.

Steigt der Steuerdruck weiter an, so wird ab einem vorge­ gebenen Wert von beispielsweise 4 bar das zweite Ventil­ glied 30 gegen die zusätzliche Federkraft der zweiten Feder 11 von seinem Ventilsitz abgehoben, so daß jetzt die beiden Ventilkammern 27, 28 und damit die Kanäle 12, 13 bzw. die Anschlüsse A und P miteinander verbunden sind. Dies stellt die dritte Schaltstellung dar.

Durch Einschrauben oder Ausschrauben der beiden Einstell­ glieder 34, 35 kann die Vorspannung und damit die Federkraft der beiden Federn 10, 11 unabhängig voneinander eingestellt werden. Die beiden Schaltpunkte zwischen den drei Schalt­ stellungen können somit auf einfache Weise nahezu beliebig variabel eingestellt und verändert werden. Die zweite Feder 11 ist zusammen mit dem zweiten Ventilglied 30 in der zweiten Ventilkammer 28 vollständig von Druckmedium umgeben, so daß die Reibungskräfte nur noch in geringem Maße wirken. Die Hysterese kann dadurch sehr fein einge­ stellt werden. Die Präzision der Einstellung der Schalt­ punkte kann in Abhängigkeit der Feinheit der Gewinde der beiden Einstellglieder 34, 35 vorbestimmt werden. Nicht dargestellte Skalen an den beiden Einstellgliedern 34, 35 können dabei in vorteilhafter Weise zur schnellen und sicheren Einstellung dienen.

Durch die Anordnung der zweiten Feder 11 und des Über­ tragungsglieds konzentrisch innerhalb der ersten Feder 10 kann ein sehr kompakter Aufbau erreicht werden.

Das in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend den in den Fig. 2 und 3 dargestell­ ten Ausführungsbeispielen, so daß gleiche oder gleich wirkende Teile nicht nochmals beschrieben und mit den selben Bezugszeichen versehen sind. Der wesentliche Unter­ schied zum vorherigen Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die zweite Feder 11 nicht mehr in der zweiten Ventil­ kammer 28, sondern in der zentrischen Bohrung 33 im ersten Einstellglied 34 angeordnet ist. Zur Kraftübertragung von der zweiten Feder 11 auf das zweite Ventilglied 30 dient nunmehr ein stiftförmiges Übertragungsglied 36, das über eine entsprechend kleinere Gehäusebohrung im Ventilgehäuse 16 dichtend in die zweite Ventilkammer 28 eintaucht. Am oberen Ende dieses Übertragungsgliedes 36 ist ein Anlagering 37 für die zweite Feder 11 befestigt. Das zweite Einstellglied 35 weist einen etwas vergrößer­ ten Durchmesser auf, ist jedoch im übrigen in seiner Funk­ tion nicht verändert.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten 3/3-Wege­ ventile beschränkt, sondern auf alle Dreistellungs-Wege­ ventile anwendbar, bei denen einstellbar abgestufte Schalt­ übergänge zwischen den Schaltstellungen vorgesehen sein sollen. Bei einer größeren oder kleineren Anzahl von Wegen bzw. Anschlüssen wird die Zahl der Kanäle entsprechend vergrößert, wobei die beiden Ventilglieder gegebenenfalls durch zusätzliche Dichtelemente zusätzliche Schaltfunktionen übernehmen.

Claims (17)

1. Dreistellungs-Wegeventil mit einem ersten durch ein Stellglied steuerbaren, in einem Ventilgehäuse angeord­ neten Ventilglied, das durch die Kraft einer ersten Feder in einer ersten Schaltstellung gehalten wird, wobei in einer zweiten Schaltstellung des Ventils alle Ventilan­ schlüsse voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanschlüsse (A, P, R) über Kanäle (12, 13, 14) mit einer Ventilkammer (27) verbunden sind, wobei ein erster dieser Kanäle (14) im ersten Ventilglied (17) verläuft, daß die Mündung des ersten Kanals am ersten Ventilglied (17) in der zweiten Schaltstellung des Ventils in eine dichtende Anlage mit einem zweiten Ventilglied (30) gelangt, das durch eine zweite Feder (11) in einer wenigstens einen zweiten der Kanäle (13) zur Ventilkammer (27) hin verschließenden Stellung gehalten wird, wobei das zweite Ventilglied (30) in einer dritten Ventilstellung durch das erste Ventilglied (17) in einer Position gehalten wird, in der der zweite Kanal (13) geöffnet ist, und daß beiden Federn (10, 11) zur getrennten Einstellung ihrer Federkraft jeweils ein die maximale Federlänge begrenzen­ des Einstellglied (34, 35) zugeordnet ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schraubglieder ausgebildeten Einstellglieder (34, 35) an der Gehäuse-Außenseite münden.

3. Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Einstellglied (35) in einem Gewinde im anderen Einstellglied (34) und dieses wiederum in einem Gewinde im Ventilgehäuse (16) verstellbar geführt ist.

4. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste axial verschiebbar im Ventilehäuse (16) geführte Ventilglied (17) mit einem Basisglied (19) verbunden ist, auf das einerseits die erste Feder (10) und andererseits das Stellglied (22, 23) einwirkt.

5. Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (22, 23) als pneumatisches Stellglied ausgebildet ist.

6. Wegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkanal (15) in einer Membrankammer (22) mündet, wobei eine Membran (23) mit dem Basisglied (19) in Wirk­ verbindung steht.

7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dichtend im Ventilgehäuse (16) geführte Ventilglied (17) in einer Hubkammer (20) für das Basisglied (19) mit einer Öffnung (21) versehen ist und daß die Hubkammer (20) mit einem zu einem äußeren Anschluß (R) führenden Teil des ersten Kanals (14) verbun­ den ist.

8. Wegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (10) zwischen dem zugeordneten Einstellglied (34) und einem Ringelement (25) angeordnet ist, das über axial verschiebbar im Ventil­ gehäuse (16) geführte Verbindungselemente (26) die Feder­ kraft auf das Basisglied (19) überträgt.

9. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilglied (30) in einer an die erste Ventilkammer (27) angrenzenden zweiten Ventilkammer (28) axial verschiebbar geführt ist, daß der zweite Kanal (13) in der zweiten Ventilkammer (28) mündet und daß durch ein Dichtungselement (29) die beiden Ventilkammern (27, 28) in der ersten und zweiten Schalt­ stellung voneinander getrennt sind.

10. Wegeventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das am zweiten Ventilglied (30) angebrachte Dichtungs­ element (29) in der ersten und zweiten Schaltstellung an einem Dichtungssitz zwischen den beiden Ventilkammern (27, 28) anliegt.

11. Wegeventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein in die zweite Ventilkammer (28) hinein­ reichendes, an einem Ende der zweiten Feder (11) anliegen­ des Übertragungsglied (31; 36) axial verschiebbar im Ventil­ gehäuse (16) geführt ist.

12. Wegeventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine die zweite Ventilkammer (28) abdichtende, an einem Gleitkanal für das Übertragungsglied (31; 36) ange­ ordnete Ringdichtung (32) vorgesehen ist.

13. Wegeventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Feder (11) in der zweiten Ventil­ kammer (28) zwischen dem zweiten Ventilglied (30) und dem Übertragungsglied (31) angeordnet ist und daß das Übertragungsglied (31) außerhalb der zweiten Ventilkammer (28) am zugeordneten Einstellglied (35) anliegt.

14. Wegeventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Feder (11) zwischen dem zugeord­ neten Einstellglied (35) und dem Übertragungsglied (36) angeordnet ist und daß dieses in der zweiten Ventilkammer (28) am zweiten Ventilglied (30) anliegt oder mit diesem verbunden ist.

15. Wegeventil nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der zweiten Feder (11) und dem Übertragungsglied (31; 36) bestehende Kombination konzentrisch von der ersten Feder (10) umgeben ist.

16. Wegeventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite Feder (11) und/oder das Übertragungs­ glied (31; 36) in eine zentrische Bohrung (33) des der ersten Feder (10) zugeordneten Einstellglieds (34) ein­ greift und dort an dem der zweiten Feder (11) zugeordneten Einstellglied (35) anliegt.

17. Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als 3/3-Wegeventil.