DE3808478C2 - Pneumatisch betätigtes Ventil - Google Patents

Description

Herkömmliche pneumatisch betätigte Ventile stehen in zwei Bauarten zur Verfügung. Die eine Bauart ist ein normaler­ weise offenes, pneumatisch betätigtes Ventil, in dem ein Fluiddurchgang konstant durch ein an einer Kolbenstange angebrachtes Verschlußglied durch eine in einer fest be­ stimmten Richtung wirkende Federkraft offengehalten und aus dem normal offenen Zustand heraus geschlossen wird, indem Luftdruck auf einen Kolben gegen die Federkraft bei Empfang eines Ventil-Schließsignals aufgebracht wird. Die andere Bauart ist ein normalerweise geschlossenes, pneumatisch betätigtes Ventil, bei dem üblicherweise ein Fluiddurchgang konstant durch ein an einer Kolbenstange befindliches Verschlußglied durch eine Federkraft geschlos­ sen wird; durch Aufbringen von Luftdruck auf einen Kolben entgegen der Federkraft wird, wenn das Öffnungssignal emp­ fangen wird, das Ventil aus dem normal geschlossenen Zu­ stand heraus geöffnet.

Bei dem herkömmlichen Ventil bestehen die einzigen Metho­ den, um eine große Leistung zum Öffnen und Schließen des Ventilglieds zu erlangen, darin, den auf den Kolben aufzu­ bringenden Luftdruck zu erhöhen oder den Kolbendurchmes­ ser zu vergrößern, um eine größere aktive Druckfläche her­ vorzurufen. Im ersten Fall setzt die Festigkeit der Einrich­ tung gegenüber dem Luftdruck eine Grenze; bei kleinbemesse­ nen Einrichtungen kann Luft unter hohem Druck nicht ange­ wendet werden. Im zweiten Fall ist eine Vergrößerung des Kolbendurchmessers zur Ausbildung einer größeren aktiven Druckfläche nicht für die Anwendung bei klein bemessenen Anlagen oder Einrichtungen geeignet und nicht auszuführen.

Wenn für die Reinigung von integrierten Schaltungssub­ straten reines Wasser als das Fluid verwendet wird, dann wird dessen Strömung oder Durchsatz durch das pneumatisch betätigte Ventil geregelt, und es ist ganz wesentlich, diese Bauteile vor einem Zusammen- oder Einbau in der rich­ tigen und erforderlichen Weise zu reinigen, um ein Eintre­ ten oder Vorhandensein von Staub zu verhindern. Da das Ven­ til jedoch eine Anzahl von weichen, elastischen Teilen, wie O-Ringe, verwendet, wird eine leistungsfähige Reini­ gung dieser Teile mit Hilfe von Ultraschallwellen das uner­ wünschte Ergebnis einer Schädigung oder Beeinträchtigung dieser weichen, elastischen Teile hervorrufen. Das getrenn­ te, eigene Reinigen von weichen, elastischen Teilen, wie O-Ringen, weist ferner den Nachteil auf, daß wegen der Not­ wendigkeit des Einbaus der O-Ringe die Teile häufig während des Zusammenbauvorgangs mit den O-Ringen in Berührung kommen, was das Ansetzen von Staub in zu großer Menge zur Folge hat.

Um diese Nachteile auszuschalten, wurden im Stand der Technik solche Verfahren angewendet, wie sie in den JP-Patent-Offen­ legungsschriften JP 61-109 973 A und JP 61-130 682 A of­ fenbart sind, wonach ein Ventil-Stellglied bzw. eine Kolbenstange aus zwei getrenn­ ten Teilen gebildet wird, nämlich einem Antriebsteil und einem Ventil-Betätigungsglied, wobei weiche Bestandteile, wie O-Ringe, die wahrscheinlich bei einem Ultraschall-Reini­ gungsvorgang beschädigt werden können, am Antriebsteil ange­ bracht sind, nicht jedoch am Ventil-Betätigungsglied verwen­ det werden, um nicht mit dem sauberen Fluid in Berührung zu kommen. Insofern kann das mit einer sauberen Lösung in Berührung kommende Ventil-Betätigungsglied gründlich gerei­ nigt werden, indem das Antriebsteil und das Ventil-Betäti­ gungsglied zur Zeit der Herstellung getrennt einem Reinigungs­ vorgang unterworfen werden, worauf das Antriebsteil und das Betätigungsglied zusammengebaut sowie verbunden werden. Falls jedoch die Forderung nach einer Verminderung des Öff­ nungs-/Schließhubes des Verschlußglieds erhoben wird, wenn beispielsweise nur ein Öffnungs-/Schließhub von 0,6 mm mög­ lich ist, so werden das Antriebsteil sowie das Ventil-Betä­ tigungsglied zu einer Kolbenstange zusammengebaut, so daß der Kolben, ein Haltering, jedes Verbindungsglied und zahl­ reiche Elemente an Stellen zwischen den Bauteilen aneinander­ stoßen. Insofern werden sich Maßabweichungen bei der Herstel­ lung dieser Bauteile, wenn sie auch bei jedem Bauteil nur gering sind, zu einer recht erheblichen Abweichung summie­ ren, und wenn darüber hinaus noch ein bei dem Zusammenbau auftretender Fehler oder Spiel hinzugefügt werden, so kann es sehr wahrscheinlich geschehen, daß der Öffnungs-/Schließ­ hub von etwa 0,6 mm aufgenommen oder aufgezehrt wird, was zu einem Ausfall in einem erfolgversprechenden und korrekten Absperrvorgang führt.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein pneumatisch betätigtes Ventil von hoher Leistung mit kompakten Außenmaßen zu schaffen , das darüber hinaus mit einem relativ niedrigem pneumatischen Arbeitsdruck arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im anliegenden Hauptanspruch gelöst. Entsprechend diesem Anspruch 1 liegt die Erfindung darin, daß eine Art Kolbenanordnung aus einer Anzahl von in Schiebrichtung hintereinander angeordnten einzelnen Kolben vorgesehen ist, die fest mit einer Kolbenstange verbunden sind. Zwischen den einzelnen Kolben ist jeweils eine Trennwand vorgesehen, die einstückig mit dem Zylinder ausgebildet ist. Durch diese Trennwand werden auf den jeweiligen Kolbenstirnseiten einzelne Luftkammern ausgebildet, die durch die jeweilige Trennwand luftdicht voneinander getrennt sind. Durch diese Seriellschaltung der einzelnen die Kolbenanordnung bildenden Druckkolben läßt sich die aktive Druckbeaufschlagungsfläche der Kolbenanordnung erheblich vergrößern, so daß auch bei geringem Luftdruck eine hohe Druckkraft auf die Kolbenstange aufgebracht werden kann. Gleichzeitig gibt diese Anordnung die Möglichkeit, die Bauhöhe der einzelnen Luftkammern in Schiebrichtung äußerst gering zu halten, so daß auch bei Anordnung mehrerer Kolben die Baugröße des Ventils insgesamt gering gehalten werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kolbenstange aus zwei getrennten Teilen gebildet ist, nämlich aus einem Antriebsteil sowie einem Ventil-Betätigungsglied, und darüberhinaus weiche Bestandteile, wie O-Dichtungsringe, aufweist, für die bei einer Ultraschallreinigung eine Beschädigung zu erwarten ist und welche lediglich am Antriebsteil, nicht jedoch am Ventil-Betätigungsglied, das mit dem sauberen Fluid in Berührung kommt, angebracht sind. Das Antriebsteil und das Ventil-Betätigungsglied werden während ihrer Fertigung getrennt voneinander gereinigt oder gewaschen, so daß eine gründliche Reinigung des mit dem sauberen Fluid in Berührung kommenden Ventil-Betätigungsglieds ohne eine Verschmutzung der sauberen Reinigungslösung ermöglicht wird. Das Antriebs­ teil und das Ventil-Betätigungsglied werden nicht zusammen­ gebaut und miteinander verbunden, d. h., sie bleiben im ge­ trennten Zustand. Der Öffnungs-/Schließhub, für den die Mög­ lichkeit einer Absorption oder Aufzehrung durch den Zusammen­ bau und die Verbindung von Betätigungsglied sowie Antriebs­ teil besteht, wird nicht beeinträchtigt. Ferner wird eine einwandfreie Ventil-Schließ- und Öffnungstätigkeit bei einem kleinen Ventilhub gewährleistet.

Bei dem erfindungsgemäßen pneumatisch betätigten Ventil wird ein Fluidkanal normalerweise durch das an dem Ventil-Betätigungsglied angebrachte Verschlußglied durch eine Druckkraft einer in einer fest bestimmten Richtung wir­ kenden Feder geöffnet oder geschlossen. Das Ventil schal­ tet in geregelter Weise den Fluidkanal oder -durchgang von einem normalerweise offenen zu einem geschlossenen oder von einem normalerweise geschlossenen zu einem offenen Zustand bei Eingang eines Öffnungs-/Schließbefehls und durch Auf­ bringen eines Luftdrucks auf den Kolben entgegen der oben erwähnten Betätigungskraft der Feder um. Die Mehrzahl von Kolben, die in Berührung mit der Innenwand des Zylinders gleiten, sind am Außenumfang der Kolbenstange befestigt. Diese Kolben sind durch die Trennwand luftdicht voneinan­ der getrennt befestigt, wobei eine Lufteinströmkammer an der einen Seite jedes Kolbens ausgebildet ist. Zu dieser Einströmkammer führt eine Lufteintrittsöffnung, die zum Zy­ linder hin offen ist. Die Kolbenstange wird wie vorstehend erwähnt von einem Antriebsteil auf der Einführseite des Luftdrucks und von einem Ventil-Betätigungsglied auf der Seite des Fluidkanals gebildet, die voneinander getrennt sind. Auf das Antriebsteil wirkt eine Druckkraft der oben erwähnten Feder, während auf das Ventil-Betätigungsglied eine Druckkraft einer Feder zur Seite des Antriebsteils hin ausgeübt wird. Das Verschluß­ glied steht mit der Seite des Fluidkanals in Verbindung.

Da der Erfindungsgegenstand die oben beschrieben Ausbildung aufweist, übt die in eine Mehrzahl von Einströmkammern von der Lufteintrittsöffnung her, die zum Zylinder offen ist, einströmende Luft einen pneumatischen Druck auf die Mehrzahl von Kolben aus. Die wirksame Druckfläche der Kolben ist um ein Mehrfaches größer als diejenige eines einzelnen Kolbens, so daß demzufolge durch die Kolbenstange eine grö­ ßere Ausgangsleistung zur Betätigung des Verschlußgliedes erzeugt werden kann. Weil ferner eine Mehrzahl von Kolben am Außenumfang der Kolbenstange ausgebildet ist, kann eine Vorrichtung mit geringen Größenabmessungen, ohne deren Durch­ messer zu vergrößern, geschaffen werden.

Da des weiteren die Kolbenstange durch das Antriebsteil auf der Eingangsseite des Luftdrucks und das Ventilbetäti­ gungsglied auf der Seite des Fluidkanals voneinander ge­ trennt ausgebildet sind, kann das mit einem sauberen Fluid in Berührung kommende Ventil-Betätigungsglied nach seiner gründlichen Reinigung montiert werden. Weil bei dem Montage- oder Zusammenbauvorgang keine Notwendigkeit besteht, den Zuführkanal der Kolbenstange mit dem Ventil-Betätigungsglied zu verbinden, ist es möglich, einen ganz genauen Öffnungs-/ Schließhub des Verschlußglieds durch eine exakte Fertigung und eine Montage von nur einem einzigen Bauteil, nämlich dem Ventil-Betätigungsglied, das auf den Öffnungs-/Schließ­ hub des Ventilglieds einen Einfluß hat, zu bestimmen. Es ist deshalb nicht notwendig, alle Bauteile zur Verbindung der Kolbenstange ganz genau zu fertigen und zusammenzubauen, wie es bei herkömmlichen Ventilen der Fall ist, so daß gleich­ förmige Produkte von niedrigen Kosten zu erhalten sind.

Im folgenden wird auf die Betriebszustände eines pneumatisch betätigten Ventils näher eingegangen. Da bei dem normalerwei­ se offenen, pneumatisch betätigten Ventil der Kolben einem Druck in entgegengesetzter Richtung des Ventil-Betätigungs­ glieds ausgesetzt wird und das Ventil-Betätigungsglied zu einer Bewegung zur Seite des Antriebsteils hin gezwungen wird, wird das Verschlußglied im offenen Zustand, ohne den Durchtrittskanal zu schließen, gehalten. Wenn ein Teil des Ventil-Betätigungsglieds exakt ausgebildet wird, so daß der Öffnungsspalt zwischen dem Verschlußglied und dem Öffnungs-/ Schließteil des Fluidkanals in fester Weise eingehalten wird, ermöglicht der Einbau einer Metallmembran in diesem offenen Zustand einen exakten Ventil-Schließ- und Öffnungs­ vorgang selbst dann, wenn das Ventil einen extrem kurzen Hub hat. Wird ein Ventil-Schließbefehl empfangen, dann wird der Luftdruck auf den Kolben gegen die Federkraft zur Wir­ kung gebracht, wodurch der Kolben das Ventil-Betätigungs­ glied durch das Antriebsteil zwangsläufig einem Druck aus­ setzt, so daß der Fluidkanal aus dem normalerweise offenen Zustand heraus durch das Verschlußglied geschlossen wird.

Bei dem normalerweise geschlossenen, pneumatisch betätigten Ventil steht das Ventil-Betätigungsglied unter dem Druck der Federkraft, um den Kolben zum Schließen des Fluidkanals zu belasten, womit dieser Kanal durch das Verschlußglied im normalerweise geschlossenen Zustand gehalten wird. Eine sehr exakte Fertigung und Montage des Ventil-Betätigungs­ glieds und eines Bauteils, gegen das dieses Betätigungsglied anschlägt, so daß im geschlossenen Zustand ein fester Wert für einen Öffnungsspalt zwischen dem Ventil-Betätigungsglied und einer Fläche, gegen die dieses Glied auftrifft, gebildet werden kann, ermöglicht ein genaues Öffnen und Schließen des Ventils durch Einbau einer Metallmembran, selbst wenn das Verschlußglied einen sehr kurzen Hub hat. Wenn das Ventil­ öffnungssignal eingeht, dann wird Luftdruck auf den Kolben gegen die Kraft der Feder aufgebracht, womit die vom Antriebs­ teil auf das Ventil-Betätigungsglied ausgeübte Niederhalte­ kraft überwunden wird. Deshalb bewegt sich das Ventil-Betä­ tigungsglied zum Antriebsteil hin, wobei die rückstellende Federkraft das Verschlußglied vom Öffnungs-/Schließteil ab­ hebt und demzufolge der Fluidkanal vom normalerweise ge­ schlossenen zu einem offenen Zustand umgeschaltet wird.

Es folgt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein normalerweise offenes, pneumatisch betätigtes Ventil;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein normalerweise geschlos­ senes, pneumatisch betätigtes Ventil;

Fig. 3 einen Axialschnitt eines Verschlußglieds, das an einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform eines normalerweise offenen, pneumatisch betätig­ ten Ventils gemäß der Erfindung. Dieses Ventil umfaßt einen Zylinder 1, der an seiner oberen Stirnseite durch einen Verschlußdeckel 3 und einen O-Ring 2 hermetisch abgeschlos­ sen ist, wobei der Verschlußdeckel 3 durch einen Schnapp­ ring 4 am Zylinder 1 befestigt und durch ein Abschlußglied 5, das auf die Oberfläche des Deckels 3 geklebt wird, abge­ deckt ist. Ferner ist an der sich in axialer Richtung erstrec­ kenden Seitenwand des Zylinders 1 eine Lufteintrittsöffnung 6 ausgebildet. Im Zylinder 1 wird eine Kolbenstange 7 in ihrer Lage gehalten. Am Außenumfang dieser Kolbenstange 7 sind zwei Kolben 10 und 11 befestigt, die je zwei O-Ringe 8 und 9 tragen, welche in enger Berührung mit der Innenwand des Zylinders 1 sind und an dieser gleiten können. Diese Kolben 10 und 11 sind durch eine Trennwand 13 voneinander luftdicht getrennt angeordnet. Die Trennwand 13 ragt ring­ förmig vom Zylinder 1 einwärts. Die Lufteintrittsöffnung 6, die an einer von der oberen Stirnseite des Zylinders 1 in axialer Richtung beabstandeten Stelle in der Seitenwand des Zylinders 1 ausgebildet ist, steht mit einer ersten sowie zweiten Lufteinströmkammer 14 und 15 in Verbindung, von denen jede an einer Stirnfläche je eines Kolbens 10 und 11 aus­ gebildet ist. In diese beiden Einströmkammern 14 und 15 tritt die Luft durch einen Zufuhrkanal 16 ein, der in der axialen Richtung von der oberen Stirnfläche eines Antriebs­ teils 29 der Kolbenstange 7 durch dieses hindurch verläuft. Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform befindet sich die erste Lufteinströmkammer 14 in einem Raum zwischen dem ersten Kolben 10 und dem oberen Verschlußdeckel 3. Diese Einströmkammer 14 ist mit einer zweiten Einströmkammer 15, auf die noch eingegangen werden wird, durch den Zufuhrkanal 16, der sich axial durch das Antriebsteil 29 der Kolbenstan­ ge 7 von dessen oberem Ende her erstreckt, verbunden.

Die Kolben 10 und 11 sind jeweils mit zwei O-Ringen 8 und 9 versehen, die mit geeignetem Abstand im Außenumfang der Kolben angeordnet sind, um ein Klappern der Kolben im Zylin­ der 1 zu verhindern. Bei einem der Kolbenringe 8 und 9 ist jeweils ein Luftdurchtrittskanal 12 in den Kolben 10 und 11 ausgebildet, um die Luft aus dem Raum zwischen den O-Rin­ gen 8 und 9 abzuführen.

Der Zylinder 1 ist drehbar und fest mit dem einen Ende eines Verbindungskörpers 17 durch einen Haltering 18 verbunden. Zwischen dem ersten Kolben 10 und der Trennwand 13 ist eine Druckfeder 20 angeordnet, die den ersten sowie zweiten Kol­ ben 10 bzw. 11 zur ersten bzw. zweiten Einströmkammer 14 bzw. 15 hin belastet, so daß ein am unteren Ende der Kolben­ stange 7 auswärts ragender Anschlagbund 21 mit einer Stirnfläche 23 eines vom Verbindungskörper 17 einwärts ragenden inneren Ringkragens 22 in Anlage ist. Die von der Eintrittsöffnung 6 zugeführte Luft strömt durch den Zufuhr­ kanal 16 in der Kolbenstange 7 in einer solchen Richtung, daß sie die Kolben 10 und 11 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 20 belastet, so daß die Kolbenstange 7 abwärts bewegt wird. In den Verbindungskörper 17 ist ein Verbindungs- oder Anschlußstück 25 mit einem geregelten Fluidkanal 24 eingeschraubt und durch einen Gewindeabschnitt 26 festgelegt. In dieses Anschlußstück 25 ist ein Ventil-Betätigungsglied 27 eingesetzt, das beweglich und von der Kolbenstange 7 ge­ trennt ausgebildet ist.

Das Ventil-Betätigungsglied 27 weist einen polygonalen oder doppelt abgeflachten Körper 30 mit einem vom Außenumfang vorstehenden Anzieh- oder Drehmomentteil 28 auf. Ein Halte­ glied 32 wird durch ein Gewindestück 31 am oberen Teil des Körpers 30 festgehalten. Am oberen Teil des Halteglieds 32 ist ein Halteabschnitt 33 mit einem Außengewinde vorgese­ hen. Zwischen dem Halteglied 32 und dem Körper 30 sind eine aus einem Material, wie rostfreier Stahl, gefertigte Metall­ membran 34 und ein Anschlagteller 35 fest eingeklemmt, wo­ bei die Metallmembran 34 auf der Seite des Körpers 30 und der Anschlagteller 35 auf der Seite des Halteglieds 32 derart angeordnet sind, daß ein Druckring 36 des Körpers 30 gegen die Metallmembran 34 gedrückt wird. An dem Körper 30 ist auf der dem Öffnungs-/Schließteil 37 des Fluidkanals 24 zu­ gewandten Seite ein Verschlußglied 38 befestigt, das norma­ lerweise den Fluidkanal 24 nicht verschließt. Dieses Ver­ schlußglied 38 weist eine Dicke auf, die wenigstens so viel Material bietet,daß eine passende Menge an Material abgear­ beitet werden kann. Nach der Beendigung des Zusammenbaus des oben erwähnten Körpers 30 des Halteglieds 32, des Anschlag­ tellers 35 und der Metallmembran 34 wird eine Spannbuchse 40 durch Aufschrauben auf den Halteabschnitt 33, wie die Fig. 3 zeigt, an diesem fest angebracht und an einem Spann­ futter 41 einer Werkzeugmaschine, wie einer Drehbank, befe­ stigt, so daß die Fläche des Verschlußglieds 38 spanend bear­ beitet werden kann. Dadurch wird eine äußerst präzise Ein­ stellung des Maßes ª von der oberen Fläche des Anschlag­ tellers 35 zur unteren bearbeiteten Fläche des Verschluß­ glieds 38 ermöglicht, selbst wenn das Maß eines jeden der oben beschriebenen Teile von mäßiger Genauigkeit ist. Dem­ zufolge wird durch einen einfachen maschinellen Bearbeitungs­ vorgang ein Ventil-Betätigungsglied 27 von hoher Genauig­ keit erhalten.

Das Ventil-Betätigungsglied 27, das von der Spannbuchse 40 entfernt wurde, weist die folgende Konstruktion auf. Ein vorragender innerer Umfangsbund 39 eines Einsatzrings 42 liegt an der oberen Fläche des Anschlagtellers 35 an, eine Rückstellfeder 44 ist an der oberen Fläche des inneren Um­ fangsbundes 39 angeordnet und ein Ringflansch 43 ist am Hal­ teabschnitt 33 befestigt. Somit wird das Ventil-Befestigungs­ glied 27 in Richtung zur Kolbenstange 7 hin belastet. Ferner sind die Seite der Kolben 10 und 11 und die Seite des Fluid­ kanals 24 flüssigkeitsdicht voneinander durch die Anordnung der Metallmembran 34 getrennt, so daß das im Kanal 24 flie­ ßende saubere Fluid gegen eine Verschmutzung durch eine Be­ rührung mit Bauteilen auf der Seite der Kolbenstange 7 ge­ schützt ist. Das Anordnen dieser Metallmembran 34 begrenzt scharf den Bewegungshub des Ventil-Betätigungsglieds 27, und zwar mit etwa 0,5 mm in einer Ausführungsform. In dem Zustand, da das Verschlußglied 38, das am Ventil-Betätigungs­ glied 27 befestigt ist, das Öffnungs-/Schließteil 37 des Kanals 24 geöffnet hat, werden der Anschlagteller 35 des Betätigungsglieds 27 und der Einsatzring 42 durch die Rück­ stellkraft der Rückstellfeder 44 in eine flächige Anlage miteinander gebracht.

Das pneumatisch betätigte Ventil mit dem oben beschriebe­ nen Aufbau wird in der folgenden Weise zusammengebaut. Zu­ erst werden jedes Bauteil auf der Seite der Kolbenstange 7 und jedes Bauteil des Ventil-Betätigungsglieds 27 getrennt voneinander gereinigt oder gewaschen. Das Ventil-Betätigungs­ glied 27, das in direkte Berührung mit einem sauberen Fluid kommt, und das Anschlußstück 25 sollten besonders gründlich gereinigt werden. Auch jedes Teil auf der Seite der Kolben­ stange 7 sollte in geeigneter Weise derart gereinigt werden, daß die O-Ringe 2, 8 und 9 nicht irgendwie beeinträchtigt werden. Die Kolbenstange 7 und das Ventil-Betätigungsglied 27, die gereinigt worden sind, werden auf der jeweiligen Seite montiert, so daß sie nicht miteinander in Verbindung stehen. Dieser Montagevorgang wird ohne eine Verbindung der Kolbenstange 7 mit dem Ventil-Betätigungsglied 27 durchge­ führt, weshalb dieser Vorgang ohne Schwierigkeiten bewerk­ stelligt werden kann, und Vorgänge für einen Eingriff sowie eine Befestigung von Teilen können unter Verwendung einer sauberen automatischen Maschine vorgenommen werden, so daß während des Montagevorgangs allenfalls eine geringe Berüh­ rung eines jeden Teils, das die Kolbenstange bildet, mit dem Ventil-Betätigungsglied 27 erfolgen kann und eine Staub­ ablagerung am Ventil-Betätigungsglied 27 verhindert wird. Ferner besteht die Möglichkeit, das Ventil-Betätigungsglied 27, für das eine hohe Sauberkeit gefordert wird, in einem staubfreien Raum und jedes Bauteil auf der Seite der Kolben­ stange 7 in einem gewöhnlichen Raum zu montieren, wodurch eine geeignete wirtschaftliche Montagetätigkeit zu erlan­ gen ist.

Die Anordnung der Metallmembran 34 bringt den Hubweg auf einen sehr kleinen Betrag, in einer Ausführungsform auf etwa 0,5 mm. Da jedoch die Kolbenstange 7 und das Ventil- Betätigungsglied 27 getrennt voneinander ausgebildet werden, wird der Hubweg durch das Maß oder die Größe von vielen an­ deren Teilen, wie der Kolbenstange 7 und den Kolben 10 sowie 11, nicht beeinflußt. Soweit die Größenabmessungen der Bautei­ le betroffen sind, kann darüber hinaus, weil das genau bear­ beitete Maß des Ventil-Betätigungsglieds 27 durch spanab­ tragende Bearbeitung des Verschlußglieds 38 nach dem Zusam­ menbau eingehalten werden kann, ein genauer Öffnungsspalt 47 zwischen dem Verschlußglied 38 und dem Öffnungs-/ Schließteil 37 ausgebildet werden, indem der hochstehende Kragen 46 des Anschlußstücks 25 und der Einsatzring 42 mit exakter Größenabmessung gefertigt und zusammengebaut werden. Es ist somit möglich, Arbeitsaufwand, der für eine äußerst genaue Fertigung und Montage von allen der in Vielzahl vor­ handenen Teile notwendig ist, wie es bei herkömmlichen Pro­ dukten der Fall ist, einzusparen, die Zuverlässigkeit der Produkte zu erhöhen, solche Schwierigkeiten, wie die Unfä­ higkeit zur Betätigung des Verschlußglieds 38 auf Grund einer Aufzehrung der Hubbewegung, die dem Öffnungsspalt 47 entspricht, was bei herkömmlichen Produkten der Fall ist, zu verhindern und die Arbeitsweise des Verschlußglieds 38, das einen sehr kleinen Hubweg von etwa 0,5 mm hat, genau durchzuführen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des pneumatisch betätig­ ten Ventils mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert. Wie die Fig. 1 zeigt, drückt normalerweise die Kolbenstange 7 das Ventil-Betätigungsglied 27 durch eine auf die Kolben 10 und 11 aufgebrachte Druckkraft wegen der Druckfeder 20 nicht nach unten, weshalb das Ventil-Betätigungsglied 27 normalerweise durch die Rückstellkraft der Feder 44 das Verschlußglied 38 in einem geöffneten Zustand hält. Wenn ein Schließsignal eingeht, dann strömt die Luft von der zum Zylinder 1 hin offenen Lufteintrittsöffnung 6 in die beiden Einströmkammern 14 und 15, die oberhalb der Kolben 10 bzw. 11 abgegrenzt sind, womit der Luftdruck auf die beiden Kol­ ben 10 und 11 zur Wirkung gebracht wird. Da die aktive Druck­ fläche der Kolben 10 und 11 etwa um das Doppelte gegenüber derjenigen eines einzelnen Kolbens vergrößert ist, wird dem­ zufolge die Übertragung einer großen Leistung auf das Ventil- Betätigungsglied von der stirnseitigen Druckfläche 45, die einen gekrümmten Verlauf hat, ermöglicht. Insofern drückt der Luftdruck das Ventil-Betätigungsglied 27 entgegen der Rückstellkraft der Feder 44 abwärts, so daß ohne Schwierig­ keiten ein Schließen des Öffnungs-/Schließteils 37 des Fluid­ kanals 24 durch das Verschlußglied 38 selbst dann erlangt wird, wenn im Kanal 24 Fluid mit einem hohen Druck strömt.

Die oben beschriebene Ausführungsform gemäß der Erfindung ist ein Beispiel für ein normalerweise offenes, pneumatisch betätigtes Ventil. Wenn ein normalerweise geschlossenes, pneumatisch betätigtes Ventil zur Anwendung kommt, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, dann wird die Druckfeder 20 zwischen dem Kolben 10 und dem Verschlußdeckel 3 montiert, so daß das Ventil-Betätigungsglied 27 durch die stirnseitige Druck­ fläche 45 der Kolbenstange 7 zur Schließanlage am Fluidka­ nal 24 gedrückt wird, womit durch das Verschlußglied 38 das Öffnungs-/Schließteil 37 normalerweise geschlossen gehalten wird. Wenn in diesem geschlossenen Zustand ein zwischen dem Anschlagteller 35 des Ventil-Betätigungsglieds 27 und dem Einsatzring 42 zu bildender Öffnungsspalt 48 ganz genau ausgestaltet wird, kann ein zuverlässiges Öffnungs-/Schließ­ ventil durch Einbau der Metallmembran selbst dann geschaf­ fen werden, wenn der Hubweg des Verschlußglieds 38 extrem kurz ist. Wenn das Öffnungs-Signal eingeht, wird die durch die Kolbenstange 7 auf das Betätigungsglied 27 ausgeübte Druckkraft durch den an die Kolben 10 und 11 entgegen der Druckkraft der Druckfeder 20 gelegten Luftdruck aufgehoben. Dadurch wird das Ventil-Betätigungsglied 27 durch die von der Rückstellfeder 44 ausgeübte Kraft zur Kolbenstange 7 hin bewegt, womit das Verschlußglied 38 vom Öffnungs-/Schließ­ teil abgehoben und der Fluidkanal 24 aus seinem normalerweise geschlossenen Zustand umgeschaltet wird.

Da der Erfindungsgegenstand den oben beschriebenen Aufbau aufweist, übt die in eine Mehrzahl von Einströmkammern von der zum Zylinder hin offenen Lufteintrittsöffnung her ein­ strömende Luft einen Luftdruck auf mehrere Kolben aus. Die aktive Druckfläche der Kolben ist um ein Mehrfaches größer als diejenige eines einzelnen Kolbens, so daß folglich eine größere Leistung durch die Kolbenstange in dem zu betäti­ genden Mechanismus erzeugt werden kann. Da ferner die mehre­ ren Kolben am Außenumfang der Kolbenstange ausgebildet sind, kann eine klein bemessene Vorrichtung geschaffen werden, ohne deren Durchmesser zu vergrößern.

Ferner ist das Ventil-Stellglied aus zwei getrennten Teilen gebildet, nämlich einem Antriebsteil und einem Ventil-Betä­ tigungsglied, wobei weiche Bestandteile, wie O-Ringe, für die die Gefahr einer Beschädigung durch Ultraschallreinigung besteht, lediglich am Antriebsteil angebracht sind und nicht am Betätigungsglied, das mit einem sauberen Fluid in Berüh­ rung kommt. Deshalb kann das mit dem sauberen Fluid in Be­ rührung gelangende Ventil-Betätigungsglied gründlich gerei­ nigt werden, indem das Antriebsteil und das Ventil-Betäti­ gungsglied während der Herstellung getrennt gewaschen oder gereinigt werden. Auf diese Weise werden eine Reinigung ohne eine Verschmutzung der sauberen Reinigungslösung gewährlei­ stet, der Montagevorgang erleichtert, indem der Montierende mit den Bauteilen während der Montage in geringerer Weise in Berührung kommt, die Möglichkeit des Anhaftens von Staub während der Montage verhindert und der Montagevorgang durch eine saubere, automatisierte Maschine ermöglicht.

Selbst wenn das Verschlußglied einen sehr kurzen Hubweg auf Grund des Vorhandenseins der Metallmembran hat, kann, weil das Antriebsteil und das Ventil-Betätigungsglied getrennt ausgebildet sind, darüber hinaus der Öffnungsspalt zwischen dem Verschlußglied und dem Öffnungs-/Schließteil in exakter Weise ohne eine Beeinflussung durch unvermeidbare Maßänderun­ gen bei vielen der Bauteile, wie dem Antriebsteil, den Kol­ ben und den Schnapp- oder Halteringen, wie das bei den her­ kömmlichen Produkten der Fall ist, ausgestaltet werden, wenn die spezifisch begrenzten Abmessungen der das Ventil-Betäti­ gungsglied bildenden Bauteile und einer geringen Anzahl von Teilen, mit denen das Betätigungsglied zur Anlage kommt, sehr exakt bei der Herstellung und dem Zusammenbau eingehal­ ten werden. Auf diese Weise werden Produkte von hoher Zuver­ lässigkeit bei niedrigen Kosten erhalten.

Claims (14)

1. Pneumatisch betätigbares Ventil mit vorgespannten Kolben und einer Kolbenstange, die ein Verschlußglied betätigt, mittels dem ein Fluidkanal bei einer pneumatischen Druckbeaufschlagung der Kolben entgegen der Vorspannrichtung der Kolben verschließbar oder aufschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (10, 11) in Schiebrichtung voneinander beabstandet am Außenumfang der Kolbenstange (7) fest angeordnet sind und mittels einer am Zylinder (1) vorgesehenen Trennwand (13) luftdicht getrennt sind, wodurch sich auf einer Stirnseite jedes Kolbens (10, 11) eine Lufteinströmkammer (14, 15) zur Druckbeaufschlagung der jeweiligen Kolbenstirnseite ausbildet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (7) durch ein Antriebsteil (29), an dem die Kolben (10, 11) angeordnet sind und ein in Schieberichtung vom Antriebsteil (29) beabstandetes, das Verschlußglied (38) aufweisendes Ventil-Betätigungsglied (27) gebildet ist, das gegen das Antriebsteil (29) vorgespannt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft in die Mehrzahl von Luft-Einströmkammern (14, 15) durch einen in der axialen Richtung der Kolbenstange (7) ausgebildeten Zufuhrkanal (16) einströmt.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (10, 11) dem Druck einer Druckfeder (20) ausgesetzt und die Luft-Einströmkammern (14, 15) so ausgebildet sind, daß die Luft in diese gegen die Kraft der Druckfeder (20) einströmt, so daß die Kolben (10, 11) gegen die Federkraft arbeiten.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einbau der Druckfeder (20) zwischen dem Kolben (10) und der Trennwand (13) das Verschlußglied (38) den Öffnungs-/Schließabschnitt (37) des Fluidkanals (24) im normal offenen Zustand hält, oder durch den Einbau der Druckfeder (20) zwischen dem Kolben (10) und einem Deckel (3) an der Stirnseite des Zylinders (1) das Verschlußglied (38) den Öffnungs-/Schließabschnitt (37) des Fluidkanals (24) in normal geschlossenen Zustand hält.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinder (1), in dem die Kolben (10, 11) verschiebbar gelagert sind, mit Bezug zu einem Verbindungskörper (17) drehbar ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) drehbar am Verbindungskörper (17) durch einen Haltering (18) befestigt ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Druckfläche der Kolbenstange (7), die dem Ventil-Betätigungsglied (27) zugewandt ist, als eine gekrümmte Fläche ausgebildet ist.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil-Betätigungsglied (27) mit einem Halteabschnitt (33) versehen ist, der durch seine Ausgestaltung eine Verbindung mit dem Spannfutter (41) einer Werkzeugmaschine während eines maschinellen Bearbeitungsvorgangs ermöglicht und mit dem Verschlußglied (38), das einem Öffnungs- /Schließabschnitt (37) des Fluidkanals zugewandt ist, verbunden ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil-Betätigungsglied (27) mit einer zwischen einem Ringflansch (43), der am Halteglied (32) befestigt ist, und einem Einsatzring (42), in den das Ventil-Betätigungsglied (27) verschiebbar eingesetzt ist, angeordneten Rückstellfeder (44) versehen ist, die eine Stellkraft in Richtung zur Seite der Kolbenstange (7) hin ausübt.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Ventil-Betätigungsglieds (27) ein Anschlagteller (35) ausgebildet ist, der zur einen Seite der Rückstellfeder (44) des Ventil-Betätigungsglieds (27) frei angeordnet ist, und daß das Zentrum einer Metallmembran (34) fest zwischen dem Anschlagteller (35) sowie einem Körper (30) des Ventil-Betätigungsglieds (27) eingeklemmt ist.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang der Metallmembran (34), die an ihrem Zentrum fest zwischen den Anschlagteller (35) des Ventil- Betätigungsglieds (27) und den Körper (30) eingeklemmt ist, zwischen einen hochstehenden Kragen (46) sowie den Einsatzring (42) eingeklemmt ist und die Seite der Kolben (10, 11) von der Seite des Fluidkanals flüssigkeitsdicht trennt.

13. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im normal offenen Zustand des Öffnungs-/Schließabschnitts (37) des Fluidkanals (24) der Anschlagteller (35) des Ventil-Betätigungsglieds (27) und der Einsatzring (42) durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder (44) in Anlage miteinander gepreßt werden und ein Öffnungsspalt (47) zwischen dem Verschlußglied (38) sowie dem Öffnungs- /Schließteil (37) gebildet wird.

14. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im normal geschlossenen Zustand des Öffnungs- /Schließabschnitts (37) des Fluidkanals (24) ein Öffnungsspalt (48) zwischen dem Anschlagteller (35) und dem Einsatzring (42) gebildet wird.