DE4035162A1 - Wege-schieberventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wege-Schieberventil entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Ventile sind als Mehrwegeventile in mannigfa­ chen Ausführungsformen bekannt. Sie bestehen im Regelfall aus einem mit einer zylindrischen Bohrung versehenen Gehäuse, innerhalb welchem ein Kolben zwischen mehreren diskreten Stellungen axial verschiebbar ist, der mit mehreren zentrischen Eindrehungen versehen ist. Entlang des Verschiebeweges des Kolbens münden mehrere der Führung eines Druckmediums dienande Anschlußbohrungen, wobei die genannten Eindrehungen derart bemessen sowie angeordnet sind, daß durch Verschiebung des Kolbens zwischen einzelnen der Anschlußbohrungen strömungsleiten­ de Verbindungen geöffnet oder gesperrt werden können. Da der Kolben stets mit einer gewissen Toleranz in der zylindrischen Bohrung gleitet, müssen jedoch besondere Dichtungen vorgesehen sein, um eine einwandfreie und gezielte Führung des Druckmediums zu erreichen. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, den Kolben unmittelbar mit Ringnuten auszurüsten, in die ein Dichtungsring, z. B. ein O-Ring eingesetzt ist, der seinerseits mit der zylindrischen Bohrung in dichtender Berührung steht. Problematisch ist hierbei, daß während des Überfahrens der Anschlußbohrungen der Dichtungsring einem hohen Verschleiß aufgrund von Abscherkräften ausgesetzt ist. Auch kann nach Maßgabe der zwischen dem Dichtring und der Zylinderwandung anstehenden mechanischen Vorspannung der Dichtungsring als Folge der Verschiebebewegung des Kolbens aus seiner Ringnut verdrängt werden, welches neben einem erhöhten Verschleiß zu einem Festklemmen des Kolbens führen kann. Zur Behebung dieses Nachteils sind zwar Flachdichtungen bzw. die Verwendung von geschliffe­ nen Edelstahlbuchsen bekannt - erstere sind jedoch verhältnismäßig kostenaufwendig, während die genannten Buchsen unter Wartungsgesichtspunkten als nachteilig anzusehen sind. Denn diese sind in entsprechende Bohrun­ gen eingepreßt und somit im Verschleißfall einer einfa­ chen Montage- bzw. Demontage gerade nicht zugänglich.

Es ist ferner bekannt, die zylindrische Bohrung des Gehäuses mit Ringnuten zur Aufnahme von O-Ringen auszu­ rüsten, die auf der Oberfläche des zylindrischen Kolbens dichtend anliegen. In Verbindung mit zentrischen Ein­ drehungen des Kolbens ergibt sich aber auch hier das Problem, daß beim Überfahren des O-Ringes dieser aus seiner Ringnut verdrängt und insbesondere in die genann­ ten Eindrehungen des Kolbens gelangen kann. Die Folge wäre auch in diesem Fall neben einem hohen Verschleiß ein Klemmen des Kolbens bzw. ein völliges Ausbleiben der Dichtwirkung. Es ist zur Behebung dieses Nachteils zwar bekannt, glatte Passbohrungen innerhalb des Gehäuses vorzusehen, wobei Dichtringe zwischen Distanzringen eingepreßt werden. Auch diese Lösung gestaltet sich praktisch als kostenaufwendig, insbesondere nachdem O- Ringe auf diesem Wege nicht verwendbar sind und ferner eine ausreichende Dichtung nur über eine hinreichend hohe Vorspannung erreichbar ist.

Es ist nach alledem die Aufgabe der Erfindung, ein Schieberventil der eingangs bezeichneten Gattung dahin­ gehend auszugestalten, daß bei einfacher Montage bzw. Demontage dessen Bestandteile und einer hohen Zuverläs­ sigkeit des Betriebs weitestgehend die Verwendung han­ delsüblicher Bauteile und insbesondere gegenüber dem eingangs dargelegten Stand der Technik eine Absenkung der erforderlichen mechanischen Vorspannung der einge­ setzten Dichtungselemente möglich ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Schieberventil durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist, daß in Abkehr von dem Stand der Technik der Kolben nicht mehr mit zentrischen Eindre­ hungen sondern mit Längsnuten versehen ist, die in charakteristischer Weise mit konzentrischen Ringräumen der Zylinderbohrung zusammenwirken, wobei Dichtungsele­ mente in Ringnuten der Zylinderbohrung eingesetzt sind. Aufgrund des Fehlens zentrischer Eindrehungen des Kol­ bens entfällt eine auf die Dichtelemente ausgeübte, diese aus ihren Ringnuten verdrängende Kraft. Die Dicht­ elemente wirken vielmehr - von den Längsnuten abgesehen - mit einer glatten Kolbenfläche zusammen, die insbeson­ dere keine rotationssymmetrische Kanten aufweist. Die Längsnuten bilden Strömungswege für ein Druckmedium, über welche - entsprechend der Stellung des Kolbens - Anschlußbohrungen des Gehäuses überbrückbar oder vonein­ ander trennbar sind. Da die Dichtungsringe im wesentli­ chen mit glatten Kolbenflächen zusammenwirken, ist eine im Vergleich zum Stand der Technik geringere Vorspannung ausreichend, um eine hinreichende Dichtwirkung zu erzie­ len und um eine stabile Position der Dichtringe beizube­ halten. Dies ermöglicht die Ausbildung vergleichsweise leichtgängiger und gleichzeitig eine hohe Dichtwirkung mit sich bringender Kolbenführungen. Entsprechend der Dimensionierung der Längsnuten ergibt sich ferner für den Fall der Durchströmung des Ventils aufgrund eines kurzen direkten Strömungsweges eine durch verhältnismä­ ßig geringe Druckverluste gekennzeichnete Strömung. Die das Ventil bildenden Hauptbauteile können grundsätzlich aus Metall, z. B. Aluminium, jedoch auch aus Kunststoff ausgebildet sein. Es kann das erfindungsgemäße Prinzip grundsätzlich bei allen Arten von Schieberventilen Anwendung finden, und zwar unabhängig von der Art der Betätigung, beispielsweise ob manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch.

Der Dichtring ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 als O-Ring ausgebildet. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Vereinfachung des Konstruktionsprinzips dar, da insoweit von handelsüblichen und sehr preiswer­ ten Bauteilen Gebrauch gemacht wird. Anstelle eines O- Ringes kann jedoch auch ein anderes Elastomer-Dichtungs­ element eingesetzt werden.

Zweckmäßigerweise sind gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 - in einer radialen Ebene gesehen - mehrere Längsnuten, in gleichmäßiger Verteilung vorgesehen, um insoweit die zur Durchströmung zur Verfügung stehende Querschnitts­ fläche zu vergrößern.

Die Merkmale des Anspruchs 5 sind auf die Ausgestaltung des Ventils als beispielsweise pneumatisch steuerbares Schieberventil gerichtet. Die das Gehäuse stirnseitig abschließenden Anschlußkappen können sehr einfach ausge­ staltet sein und dienen hauptsächlich der Realisierung entsprechender Anschlüsse für ein Steuermedium. Sie stehen mit dem Gehäuse zweckmäßigerweise unter Zwischen­ anordnung entsprechender Dichtungselemente in Schraubver­ bindung.

Aufgrund der Merkmale des Anspruchs 6 ist sichergestellt, daß in keiner Position des Kolbens die in Ringnuten der Zylinderbohrung aufgenommenen Dichtungsringe bzw. O- Ringe der scherenden Wirkung rotationssymmetrischer Kanten des Kolbens ausgesetzt sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schieberventil im Längs­ schnitt;

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Schieberventil gemäß Fig. 1 - im wesentlichen im Längs­ schnitt;

Fig. 3 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kol­ bens in einer Schnittebene III-III der Fig. 4;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kolben entsprechend Pfeil IV der Fig. 3;

Fig. 5 eine Querschnittdarstellung eines erfindungsgemä­ ßen Kolbens in einer Schnittebene V-V der Fig. 3.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein als Mehrwegeventil ausgebildetes Schieberventil in seiner Gesamtheit be­ zeichnet. Dies besteht aus einem, eine Zylinderbohrung 2 umschließenden Gehäuse 3, an dessen beiden stirnseitige Enden 4,5 jeweils eine Anschlußkappe 6 angesetzt ist. Die Verbindung der beiden Anschlußkappen 6 mit dem Gehäuse 3 erfolgt über Schrauben 7, die parallel zur Längsrichtung des Schieberventils 1 einschraubbar sind.

lnnerhalb der Zylinderbohrung 2, deren Achse mit B bezeichnet ist, ist ein Kolben 9 gleitfähig in Richtung der Achse B eingesetzt.

Mit 10 sind Dichtungselemente, hier zwei radial mit Abstand voneinander eingesetzte, zueinander konzentrische Dichtungsringe bezeichnet, unter deren Zwischenanordnung die Anschlußkappen 6 an den ebenen stirnseitigen Enden 4, 5 des Mittelgehäuses 3 befestigt sind. Jede Anschluß­ kappe 6 beinhaltet eine Anschlußbohrung 11 für ein Steuermedium, z. B. Druckluft, welche über eine Längsboh­ rung 12, die sich parallel zu der Achse 8 erstreckt mit der Zylinderbohrung 2 in Verbindung steht und - bezogen auf die zeichnerische Darstellung gemäß Fig. 1 - in einen, durch eine Stirnseite 13 des Kolbens 9, die Anschlußkappe 6 und im übrigen die Zylinderbohrung 2 umgrenzten Raum einmündet. Man erkennt, daß durch Beauf­ schlagung der beiden Anschlußbohrungen 11 der Kolben 9 zwischen zwei axialen Grenzpositionen bewegbar ist, deren eine in Fig. 1 gezeigt ist. Beide Anschlußbohrun­ gen 11 können in an sich bekannter Weise mit einem Gewinde zum Einschrauben von Leitungsverbindungen ausge­ rüstet sein.

Das Gehäuse 3 ist auf einer Seite mit Anschlußbohrungen 14, 15, 16 versehen, die mit einem Gewinde zum Anschluß entsprechender Leitungen zur Führung eines Druckmediums versehen sind und die über sich unmittelbar anschließen­ de Nennweitenbohrungen in sich koaxial zu der Achse 8 erstreckende Ringräume 14′, 15′, 16′ einmünden, somit unmittelbar mit dem Innenraum der Zylinderbohrung 2 in Verbindung stehen. Mit 17, 18 sind weitere Anschluß­ bohrungen bezeichnet, die den Anschlußbohrungen 14, 15, 16 gegenüberliegen, gegenüber letzteren jedoch mittig versetzt angeordnet sind. Auch diese, mit Gewinde ver­ sehenen Anschlußbohrungen 17, 18 münden in entsprechende Ringräume 17′, 18′ ein, die in die Innenwandung der Zylinderbohrung 2 eingearbeitet sind.

Mit 19 sind Ringnuten bezeichnet, die jeweils der Aufnah­ me eines Dichtungsringes, hier eines O-Ringes 20 dienen. Axial beidseitig eines jeden der genannten Ringräume 14′ bis 18′ befindet sich eine Ringnut 19 mit eingelegtem Dichtungsring 20. Die Dichtungsringe 20 stehen bei eingesetztem Kolben 9 unter einer geringen radialen Vorspannung, so daß jeder der genannten Ringräume axial beidseitig abgedichtet ist.

Mit 21, 22 sind zwei, axial mit Abstand voneinander angeordnete, sich achsparallel erstreckende Längsnuten des Kolbens 9 bezeichnet. Die Längenabmessungen der Längsnuten 21, 22, ihr Abstand voneinander sowie ihre Anordnung auf dem Kolben 9 sind unter Berücksichtigung des axialen Abstands zweier Dichtungsringe 20 derart ausgelegt, daß in der in Fig. 1 gezeigten Position des Kolbens 9 die Ringräume 16′, 18′ und 15′, 17′ über die Längsnuten 21, 22 miteinander verbunden sind. Der Kolben 9 kann ausgehend von der in der Fig. 1 gezeigten ersten Stellung in Richtung des Pfeiles 23 in eine zweite Stellung bewegt werden, in welcher durch die Längsnuten 21, 22 keiner der eingangs genannten Ringräume 14′ bis 18′ überbrückt ist und schließlich weiter in Richtung des Pfeiles 23 in eine dritte Stellung, in welcher die Ringräume 14′, 17′ und 15′, 18′ überbrückt sind. Die axialen Abstände zwischen den einzelnen Ringräumen sind dementsprechend bemessen.

Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, sind jeweils drei Längsnuten 21, 21′, 21′′ bzw. 22, 22′, 22′′ vorge­ sehen, und zwar - in peripherer Richtung gesehen - unter 120° gegeneinander versetzt.

Man erkennt aus obigen Ausführungen bereits, daß in der Durchlaßstellung des Kolbens für die Durchströmung eines Druckmediums, z. B. Druckluft verhältnismäßig weite Strömungskanäle zur Verfügung stehen, so daß Druckver­ luste klein gehalten werden können. Die Dichtringe 20 sind in den Ringnuten 19 sicher aufgenommen und - in völliger Abkehr von dem eingangs dargelegten Stand der Technik nicht der scherenden Wirkung von rotationssymme­ trischen Steuerkanten eines Kolbens ausgesetzt. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Dichtungsringe 20 mit lediglich geringer Vorspannung und gleichzeitig guter Dichtwirkung in die Ringnuten 19 einzusetzen, und zwar unter gleichzeitiger Wahrung einer sicheren Position derselben. Es ist ferner das erfindungsgemäße Schieber­ ventil in einfachster Weise, ohne komplizierte Handha­ bungsmaßnahmen bzw. die Notwendigkeit eines besonderen Werkzeuges zerlegbar, so daß im Verschleißfall die Dichtungsringe 20 bzw. der Kolben 9 mit geringstmögli­ chem Aufwand austauschbar sind.

Der Erfindungsgegenstand ist unter Bezugnahme auf ein mittels eines Druckmediums steuerbares Mehrwegeventil 1 beschrieben worden, wobei die Position des Kolbens 9 entsprechend der Beaufschlagung der mit Steuerleitungen in Verbindung stehenden Anschlußbohrungen 11 festgelegt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip kann jedoch grundsätz­ lich bei allen auf der Schaltstellung eines verschiebba­ ren Kolbens basierenden Mehrwegeventilen Anwendung finden, und zwar unabhängig von der Art der Betätigung des Kolbens.

Die Gestalt der Längsnuten 21, 22 ist grundsätzlich beliebig. Eine besonders vorteilhafte Gestaltung dersel­ ben ist jedoch durch axial endseitig spitze bzw. konisch verjüngte Endabschnitte gekennzeichnet.

Der Abstand 23 zwischen der Ringnut 19 und dem Ende des Gehäuses 3 bzw. der jeweiligen Anschlußkappe 6 ist in Abhängigkeit von dem maximal möglichen Verschiebeweg des Kolbens 9 derart bemessen, daß bei jeder Stellung des Kolbens 9 der in der Ringnut 19 befindliche Dichtungs­ ring auf der Mantelfläche des Kolbens aufliegt. Es ist auf diese Weise ausgeschlossen, daß der Dichtungsring in irgendeiner Bewegungsphase des Kolbens der scherenden Wirkung rotationssymmetrischer Kanten ausgesetzt ist.

Claims (7)

1. Wege-Schieberventil (1), bestehend zumindest aus einem, mit einer Zylinderbohrung (2) versehenen Gehäuse (3) und einem Kolben (9),

• - wobei das Gehäuse (3) mit in die Zylinderbohrung (2) führenden Anschlußbohrungen (14, 15, 16, 17, 18) zur Führung eines Druckmediums versehen ist und
• - wobei sich entsprechend der Stellung des Kolbens (9) innerhalb der Zylinderbohrung (2) zwischen einzelnen Anschlußbohrungen bestehende Strömungswe­ ge in einem Schließ- oder einem Öffnungszustand befinden, dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Kolben (9) in seiner Mantelfläche mit wenigstens einer Längsnut (21, 22) versehen und ansonsten mantelseitig als glatter zylindrischer Körper ausgestaltet ist,
• - daß jede Anschlußbohrung (14, 15, 16, 17, 18) in einen, zur Achse (8) der Zylinderbohrung (2) konzentri­ schen Ringraum (14′, 15′, 16′, 17′, 18′) einmündet,
• - daß axial beiderseits eines jeden Ringraumes ein Dichtungsring (20) in eine entsprechende Ringnut (19) der Zylinderbohrung (2) eingesetzt ist, der an der Oberfläche des Kolbens (9) dichtend anliegt und
• - daß die Längsnut (21, 22) in ihrer Lage und Länge nach Maßgabe der axialen Abstände der Dichtungsrin­ ge (20) derart bemessen ist, daß ein Strömungsweg zwischen jeweils zwei Ringräumen (14′, 15′, 16′, 17′, 18′) in Abhängigkeit von der Position des Kolbens (9) überbrückt oder unterbrochen ist.

2. Schieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtungsring (20) ein O-Ring oder ein anderes Elastomer-Dichtungselement ist.

3. Schieberventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längsnut (21, 22) parallel zur Achse des Kolbens (9) erstreckt.

4. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Längsnut (21, 22) wenigstens eine weitere Längsnut (21′, 21′′; 22′, 22′′) gleicher Abmessungen und gleicher axialer Posi­ tion, jedoch in peripherer Richtung versetzter Anord­ nung zugeordnet ist.

5. Schieberventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an beiden Enden der Zylinderbohrung (2) An­ schlußkappen (6) angeordnet sind,
• - daß beide Anschlußkappen (6) mit Anschlußbohrungen (11) für ein Steuermedium versehen sind und
• - daß die Anschlußbohrungen (11) jeweils mit Räumen in strömungsleitender Verbindung stehen, die durch die Anschlußkappen (6), die jeweilige Stirnseite (13) des Kolbens (9) und die Zylinderbohrung (2) umgrenzt werden.

6. Schieberventil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der axiale Abstand (23) der Ringnuten (19) von den Anschlußkappen (6) derart bemessen ist, daß in jeder möglichen Position des Kolbens (9) die Dichtungsringe (20) an dessen Mantelfläche anliegen.

7. Schieberventil (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkappen (6) unter Zwischenanordnung von Dichtungselementen (10) an dem, Gehäuse (3) lösbar angeordnet sind.