DE4125817C2 - Wegeventil, insbesondere Proportionalventil für pneumatisches Medium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegeventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stetig wirkende Ventile (Wege-, Druck- und Stromventile), deren hydraulische Ausgangsgröße proportional dem elektrischen Eingangssignal ist und die in der Regel durch einen Proportionalmagneten betätigt werden, sind bekannt. Ein solches vorgesteuertes Mehrwegeventil (DE 38 42 633 A1) weist mehrere Druckmittelkammern auf, die hintereinander angeordnet sind. Hierbei werden Stößel und Ventilkolben durch O-Ringe geführt. Das Verstellen beider Teile ist entsprechend schwergängig, weil reibungsbehaftet. Außerdem müssen die Sitzdurchmesser zwecks Anordnung der Dichtungsringe und der konstruktiv bedingten Strömungsquerschnitte übermäßig groß ausgeführt werden.

Aus der DE 30 14 537 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein Magnetventil bekannt, das einen schwenkbaren, als Federhebel ausgebildeten Steuerhebel mit einem Dichtungselement aufweist. Dieses bekannte Ventil ist hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaus mit einem Wegeventil der gattungsgemäßen Art nicht vergleichbar.

Zur Verringerung der aufzuwendenden Verstellenergie bei einem Ventil der gattungsgemäßen Art müssen Reibkräfte weitestgehend vermieden werden. Druck- und Schließkräfte sind möglichst klein zu halten. Erforderliche Stößel sollten daher auch nicht durch die Sitze hindurchgeführt werden. Zu beachten ist ferner, daß Ventil- und Magnethübe aufeinander abzustimmen sind.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Wegeventil zu schaffen, das mit möglichst wenig Energie betätigt werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nur zwei sehr leichte oder je nach Ventil sogar nur ein einziger bügelförmiger Dichtungsträger so im Ventilgehäuse gelagert sind, daß die Dichtungsträger bei Mittelstellung des Stößels mittels der Druckfeder auf die vorhandenen Dichtsitze gedrückt werden können, wozu eine Mindestenergie erforderlich ist. Gleichzeitig ist ein derartiges Ventil kostengünstig herstellbar und bedarf weniger Teile als bisher. Für verschiedene Hübe kann über das Hebellängenverhältnis eine Hubanpassung vorgenommen werden.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist vorteilhaft, daß die hebelförmigen Dichtungsträger aus Blech geformt sind und mittels gebogenen Winkelstücken an einer Stirnfläche des großen Schaftteils am Ventilstößel anliegen. Ausgehend von der erwähnten Mittelstellung drückt bei Zurückziehen des Magnetankers die Regelfeder den hebelförmigen Dichtungsträger vom Dichtungssitz und gibt dadurch den Strömungsquerschnitt frei.

Eine Verbesserung der Erfindung sieht vor, daß der hebelförmige Dichtungsträger mit seinem ersten Hebelende zwischen Vorsprüngen geführt ist, die an einer Fläche des Druckraums im Ventilgehäuse vorgesehen sind. Der hebelförmige Dichtungsträger wird dadurch stets senkrecht zur Dichtungsebene bewegt.

Andere Merkmale sehen vor, daß jeweils zwei hebelförmige Dichtungskörper an sich gegenüberliegenden Stirnflächen des Schaftteils am Ventilstößel mit ihren gebogenen Winkelstücken anliegen. Bei dieser Gestaltung wird ein 3/3-Wegeventil gebildet.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Ventilgehäuse an den Druckraum angrenzend in einem Wandungsquerschnitt Medienkanäle verlaufen, deren Ausgang die Medienanschlüsse bilden. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch innerhalb des Ventils kurze Strömungswege.

Eine Verbesserung der Erfindung sieht vor, daß das Ventilgehäuse im wesentlichen aus einer inneren Nabe, einem äußeren Kranz und dem die Medienkanäle aufnehmenden Wandungsquerschnitt gebildet ist. Je nach Größe des Ventils kann gegenüber bekannten Ventilgehäusen daher erheblich an Werkstoff gespart werden.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist dahingehend gestaltet, daß für die die hebelförmigen Dichtungsträger mit Federkraft beaufschlagenden Druckfedern in einem Deckelgehäuse bzw. im Ventilgehäusedeckel jeweils eine Aufnahmemulde und am hebelförmigen Dichtungsträger ein Führungsabsatz ausgebildet sind. Beide Maßnahmen dienen der sicheren Lagerung der Druckfeder.

Eine Erweiterung des Anwendungsbereiches der Erfindung ergibt sich ferner dadurch, daß mittels zwei axial versetzt angeordneten und radial nach entgegengesetzten Seiten verlaufenden Dichtungsträgern ein 3/3-Wegeventil und durch Weglassen eines der beiden Dichtungsträger ein 2/2-Wegeventil gebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch das Wegeventil und

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1.

Fig. 3 und 4 einen Schwenkantrieb und

Fig. 5 und 6 einen Drehantrieb.

Das Wegeventil, insbesondere als Proportionalventil für pneumatisches Medium ausgestaltet, weist ein Ventilgehäuse 1 auf und einen in diesem geführten Ventilstößel 2. Auf dem Ventilgehäuse 1 ist über einen Dichtungsring 1a ein Elektromagnet 3 aufgesetzt und befestigt. Dessen Magnetanker 4 betätigt über eine aufgesetzte Anpassungsbuchse 4a den Ventilstößel 2, der in einem dichtend (mittels eines O-Rings 5a) aufgesetzten Ventilgehäusedeckel 5, dem Elektromagneten 3 abgewendet mittels einer Regelfeder 6 abgestützt ist. Ferner sind Medienanschlüsse 7, 8, 9 für Arbeits-, Druck- und Entlüftungsleitungen (A, B, R, S, P).

Der auf einer Mittenachse 11 geführte Ventilstößel 2 besitzt ein Schaftteil 12 mit größerem Durchmesser 13 als die angrenzenden Abschnitte und der größere Durchmesser 13 ist in einer Mittenbohrung 14 des Ventilgehäuses 1 gleitend gelagert. Auf diesem Schaftteil 12 größeren Durchmessers 13 liegen erste Hebelenden 15 von axial abgestützten hebelförmigen Dichtungsträgern 16 an, deren zweite Hebelenden 17 im Ventilgehäuse 1 schwenkbar gelagert sind. Eine Druckfeder 18 stützt das zweite Hebelende 17 gegen ein Deckelgehäuse 19 bzw. gegen den Ventilgehäusedeckel 5 ab. Der hebelförmige Dichtungsträger 16 ist in einem festlegbaren Hebellängenverhältnis mit einem Dichtungselement 20 versehen, das konusförmig ausgebildet ist und mit seinem Konus 20a in einer entsprechenden Vertiefung des Dichtungsträgers 16 befestigt ist.

Für den Dichtungsträger 16 ist jeweils zwischen dem Deckelgehäuse 19 bzw. Ventilgehäusedeckel 5 und dem Ventilgehäuse 1 ein Druckraum 21 gebildet. Jedem Dichtungselement 20 ist ein Dichtungssitz 22 für einen der Medienanschlüsse 7 bis 9 zugeordnet.

Die hebelförmigen Dichtungsträger 16 sind zweckmäßigerweise aus Blech geformt und bilden gebogene Winkelstücke 23, die an jeweils einer Stirnfläche 24 des großen Schaftteils 12 am Ventilstößel 2 anliegen. Mit einem ersten Hebelende 15 ist der hebelförmige Dichtungsträger 16 jeweils zwischen Vorsprüngen 25 geführt, die an einer Fläche 26 des Druckraums 21 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen sind. Wie gezeichnet, sind jeweils zwei hebelförmige Dichtungsträger 16 an sich gegenüberliegenden Stirnflächen 24 des Schaftteils 12 am Ventilstößel 2 mit ihren gebogenen Winkelstücken 23 angesetzt. Bei einer Längsverschiebung des Ventilstößels 2 wird je nach Bewegungsrichtung der eine oder andere Dichtungsträger 16 vom Dichtungssitz 22 abgehoben und der entsprechende Medienanschluß 7 bis 9 freigegeben. Je nach Lage der Medienanschlüsse 7 bis 9 kann das Wegeventil im spannungslosen Zustand geöffnet oder geschlossen sein.

Im Ventilgehäuse 1 verlaufen an den Druckraum 21 angrenzend in einem Wandungsquerschnitt 27 die Medienkanäle 7 bis 9, deren Ausgang 28 die Medienanschlüsse bilden. Eine derartige Anordnung der Medienkanäle 7 bis 9 ist möglich, weil das Ventilgehäuse 1 im wesentlichen aus einer inneren Nabe 29, einem äußeren Kranz 30 und einem die Medienkanäle 7 bis 9 aufnehmenden Wandungsquerschnitt 27 gebildet ist.

Für die die hebelförmigen Dichtungsträger 16 mit Federkraft beaufschlagenden Druckfedern 18 sind in dem Deckelgehäuse 19 bzw. im Ventilgehäusedeckel 5 jeweils eine Aufnahmemulde 32 und am hebelförmigen Dichtungsträger 16 ein Führungsabsatz 33 ausgebildet. Wie gezeichnet ist der Führungsabsatz 33 im Ausführungsbeispiel konisch, um die Druckfeder 18 zu zentrieren und zu führen.

Mittels zwei axial versetzt angeordneten und radial nach entgegengesetzten Seiten verlaufenden Dichtungsträgern 16 kann ein 3/3-Wegeventil und durch Weglassen eines der beiden Dichtungsträger 16 ein 2/2-Wegeventil gebildet werden.

Das Wegeventil läßt sich durch Befestigungsbohrungen 34 an jeder Maschine oder Vorrichtung befestigen.

Das Wegeventil wird zweckmäßigerweise als stetiges Vorsteuerventil eingesetzt.

In den Fig. 3 und 4 ist das Wegeventil für einen lagegeregelten Schwenkantrieb dargestellt, wobei die verwendeten Teile gegenüber den Fig. 1 und 2 im wesentlichen gleich sind. Anstelle des als Hubmagneten ausgebildeten Elektromagneten 3 ist ein Schwenkantrieb 35 mit einem Dichtungselement 36 vorgesehen, so daß der Magnetanker 4 einer Drehwelle 37 entspricht.

In den Fig. 4 und 5 ist ein ähnlicher Aufbau für einen Drehantrieb dargestellt, dessen Einzelteile ebenfalls im wesentlichen der Gestaltung der Fig. 1 und 2 entsprechen. Darüber hinaus trägt der Schaftteil 12 Steuerkurven 38. Zur Aufnahme von Axial- und Radialkräften ist vorteilhafterweise eine doppelte Lagerung 39 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen.

Claims (8)

1. Wegeventil, insbesondere Proportionalventil für pneumatisches Medium, mit einem Ventilgehäuse und in diesem geführten Ventilstößel, mit einem auf das Ventilgehäuse dichtend aufgesetzten Elektromagneten, dessen Magnetanker den Ventilstößel betätigt, der in einem dichtend aufgesetzten Ventilgehäusedeckel, dem Elektromagneten abgewendet mittels einer Regelfeder abgestützt ist, ferner mit Medienanschlüssen für Arbeits-, Druck- und Entlüftungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem auf einer Mittenachse (11) geführten Ventilstößel (2) ein Schaftteil (12) größeren Durchmessers (13) in einer Mittenbohrung (14) des Ventilgehäuses (1) vorgesehen ist, auf dem mit einem ersten Hebelende (15) axial abgestützte hebelförmige Dichtungsträger (16) anliegen, die mit ihrem anderen zweiten Hebelende (17) im Ventilgehäuse (1) schwenkgelagert sind, mittels einer Druckfeder (18) gegen ein Deckelgehäuse (19) bzw. ein Ventilgehäusedeckel (5) abgestützt sind und in einem festgelegten Hebellängenverhältnis ein Dichtungselement (20) tragen und daß zwischen Deckelgehäuse (19) und Ventilgehäuse (1) für jeweils einen hebelförmigen Dichtungsträger (16) ein Druckraum (21) gebildet ist, wobei dem Dichtungselement (20) ein Dichtungssitz (22) eines Medienanschlusses (7-9) zugeordnet ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hebelförmigen Dichtungsträger (16) aus Blech geformt sind und mittels gebogenen Winkelstücken (23) an einer Stirnfläche (24) des großen Schaftteils (12) am Ventilstößel (2) anliegen.

3. Wegeventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hebelförmige Dichtungsträger (16) mit seinem ersten Hebelende (15) zwischen Vorsprüngen (25) geführt ist, die an einer Fläche (26) des Druckraums (21) im Ventilgehäuse (1) vorgesehen sind.

4. Wegeventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei hebelförmige Dichtungsträger (16) an sich gegenüberliegenden Stirnflächen (24) des Schaftteils (12) am Ventilstößel (2) mit ihren gebogenen Winkelstücken (23) anliegen.

5. Wegeventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilgehäuse (1) an den Druckraum (21) angrenzend in einem Wandungsquerschnitt (27) Medienkanäle (31) verlaufen, deren Ausgang (28) die Medienanschlüsse (7-10) bilden.

6. Wegeventil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) im wesentlichen aus einer inneren Nabe (29), einem äußeren Kranz (30) und den die Medienkanäle (31) aufnehmenden Wandungsquerschnitt (27) gebildet ist.

7. Wegeventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die die hebelförmigen Dichtungsträger (16) mit Federkraft beaufschlagenden Druckfedern (18) in einem Deckelgehäuse (19) bzw. im Ventilgehäusedeckel (5) jeweils eine Aufnahmemulde (32) und am hebelförmigen Dichtungsträger (16) ein Führungsabsatz (33) ausgebildet sind.

8. Wegeventil nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zwei axial versetzt angeordneten und radial nach entgegengesetzten Seiten verlaufenden Dichtungsträgern (16) ein 3/3-Wegeventil und durch Weglassen eines der beiden Dichtungsträger (16) ein 2/2-Wegeventil gebildet ist.