DE4227201A1 - Modulsystem für lineare pneumatische oder elektro-pneumatische Stellventile - Google Patents

Description

Es sind pneumatische oder elektro-pneumatische Stellventile bekannt, bei denen der Ventilschieber in einer Buchse verstellt wird, um der Verschiebestellung entsprechende Luftverteilungen durchzuführen. Üblicherweise werden dabei für jede Anwendungs­ form vollständige Ventile mit sämtlichen Baugruppen und Einzel­ teilen ausgeliefert.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen einzigen Ventiltyp für alle beliebigen Anwendungen benutzen zu können, indem mit einem einzigen Basismodul wahlweise verschiedene - modulare - Pilotköpfe vereinigt werden.

Bei bekannten Stellventilen kommt es vor, daß im Zuge der Stell- oder Mitnahmebewegung am Schieber radiale Kräfte entstehen, aus denen axiale Reibungskräfte zwischen Schieber und Verteilerbuchse resultieren. - Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung lassen sich diese zwischen Buchse und Schieber entstehenden radialen Kräfte reduzieren.

Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Modulsystems sind nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen oder elektro-pneumatischen linearen Stellventils in Modul­ bauweise gemäß der Erfindung mit seinen Hauptbestandteilen, nämlich einen modularen Hauptkörper 1 und Pilotköpfen 2, 3, die in Montagestellung relativ zueinander sowie relativ zu einer Grundplatte 4 mit einer dazwischen angeordneten Dichtung 5 dargestellt sind;

Fig. 2 den Gegenstand der Erfindung von unten gesehen, wobei die Bauteile 1, 2, 3 und die Dichtung 5 zusammengebaut sind;

Fig. 3 einen Hauptkörper 1 und einen vollständigen Pilotkopf 2 in Montagestellung, während

Fig. 4a und 4b Einzelheiten der Stell- oder Mitnehmer­ vorrichtung in Montageposition bzw. in Arbeitsposition zeigen.

Die Modulbauweise für lineare, pneumatische oder elektro­ pneumatische Stellventile gemäß der Erfindung ist gleichermaßen bei durch lineare oder drehende Bewegung betätigten pneumatischen oder elektropneumatischen Stellventilen anwend­ bar. Eine Anwendung für lineare Stellventile ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Bei Anwendungen für drehende Stell­ ventile wird der Kopf c des Schiebers 9 am Kopf c′ montiert, der mit einem Ausgleichsarm versehen ist.

Entsprechend der Erfindung und der gezeigten Ausführung umfaßt das Modulsystem für lineare pneumatische oder elektro-pneuma­ tische Stellventile einen Hauptkörper 1 oder Basismodul, der mit einer Dichtung s auf einer Grundplatte 4 befestigt ist und Pilotköpfe 2, 3 aufnimmt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß es sich bei den Pilotköpfen 2, 3 um eigenständige Bauelemente handelt, die der Benutzer nach Bedarf mit dem Hauptkörper 1 vereinigt. Ausgehend vom Hauptkörper 1, kann man somit unter­ schiedliche Stellventile herstellen. Wird beispielsweise nur der Pilotkopf 2 montiert, erhält man ein lineares und pneuma­ tisches Stellventil; wird dagegen an der aus Hauptkörper 1 und Pilotkopf 2 bestehenden Baugruppe noch ein Pilotkopf 3 mon­ tiert, erhält man ein lineares und elektro-pneumatisches Stellventil.

Der Pilotkopf 2 für pneumatische Steuerung umfaßt einen Körper 21, der mittels Verschraubung oder Verstiftung am Hauptkörper 1 befestigt wird. Entsprechend Fig. 3 ist die Unabhängigkeit des Pilotkopfes 2 dadurch erreicht, daß der Körper 21 eine ringförmige Ausnehmung 211 enthält, an deren Umfangsrändern eine balgartige Membran 22 mittels eines Bronzerings 23 festgespannt ist.

Der Körper 21 ist auf einem Anschluß- oder Spannbolzen 10 montiert, der üblicher Art sein kann oder in spezieller erfindungsgemäßer Ausgestaltung einen stumpfkonischen Kopf c′ aufweist und somit zur besseren Anpassung und Aufnahme in der konischen Ansenkung der Buchse 8 dient, in welcher der Schieber 9 des Hauptkörpers 1 verstellbar ist. Am stumpfkonischen Kopf c′ sind Halteklauen oder -Vorsprünge r vorgesehen, die mit dem Kopf c des Schiebers 9 in Eingriff kommen.

Der andere Pilotkopf 3 besteht aus einem Signalwandler, der ein empfangenes elektrisches Signal (veränderlicher Intensität) umwandelt und über den Pneumatikkreis 6 ein entsprechendes pneumatisches Drucksignal sendet. Der Pilotkopf 3 wird mit üblichen Haltemitteln, z. B. Schrauben, am Hauptkörper 1 ange­ bracht und ist ebenfalls ein eigenständiges Bauelement.

Der Pneumatikkreis 6 wird durch ein elektrisches Signal, d. h. mittels Erregung einer Spule im Pilotkopf 3 aktiviert/ deaktiviert. Dieser Pneumatikkreis 6 ist ständig durch die Auslaßöffnung 63 definiert, über die eine Verbindung vom Pilotkopf 3 zu einer im Hauptkörper 1 befindlichen Leitung 61 hergestellt wird, die in die Dichtung 5 mündet. Anschließend kann die Luftführung entsprechend Fig. 2 und 3 zwischen Dichtung 5 und Grundplatte 4 oder Hauptkörper 1 erfolgen, wozu sie in einen Kanal 65 mündet, der in eine Zunge 66 der Dichtung 5 eingearbeitet ist, die in einer zugeordneten Ausnehmung 67 des pneumatischen Pilotkopfes 2 Aufnahme findet. Bezüglich des Kanals 65 verfügt die Dichtung 5 sowohl über eine mit der Leitung 61 im Hauptkörper 1 in Verbindung stehende Öffnung 61′, als auch in der Zunge 66 über eine Öffnung 62, die mit einem Kanal 62′ des Pilotkopfes 2 in Verbindung steht.

Mit dem Pilotkopf 2 lassen sich zwei Arbeitsvarianten durch­ führen: eine mit direkter Wirkung (indem das Pilotsignal erhöht wird, tritt der Stellbolzen des Zylinders aus diesem heraus) und eine, bei der das Stellventil in umgekehrter Richtung wirkt (indem das Pilotsignal erhöht wird, zieht sich der Stellbolzen in den Zylinder zurück).

Um zu einer elektro-pneumatischen Modulventileinheit zu gelan­ gen, braucht lediglich die aus modularem Hauptkörper 1 und Pilotkopf 2 bestehende Baugruppe um einen zweiten Pilotkopf 3 erweitert zu werden, so daß ein elektro-pneumatisches Steuer­ ventil entsteht, d. h. ein Ventil, das normierte elektrische Steuersignale empfängt. Dazu wird der Pilotkopf 3, bei dem es sich um einen elektrisch-pneumatischen (I/P) Signalwandler handelt, mittels zweier Schrauben an einer Seite des Hauptkörpers 1 befestigt.

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich sowohl auf pneuma­ tische als auch auf elektro-pneumatische Stellventile, gleichgültig, ob es sich um Ventile mit linearer oder drehender Stellbewegung handelt. Durch Verstellen des Schiebers 9 in der Buchse (8) wird die Luft entsprechend der jeweiligen Schieber­ stellung verteilt.

Gemäß der Erfindung und den Darstellungen in Fig. 4a und 4b trägt der Schieber 9 einen Kopf c, zwischen dem und dem übrigen Schieberkörper eine Nut 71 angeordnet ist. Somit entstehen zwei unterschiedliche Durchmesser, nämlich der Durchmesser d1 des Körpers im Auskehlungsbereich und der Durchmesser d3 des Kopfes c.

In der Vorderseite des Kopfes c ist eine Kugel 11 befestigt, die koaxial zum Kopf c und zum Schieberkörper 9 angeordnet ist. Die Betätigungsstange oder der Stellbolzen 10 andererseits verfügt über einen Kopf c′ mit einander diametral gegenüber­ liegenden Klauen r und einer Anschlagwand P, wobei zwischen Klauen und Wand ein seitlich und nach vorne offener Aufnahme­ raum 72 begrenzt ist. Durch diesen Kopf c′ werden zwei Abstände bestimmt: ein Abstand d2, der dem Innenabstand zwischen den Klauen r entspricht, und ein Abstand d4, der der (radialen) Weite des Aufnahmeraum 72 entspricht. Dabei müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

• - d1 < d2; insbesondere sollte d1 sehr wenig kleiner sein als d2, damit eine Verstellung ohne großes Spiel möglich ist;
• - d3 < d4; insbesondere sollte d3 nur wenig kleiner sein als d4, damit eine Verstellung ohne großes Spiel möglich ist.

Beim Zusammenbau wird entsprechend Fig. 4a und 4b der Kopf c in den Aufnahmeraum 72 eingesetzt, und die Klauen r befinden sich in der Nut 71. Die Kugel 11 bleibt am Stellbolzen 10 anliegend, indem sie durch eine Feder gegen die Anschlagwand P gedrückt wird wobei die Feder gegen das andere Ende des Schiebers 9 drückt. Der Stellbolzen 10, an dem sich der Kopf c des Schiebers 9 abstützt, hält die Bauteile des vorderen Pilot­ kopfes 2 zusammen.

Bei linear betätigten Stellventilen entstehen die Bewegungen des Stellbolzens 10 durch die Funktionsweise des Stellventils, die einen Ausgleich zwischen der durch den Pilotdruck auf die Fläche der Membran 22 erzeugten Kraft herbeiführt und der Kraft, die durch die externe Feder des Stellventils auf den Schieber 9 ausgeübt wird.

Um das Entstehen radialer Kräfte am Schieber 9 zu vermeiden, die in axiale Reibungskräfte zwischen Schieber und Verteiler­ buchse umgewandelt werden und die sich in einem Verlust an Empfindlichkeit beim Aufsuchen des Gleichgewichtszustandes auswirken, ist an der gegenseitigen Abstütz- oder Anlagestelle eine Kugel angeordnet, mit der die Aufgabe der Verbindung ohne Reibung gelöst wird. Die Aktions- und Reaktionskräfte werden dadurch axial in der Achse des Schiebers 9 übertragen.

Mit demselben Ziel, die radialen Kräfte zwischen Verteiler­ buchse 8 und Schieber 9 zu verringern, befindet sich im hinteren Bereich des Schiebers eine Feder, deren Aufgabe darin besteht, die Anlage der Kugel 11 am Stellbolzen 10 aufrechtzu­ erhalten. Um sicherzustellen, daß die Mitnehmerbewegung zustandekommt und dies nicht ausschließlich durch die von der Feder ausgeübten Kraft geschieht, ist der Stellbolzen 10 mit zwei Klauen r versehen, für die im Kopf c des Schiebers 9 so eingerichtete Aufnahmen - Führungen 71 - vorgesehen sind, daß sie keinen Kontakt herstellen. Ein solcher Kontakt entsteht bei großen Druckänderungen, während hier das Zustandekommen der Mitnahmebewegung von Interesse ist.

Im Fall von Stellventilen mit drehender Stell- oder Betäti­ gungsbewegung, die einen ähnlichen Aufbau wie die linearbe­ tätigbaren Stellventile besitzen, beruht die Funktionsweise auf dem Ausgleich der Kräfte, die von der Membran 22 über einen den Kopf c′ tragenden Ausgleichsarm ausgeübt werden. Dabei ist der Kopf c des Schiebers 9 an dem genannten Ausgleichsarm abge­ stützt, und um Radialkräfte zu vermeiden, ist der Kopf c des Schiebers 9 ebenfalls mit der vorgenannten Kugel 11 versehen.

Genauso wie bei der vorher beschriebenen Ausführung ist der Ausgleichsarm mit zwei Klauen r versehen, die in Aufnahmen - Nut 71 - des Schiebers 9 eingreifen, was bei entsprechenden Bewegungen die Mitnahmebewegung der Baugruppe ermöglicht.

Claims (5)

1. Modulsystem für lineare pneumatische oder elektro­ pneumatische Stellventile, mit einem bearbeiteten modularen Hauptkörper, der auf einer Grundplatte montiert ist und mindestens einen in einer Verteilerbuchse verstellbaren Schieber zur Steuerung der Druckluftverteilung enthält und mit einem oder mehreren Pilotköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotkopf (2), der mit dem Hauptkörper (1) insbesondere durch Verstiftung verbunden ist, Einrichtungen für eine Anschluß- oder Anlageverbindung zwischen dem Schieber (9) und einem Stellbolzen (10) aufweist und als Modularkörper ausgestaltet ist und eine durch eine Membran (22) abgeschlossene Kammer enthält, wobei die Membran von dem Stellbolzen (10) durchsetzt und an ihrer Frontseite mittels eines in einer zugeordneten Ausnehmung (211) des Pilotkopfes (2) aufgenommenen Bronzeringes (23) eingespannt ist, so daß der Pilotkopf seine Moduleigenschaft erhält.

2. Modulsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am modularen Hauptkörper (1) ein als elektro-pneumatischer Signalwandler ausgebildeter zusätzlicher Pilotkopf 3 angeschlossen ist, der in pneumatischer Verbindung mit dem ersten Pilotkopf (2) steht und der zusammen mit dem ersten Pilotkopf (2), dem modularen Hauptkörper (1) und einer Grundplatte (4) einschließlich einer hermetischen Dichtung (5) aufgrund der zwischen diesen bestehenden Verbindung einen Pneumatikkreis bildet, wobei die von der Grundplatte unabhängige Dichtung (4) ebenfalls den Pneumatikkreis für die Verteilerleitungen untereinander bildet, und daß der Pneumatikkreis durch Beaufschlagung der Membran (22) der abgeschlossenen Kammer eine Verstellung des an den Schieber (9) angeschlossenen Stellbolzens (10) veranlaßt und dadurch ein elektro-pneumatisch gesteuertes Stellventil entsteht.

3. Modulsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pneumatikkreis der Reihe nach durch eine Auslaßöffnung (63) im zweiten Pilotkopf (3), einen Kanal (61) im modularen Hauptkörper (1), eine von Dichtung (5), Grundplatte (4) und/oder modularem Hauptkörper (1) gemeinsam gebildete Leitung und durch einen Kanal (62′) im ersten Pilotkopf (2) gebildet ist, der in die abgeschlossene Kammer mündet.

4. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Anschluß- oder Anlageverbindung zwischen dem Schieber (9) und dem zum ersten Pilotkopf (2) gehörenden Stellbolzen (10) einen am Stellbolzen (10) angeordneten Anschlußkopf (c′) mit mehreren Klauen (r) aufweisen, zwischen denen der Kopf (c) des Schiebers (9) zu dessen Mitnahme festgehalten ist, wenn die Antriebsbewegungen aufgrund großer Druckänderungen dazu Anlaß geben, wobei der Anschlußkopf (c′) des Pilotkopfes einen zu seinem freien Ende hin konisch verjüngten Abschnitt aufweist, der einer Ausnehmung der den Schieber (9) führenden Verteilerbuchse (8) angepaßt ist.

5. Modulsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anschlußverbindung zwischen dem Schieber (9) und dem bei einem linearen Stellventil vorgesehenen Stellbolzen (10) oder dem bei einem drehenden Stellventil 1 vorgesehenen Betätigungshebel, mit folgenden Merkmalen:

• a) der Schieber (9), durch dessen Verstellung in der Verteilerbuchse die Druckluftverteilung gesteuert wird, ist an einem Ende mit einem Kopf (c) mit einer achszentrisch als Anlage vorstehenden Kugel (11) versehen;
• b) der Stellbolzen (10) oder der Betätigungshebel trägt einen Kopf (c′) mit Klauen (r), zwischen denen der Kopf (c) des Schiebers (9) aufgenommen und festgehalten ist, um die Mitnahmebewegung zu bewirken, wenn den Betätigungsbewegungen große Druckänderungen zugrundeliegen;
• c) der Kopf (c) des Stellbolzens (10) enthält eine Anlagewand P, an der sich die Kugel (11) abstützt, so daß mit dem Schieber eine nicht starre Verbindung entsteht, in der die Aktions- und Reaktionsbeanspruchungen durch die Achse des Schiebers (9) übertragen werden;
• d) der Schieber (9) ist an seiner Rückseite mit einer Druckfeder (20) versehen, welche die Kugel (11) in ständigem Kontakt mit der Anlagewand (P) des Spannbolzens (10) hält.