DE8803957U1

DE8803957U1 - Mehrwegeventil

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Publication number: DE8803957U1
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Authority: DE
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Priority date: 1987-05-02
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1988-06-23

Description

MEHRWEGEVENTIL

Die Neuerung betrifft ein Mehrwegeventil, Insbesondere für drucklibertragende Medien, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Vielzahl von Zu- und Abgangsöffnungen sowie einem 1m Gehäuse bewegbaren, als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildeten Stellglied mit Einrichtungen zur wahlweisen Verbindung der Zu- und Abgangsöffnungen des Gehäuses.

Stetige Mehrwegeventile, insbesondere ServoventiIe, dienen in der Fluidtechnik der Einstellung vorbesti.umter Volumenströme oder Drücke, z.B. in der Handhabungstechnik, wo neben elektrischen auch hydraulische oder pneumatische freipositionierbare Antriebe eingesetzt werden.

Derartige Antriebe weisen meist einen Linearantrieb (Zylinder) auf, dessen Verdrängerräume liber stetige Ventile mit dem Druckmedium versorgt werden. Durch Zufuhr unterschiedlicher Voluinenströme lassen sich unterschiedliche Hubgeschwindigkeiten erzielen. Bei federabgestützten Zylindern wird durch Aufbringen eines bestimmten Druckes eine bestimmte Position angefahren. Hierbei sorgen stetige Ventile fü> die Einhaltung des geforderten Druckes.

An stetige Ventile werden im allgemeinen hohe Anforderungen hinsichtlich der Verstellgeschwindigkeit gestellt. Vor allem bei der Verwendung gasförmiger Druckmedien kann nur über schnelle Umbelüf tungen der Verdrängerräume des Antriebes eine zufriedenstellende Genauigkeit und Laststeifigkeit

?rz1e1t werden. Die beweglichen Schieber der bekannten stetigen Ventile sind jedoch relativ schwer, so daß zur schnellen Verstellung hohe Beschleunigungskräfte notwendig sind. Zudem besitzen L1nearschiebervent11e eine relativ große Angriffsfläche fUr Strömungskräfte, die bei der Drosselung oder Umlenkung von Strömen Immer entstehen und das Ventil zu schließen versuchen. Auch diese relativ hohen Kräfte müssen vom elektromechanischen Wandler aufgebracht werden. Es existieren zwar einige Lösungsansätze zur Kompensation der Strb'mungskräf te an Linearschiebern durch spezielle konstruktive Maßnahmen, jedoch sind diese Maßnahmen alle fertigungstechnisch aufwendig und meistens nicht Über den ganzen Arbeitsbereich des Ventils wirksam.

Um eine ausreichend große Verstellgeschwindigkeit zu erzielen, werden relativ schwere Ventile mit starken und damit entsprechend schweren und großen elektromechanischen Wandlern verwendet.

Soweit die Aufgabe mit mehrstufigen Ventilen gelöst ist, ergeben sich zusätzliche Probleme hinsichtlich des erhöhten Bauaufwandes und der Empfindlichkeit gegen Verschmutzung.

Ein Ventil der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 31 49 306 bekannt. Es handelt sich dabei um ein mit einem dünnwandigen Axial schieber als Stellglied ausgestattetes Mehrwegeventil. Das einstückige Stellglied ist in eine Anzahl zylindrischer Abschnitte unterteilt und voll vom zu steuernden Medium umströmt. Dabei wirken starke Strömungskräfte auf die von der Hantelfläche des Stellgliedes gebildeten Ringflächen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es nur geringe Antriebskräfte benötigt, so daß ein vergleichsweise kleiner elektromechanischen Wandler in der Lage ist, relativ

große fIuI dl sehe Leistungen unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung eines f1u1d1schen Verstärkers, zu steuern.

Dieses Ventil soll fertigungstechnisch einfach ausgebildet und sehr schnell und stetig verstellbar sein. Es soll ferner, bezogen uf seine Öurchf1ußieistung klein bauen, d.h. •ine günstige Volumenausnutzung aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe beteht neuerungsgemäß darin, daß das Stellglied als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildet ist.

Infolge der OUnnwandigkeit bietet das Stellglied den () Strömungskräften als Angriffsfläche lediglich die kleinen

Randflächen der Stellgliedöffnungen, so daß diese Kräfte deutlich geringer sind, als bei bekannten Ventilen. Ferner ergibt die geringe Gesamtmasse des Stellgliedes ein kleines Massenträgheitsmoment.

Beide Eigenschaften bewirken in vorteilhafter Weise, daß nur sehr geringe Antriebskräfte am Stellglied erforderlich sind, so daß es z.B. möglich ist, an der Stellgliedachse unmittelbar einen elektrischen Antrieb anzubringen. Dies gilt sowohl flir Drehschieberausbildungen als auch fUr Linearschieberventile.

Einzelne Merkmale der Neuerung, z.B. die Durchgangsöffnungen 1m Stellglied mögen zwar aus anderen Druckschriften, wenngleich in anderem Zusammenhang, bekannt sein, z.B. aus der DE-OS 27 26 503, dem DE-GM 17 50 261 oder der DE-OS 31 26 041, doch sind sie hier bei Axialventilen vorgesehen, die ein dickwandiges* in mehrere Kammern unterteiltes oder zumindest einseitig abgeschlossenes, axial bewegliches, dickwandiges Stellglied aufweisen, das auch nur teilweise durchströmt, im wesentlichen aber umströmt ist und auf das starke Strömungskräfte einwirken.

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Eine Kombination dieser bekannten Merkmale mit dem eingangs erwähnten Mehrwegeventi 1 hätte nicht zur Lösung der* gestell'

ten Ausgab·-, geführt.

In den UnteransprUchen sind vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des neuerungsgemüßen MehrwegeventHes angegeben. Nächstehend 1st die Neuerung anhand von 1n der Zeichnung

dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

PIg-I pjn Qfehsehiehoryenti 1 im LSngsschjiUt

Fig.? einen Querschnitt nach der Linie H-I 1n F1g.l

k &ngr; F1g.3 ein Mehrkammer-Drehschieberventi1 im Längsschnitt

^u[ " Fig.4 einen Querschnitt durch ein abgewandeltes, druckent

lastetes Drehschieberventil

Fig.5 einen Längsschnitt durch ein Linearschieberventil und Fig.6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig.5.

f Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Drehschieberventil als

■> 3/3-Wegeventi 1 . Es besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1

&Aacgr; mit einer Zugangsöffnung 2 und zwei Abgangsöffnungen 3,4

\ sowie aus einem ebenfalls zylindrischen, im Gehäuse 1

drehbar gelagerten Stellglied 5 mit zwei Durchgangsöffnungen 6,7, die den Zu- und Abgangsöffnungen 2,3,4 zugeordnet sind.

Das Stellglied 5 ist als sehr dünnwandiger, an den Stirnseiten geschlossener Hohlkörper ausgebildet. Mit 9 ist eine Antriebsachse für einen Drehantrieb bezeichnet.

Je nach der gegebenen Drehwinktlstel1ung des Stellgliedes 5 ermöglicht dieses eine Weiterleitung des durch die Zugangsöffnung 2 angebotenen Mediums durch die Abgangsöffnungen 3 oder 4» Infolge der extrem dünnen Wände des StengH^es ergeben sich nur vernachlässigbar kleine Strömungskräfte in Umfangsrichtung an den Durchgangsöffnungen 6»?, ~ Jaß sich das Stellglied 5 leicht und rasch umschalten läßt.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform eines Drehschieberventils, bei dem durch Drehung eines Stellgliedes 5 mehrere Zu- und Abgangsleitungen synchron bedient werden können. Zu diesem Zweck ist das Stellglied in mehrere, hier zwei geschlossene Kammern 10,11 unterteilt. Im übrigen ist dieses Ventil wie dasjenige der Fig.l und 2 aufgebaut.

Die Ventile der Fig.l bis 3 eignen sich nur dann, wenn zwischen den Strömungskanälen geringe Druckdifferenzen herrschen, da die radial auf das Stellglied 5 wirkenden Druckkräfte nicht ausgeglichen sind. Höhere Druckdifferenzen wlirden daher relativ hohe Reibungskräfte zwischen dem Stellglied 5 und dem Gehäuse 1 verursachen.

Um dies zu vermeiden, ist gemäß FIo.4 eine Ausführungsform vorgesehen, bei der Zu- und Abgangsöffnungen 2, 3, und 4 sowie 12,13,14 für gleichartige Strömungen einander paarweise diametral gegenüberstehend angeordnet sind. Dementsprechend weist das Stellglied 15 zwei zugeordnete Durchgangsöffnungen 6,16 auf, die die Zugangsöffnungen 2,12 jeweils mit dem einen oder anderen Paar Abgangsöffnungen 3,13 bzw 4, 14 verbinden.

Da bei dieser Ausführungsform keine resultierenden Druckkräfte auf das Stellglied 15 1n radialer Richtung wirken, 1st diese Ausführungsform druckausgeglichen. Sie 1st auch fUr hohe Druckdifferenzen beeignet.

Das Prinzip, das Stellglied als dünnwandigen Hohlkörper auszubilden, 1st auch bei L1nearsch1ebervent11en mit Vorteil anwendbar.

Die FIg. S und 6 zeigen eine solches L1nearsch1ebervent11. In einem GehHuie 21 lind Zu- und Abgangsöffnungen 22, 23, 24 vorgesehen. Im Gehäuse 21 1st ein Stellglied 25 IHngsgefUhrt

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angeordnet. Es 1st kürzer als die vom Gehäuse 21 umschlossene Kammer 28 und weist zwei einander gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 26,27 auf. Diese sind in axialer Richtung als Schlitze ausgeführt und reichen soweit, daß sie die wahlweise Verbindung der Zu- und Abgangsöffnungen 22» 23 bzw. 22, 24 ermöglichen.

Die Zu- und Abgangsöffnungen 22, 23 und 24 münden in Ausnehmungen 17, 18, 19, die das Stellglied ringförmig umgeben und damit druckentlasten.

Das Stellglied 25 1st an seinen Stirnseiten offen. An der ei<ien Stirnseite ist es mit einer Antriebsstange 29 verbunden, die von außerhalb des Gehäuses 21 betätigbar ist.

Je nach der axialen Stellung des Stellgliedes 25 strömt Medium durch die Zugangsöffnung 22 und die Ausnehmung 17 in das Innere des Stellgliedes 25 und von dort durch die Ausnehmung 18 bzw. 19 zu den Abgangsöffnungen 23 oder 24. Die axiale Verstellung des Stellgliedes erfordert extrem kleine Kräfte. Wegen der völligen Umströmung des Stellgliedes 1m Bereich der Ausnehmungen 17,18 und 19 1st auch ein völliger Druckausgleich gegeben.

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Claims

PATENTANWALT Dipi.-Ing. Wolfgang K. Rauh M«teletr.55-Te!.(0241)17414V.: ."."'I .*·..". Anm. Prof.Dr.-Ing.,Wolfgang Backe Preusswe«) 96, 5100 AACHEN Dr.-Ing. Heiner Kolvenbach Kasinostr.53, 5100 AACHEN Anw.akte 4-S06 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Mehrwegeventil, insbesondere für druckübertragende Medien, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Vielzahl von Zu- und Abgangsöffnungen sowie einem im Gehäuse bewegbaren, als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildeten Stellglied mit Einrichtungen zur wahlweisen Verbindung der Zu- und Abgangsöffnungen des Gehäuses,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Stellglied (5,15) ein zylindrischer Hohlkörper

1st, dessen Einrichtungen zur Verbindung der Zu- und

Abgangsöffnungen (2,3,4; 12,13,141 des Gehäuses (1) aus

einer Anzahl diesen zugeordneten Durchgangsöffnungen

(6,16,7) bestehen, die eine ausschließliche Durchströmung

des Stellgliedes (5,15) gestatten und

daß das Stellglied (5,15) 1m Gehäuse (1) drehbar gelagert

1st und einen Drehantrieb aufweist.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Q daß das Stellglied (5,15) In axialer Richtung mehr als

eine Kammer (10,11) aufweist.

3. Mehrwegeventil, Insbesondere für druckUbertragende Medien, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Vielzahl von Zu- und Abgangsöffnungen sowie einem im Gehäuse bewegbaren, als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildeten Stellglied mit Einrichtungen zur wahlweisen Verbindung der Zu- und Abgangsöffnungen des Gehäuses,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Stellglied (25) ein allgemein rohrförmiger,

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stirnseitig offener Hohlkörper ist, der kurzer als das Gehäuse (21) und in diesem axial verschiebbar angeordnet ist und einen Axialantrieb (29) aufweist» und
daß seine Einrichtungen zur Verbindung der Zu- und Abgangsöffnungen (22,23,24) des Gehäuses (21) ausschließlich aus einer Anzahl diesen zugeordneten Durchgangsöffnungen (26,27) bestehen, die. eine ausschließliche Durch-

. strömung des Stellgliedes (25) gestatten.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß jeweils Zu- und Ah^angsöffnungen (2,3,4; 12,13,14, 22,23,24) des Gehäuses (1,21) für gleichartige angeschlossene Leitungen im Gehäuse (1,21)

' paarweise diametral einander gegenüberstehend angeordnet

sind.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abgangsöffnungen (2,3,4; 12,13,14; 22,23,24) des Gehäuses (1,21) einerseits und/oder die Durchgangsöffnungen (6,16,26) des Stellgliedes (5,15,25) andererseits als Axialschlitze ausgebildet sind.

Für Prof .Or.-Ing. Wolfgang Backe und
&lgr; Dr.-Ing. He/Tfier Kolvenbach:

Dipl.-IngJJtloTf^ä>g K. RAUM PMTENTA N/WALT