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Mehrwegschieber Die Erfindung betrifft das Gebiet der Ventilanordnungen
für die Steuerung oder Regelung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels.
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Ventilanordnungen zur Druckregelung umfassen gewöhnlich ein oder mehrere
Ventile, die von verschiedener Bauart sein können. Vorzugsweise werden beispielsweise
Tellerventile, Kugelventile oder Klappenventile verwendet. Bei einigen Bauweisen
von Regelanordnungen werden solche Ventile durch den Druck aus der Druckquelle gegen
ihre Ventilsitze gehalten. Oft ist eine unerwünscht hohe Anfangskraft erforderlich,
um das Ventil zu lösen und von seinem Sitz abzuheben. Bei anderen Bauweisen von
Regelanordnungen sucht der Druck aus der Druckquelle das Ventil zu öffnen, das durch
eine Feder gegen seinen Sitz gehalten wird. Die Kraft zum Halten des Ventils auf
seinem Sitz muB größer sein als die Kraft, die durch den Druck aus der Druckquelle
ausgeübt wird, um es von seinem Sitz abzuheben. Hierdurch wird ein einwandfreier
Sitz gewährleistet. Es kommt jedoch insbesondere bei pneumatischen Systemen häufig
vor, daB der Druck aus der Druckquelle sich sehr beträchtlich ändert. Die Kraft,
die notwendig ist, um die Feder zu überwinden
und das Ventil von
seinem Sitz abzuheben, ändert sich daher mit den Änderungen des Druckes der Druckquelle;
dies ist ebenfalls unerwünscht.
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Unmittelbar wirkende Ventile, insbesondere Röhr- und Klappenventile,
haben gewöhnlich als Ventilsitz einen Ring aus Kautschuk oder einer kautschukartigen
Substanz. Derartiges Material ist plastisch verformbar, und wenn das Ventil sich
auf seinem Ritz befindet, sucht der Kautschuk von der Fläche von hohem Druck zu
derjenigen von niedrigem Druck zu fließen. Eine übermäßige Verzerrung des Sitzringes
ist schädlich, da sie das Arbeiten des Ventils zu verlangsamen geeignet ist und
einen weniger einwandfreien Sitz schafft.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Ventilanordnung zur Steuerung
von Flüssigkeits-oder Gasdruck, für deren Arbeiten nur eine kleine Kraft erforderlich
ist, die unabhängig von Änderungen des Drucks der Druckmittelquelle praktisch konstant
bleibt. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Ventils, das einen
geregelten Durchfluß von Druckmittel gestattet und einen Sitzring aufweist; der
unter Druck nicht stark verzerrt werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung in Form eines
Mehrwegschiebers für die Steuerung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels,
der eine druckmitteldichte Kammer mit einer Verbindung für das- Druckmittel und
zwei gleichachsig angeordnete; rohrförmige Ventilglieder aufweist, die als weitere.
Verbindungen für das Druckmittel dienen sowie in axialer Richtung in einem Abstand
voneinander liegen, und von denen wenigstens eines in einer Wand der'Kammer axial
verschiebbar ist. Ein solcher Mehrwegschieber weist erfindungsgemäß folgende- Merkmale
auf: Eine Buchse, die mit den Ventilgliedern gleichachsig verläuft, mit Bezug auf
diese Ventilglieder axial verschiebbar. ist und die benachbarten Enden der Ventilglieder
überlappt, einen von der Buchse getragenen. Sitzring für die Stirnseiten der Enden
der Ventilglieder, Druckmitteldurchgänge in der Buchse, welche auf gegenüberliegenden
Seiten des Sitzringes in gleichen, geringen axialen Abständen von diesem angeordnet
sind, und Mittel zum Bewegen wenigstens eines der Ventilglieder gegen den Sitzring
und von diesem weg, um den Druckmittelfiuß durch die Durchgänge der Buchse--zu unterbrechen
bzw. zuzulassen.
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Die benachbarten Enden der rohrförmigen Ventilglieder können zweckmäßig
abgeschrägt sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Mehrwegschiebers gemäß
der Erfindung sind die benachbarten Enden der rohrförmigen Ventilglieder auf ihrem
inneren Umfang abgeschrägt und innerhalb der Buchse verschiebbar, um sich auf den
Sitzring aufzusetzen, der in der Mitte der Buchse auf ihrer Innenseite angeordnet
ist.
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Eine zylindrische Hülse. ist gleitbar innerhalb der Teile von größerem
Durchmesser der rohrförmigen- Glieder eingepaßt, und ein Sitzring erstreckt sich
aus der Hülse nach außen und bildet. einen druckmitteldichten Sitz für die benachbarten
abgeschrägten Enden der. Ventilglieder. Die Buchse ist mit einer Mehrzahl von- Löchern
versehen, die durch sie auf beiden Seiten des Sitzringes radial hindurchgehen. Das
abgeschrägte Ende eines jeden Ventilgliedes besitzt einen größeren Durchmesser als
das Ende, das verschiebbar durch die Bohrung in der Kammer hindurchtritt, wobei
die Änderung im Durchmesser innerhalb der Druckkammer stattfindet und eine sich
nach außen erstreckende ringförmige Stufe bildet. Dei äußere Durchmesser des Teiles
mit kleinerem Durchmesser des Ventilgliedes ist gleich dem Innendurchmesser' des
Teiles. mit größerem Durchmesser, wenn diese Teile gleichachsig sind, und die wirksame
Fläche. des Ventilgliedes in der einen axialen .Richtung ist gleich seiner. wirksamen
Fläche in der anderen axialen Richtung. - Wenn so das Ventil .geschlossen und die
Kammer unter Druck gesetzt wird; wird die Kraft, die durch den Druck ausgeübt wird
und auf die Stufe des Ventilgliedes in der einen axialen Richtung einwirkt, durch
die axiale Komponente der Kraft ausgeglichen, die auf das abgeschrägte Ende des
Ventilgliedes in der anderen axialen Richtung wirkt. Die Kraft, die erforderlich
ist,' um das Ventil zu öffnen, ist so - lediglich diejenige Kraft, die erforderlich
ist, um den Reibungswiderstand des einen oder der beiden verschiebbaren Ventilglieder
zu überwinden.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die benachbarten Enden der
rohrförmigen Ventilglieder auf ihren äußeren Umfang abgeschrägt und auf der Außenseite
der Buchse verschiebbar, um sich auf den Sitzring aufzusetzen, der in der Mitte
der Buchse auf ihrer Außenseite angeordnet ist.
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Ein Sitzring erstreckt sich von den Gliedern nach innen, um einen
druckmitteldichten Sitz für die benachbarten Enden der Ventilglieder zu schaffen.
Wie bei dem vorherigen Beispiel weist die Buchse eine Mehrzahl von Löchern für den
Durchgang-von Druckmittel auf, aber in diesem Fall sind die rohrförmigen Ventilglieder
mit einer Quelle von Gas-oder Flüssigkeitsdruck und die Kammer mit einer zu betätigenden
Einrichtung verbunden.
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Bei der zuletzt erwähnten Ausführungsform können ferner innerhalb
der druckmitteldichten Kammeir liegende Teile der rohrförmigen Ventilglieder nach
außen auf einen größeren Durchmesser abgestuft sein, wobei die Fläche jeder so gebildeten
ringförmigen Stufe zweckmäßig gleich der projizierten Fläche jedes abgeschrägten
Endes in axialer Richtung ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
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Fig. i ist ein Querschnitt einer Ausführungsform der Ventilanordnung;
Fig. 2 ist ein.Querschnitt einer anderen Ausfüh= rungsform der Ventilanordnung.
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Bei der Ausführungsform nach Fig, i weist das Ventil eine druckmitteldichte
zylindrische Kammer i auf, die an einer Stelle zwischen ihren Enden mit einer Leitung
:2 für die Verbindung mit einer Druckmittelquelle versehen, ist. Eine Bohrung 3
ist in der Mitte jeder Endwand der Kammer vorgesehen,
und rohrförmige
Ventilglieder 4 und 5 sind verschiebbar in jede dieser Bohrungen eingepaßt. Die
Bohrungen und die Ventilglieder sind gleichachsig ausgerichtet, und die Wände der
rohrförmigen Ventilglieder besitzen eine gleichförmige Dicke. Jedes Ventilglied
ist innerhalb der zylindrischen Kammer mit einem Teil 4" bzw. 5" von größerem Durchmesser
versehen, wobei die radiale Breite der so gebildeten Stufe gleich der Wandstärke
ist. Ein Dichtungsring 6 ist gegen jede Endwand der zylindrischen Kammer eingepaßt,
um ein Hindurchsickern von Druckmittel längs der Fläche zwischen dem äußeren Umfang
des Ventilgliedes und der Bohrung, durch welche es hindurchgeht, zu verhindern.
Eine mit Schmiermittel imprägnierte Filzscheibe 7 ist gegen jeden Dichtungsring
gelegt. Die beiden Ringe an jedem Ende des Gehäuses werden in ihrer Lage durch ein
Abstandsglied gehalten, das einen rohrförmigen Teil 8, der einen größeren
Durchmesser als die Ventilglieder besitzt und gleichachsig mit diesen verläuft,
und einen ringförmigen Flanschteil9 an jedem Ventilglied aufweist, wobei diese Flanschteile
9 an den Schmierscheiben 7 anliegen und diese zusammen mit den Dichtungsringen 6
an den entsprechenden Kammerendwänden halten. Das Abstandsglied ist in seinem rohrförmigen
Teil 8 mit diametral gegenüberliegenden Löchern versehen, und eine Hülse aus Drahtnetz
oder ähnlichem Filtermaterial (nicht dargestellt) kann über den rohrförmigen Teil
8 des Abstandsgliedes gesetzt werden, um zu verhindern, daß Fremdstoffe in das Ventil
gelangen.
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Eine ringförmige Buchse io ist in die Teile von größerem Durchmesser
der rohrförmigen Ventilglieder 4a, 5a gleitend verschiebbar eingepaßt, wobei die
Büchse io die Enden der Ventilglieder 4, 5 überlappt. Die Wandstärke dieser Buchse
wird so niedrig wie zulässig .gehalten, um den größtmöglichen Durchflußque.rschnitt
der Buchse zu erhalten. Eine ringförmige Nut von rechteckigem Querschnitt ist rund
um den Umfang der Buchse io in der Mitte zwischen ihren Enden vorgesehen, und ein
aus Kautschuk bestehender Sitzring i i von rechteckigem Querschnitt ist in diese
Nut eingepaßt und erstreckt sich aus ihr radial nach außen. Der äußere Umfang der
Buchse ist mit zwei Nuten 12 von kreisabschnittförmigem Querschnitt versehen, wobei
je eine Nut auf jeder Seite des Ringes in dessen Nähe liegt. Vom Grund dieser Nuten
führt eine Mehrzahl von Löchern 13 in die Bohrung der Buchse io. Die benachbarten
Enden der beiden rohrförmigen Ventilglieder 4,5 sind zu einer Schneide abgeschrägt,
wobei sich diese schneidenförmigen Teile am inneren Umfang der Ventilglieder befinden
und sich je auf eine Seite des Sitzringes i i setzen können.
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Das Ventil wird durch Bewegen des einen oder der beiden rohrförmigen
Ventilglieder 4,5 gegeneinander geschlossen, bis sich die ringförmigen Schneiden
je auf eine Seite des Sitzringes aufsetzen und so den Fluß von Druckmittel aus der
Druckmittelquelle durch die Löcher 13 in der Buchse io in die rohrförmigen Ventilglieder
verhindern. Bei geschlossenem Ventil sind die beiden ringförmigen Schneiden, die
auf dem Sitzring sitzen, von dem äußeren Umfang der Buchse io nur durch das sehr
kleine Spiel zwischen dem äußeren Umfang der Buchse und dem inneren Umfang der Ventilglieder
getrennt. Das Fließen des Kautschuks des Sitzringes ist daher sehr beschränkt.
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Jedes der Ventilglieder ist druckentlastet, wenn sich das Ventil in
geschlossener Stellung befindet, d. h. die Kraft, die durch den Druck des Druckmittels
ausgeübt wird und auf die Stufe des Ventilgliedes in der einen axialen Richtung
wirkt, wird durch die axiale Komponente der Kraft ausgeglichen, welche auf das abgeschrägte
Ende des Ventilgliedes in der anderen Richtung wirkt. Die zum Öffnen des Ventils
erforderliche Kraft ist daher nur diejenige Kraft, welche erforderlich ist, um den
Reibungswiderstand des einen oder der beiden verschiebbaren Ventilglieder 4, 5 zu
überwinden, und diese Kraft bleibt sehr gering, ohne Rücksicht auf Druckänderungen
des Druckmittels.
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Um das Ventil zu öffnen, werden das eine oder die beiden Ventilglieder
axial verschoben, und die eine oder die beiden ringförmigen Schneiden verlassen
den Sitzring und legen die Löcher in der Buchse frei. Druckmittel aus der Druckmittelquelle
fließt darauf durch diese Löcher in die Ventilglieder.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung (Fig. a) ist ein Ventil
vorgesehen, das ähnlich dem vorstehend beschriebenen ausgebildet ist. Das Ventil
weist eine druck-mitteldichte zylindrische Arbeitskammer 14 auf, die an einer Stelle
zwischen ihren Enden mit einer Leitung 15 für die Verbindung mit einer zu steuernden
Einrichtung versehen ist. Eine Bohrung 16 ist in der Mitte jeder Endwand der Kammer
vorgesehen, und zylindrische rohrförmige Ventilglieder 17 und 18 sind verschiebbar
in jede dieser Bohrungen eingepaßt. Die Bohrungen und die Ventilglieder befinden
sich in gleichachsiger Ausrichtung, und die Wände der rohrförmigen Ventilglieder
besitzen eine gleichförmige Stärke. Die benachbarten Enden der beiden Ventilglieder
17, 18 sind zu einer ringförmigen Schneide abgeschrägt, deren Durchmesser gleich
dem Außendurchmesser der rohrförmigen Ventilglieder ist.
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Die benachbarten Enden der beiden Ventilglieder sind beide innerhalb
einer zylindrischen Buchse-:2i axial verschiebbar, wobei die Enden der Ventilglieder
von der Buchse überlappt werden. Eine Ringnut von rechteckigem Querschnitt ist um
den inneren Umfang der Buchse in der Mitte zwischen ihren Enden vorgesehen, und
ein Kautschuk-Sitzring 2a von rechteckigem Querschnitt ist in diese Nut eingepafft
und erstreckt sich von ihr radial nach innen. Der innere Umfang der Buchse ist mit
zwei flachen Nuten 23 von rechteckigem Querschnitt versehen, eine auf jeder
Seite des Ringes und benachbart zu diesem, und vom Grund dieser Nuten führt eine
Mehrzahl von Löchern a4 in die Kammer. Die ringförmigen Schneidenteile an den benachbarten
Enden der Ventilglieder 17,18 können
sich je auf eine Seite des
Sitzringes 22 aufsetzen.
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Das Ventil wird geöffnet, indem das eine oder die beiden rohrförmigen
Ventilglieder 17, 18 voneinander weg bewegt werden, wodurch die Löcher in der Buchse
freigelegt werden und dem Druckmittel gestattet wird, durch die Löcher in die Arbeitskammer
14 und von dort z. B. in eine zu betätigende Einrichtung zu fließen. In ähnlicher
Weise wird das Ventil geschlossen, indem das eine bzw. die beiden rohrförmigen Ventilglieder
gegeneinander bewegt werden, bis sich die ringförmigen Schneiden je auf eine Seite
des Sitzringes aufsetzen und so den Fluß von Druckmittel durch die Buchse verhindern.
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Es können die zu betätigenden Ventilglieder in Verbindung mit einer
druckmittelbeaufschlagten Einrichtung, wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung,
oder auch in Verbindung mit einer Druckmittelquelle, wie bei der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, gebracht werden. Es sind-Mittel vorgesehen, um die zu betätigenden
Ventilglieder gegeneinander oder voneinander weg zu verschieben, und- diese Mittel
können z. B. ein biegsames Kabel, einen Hebelmechanismus, ein elektrisch betätigtes
Solenoid öder einen Servomotor umfassen.
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Ein Ventil, das, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist, kann
in viele verschiedene Druckmittelsteueranlageri eingebaut werden.