EP0687818A1 - Pneumatic valve - Google Patents

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EP0687818A1
EP0687818A1 EP95108946A EP95108946A EP0687818A1 EP 0687818 A1 EP0687818 A1 EP 0687818A1 EP 95108946 A EP95108946 A EP 95108946A EP 95108946 A EP95108946 A EP 95108946A EP 0687818 A1 EP0687818 A1 EP 0687818A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
longitudinal slide
piston
return
pressure
connection
Prior art date
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Granted
Application number
EP95108946A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0687818B1 (en
Inventor
Joerg Widera
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic directional valve according to the type specified in the preamble of claim 1.
  • Such a pneumatic directional control valve is already known, which is designed as a monostable 5/2 valve, the longitudinal slide of which is pilot-controlled by a 3/2 solenoid valve. Switching the longitudinal slide into a working position is only effective as long as the magnet in the pilot valve is energized and pressurizes an actuating piston with a larger effective diameter.
  • the longitudinal slide from the working position to its stable initial position is inevitably carried out by switching off the pilot valve by means of an air spring, for which purpose a return piston with a smaller effective diameter is constantly acted upon by the inlet pressure.
  • the longitudinal slide is thus actuated by a differential piston, the reset mechanism working purely pneumatically to achieve a monostable function.
  • the counter pressure acting on the reset means that the longitudinal slide is only activated in such directional control valves after overcoming the static friction of the actuating piston and slide seals and the restoring forces can be moved.
  • long downtimes can now occur, whereby the seals cling to the surface and the existing grease is squeezed at these points. This can result in a relatively high breakaway pressure being required for the subsequent switching of the directional valve.
  • This phenomenon can occur particularly strongly with small-sized valves and thus also lead to longer switching times.
  • the actuating piston must be designed with a correspondingly large diameter, which is particularly disadvantageous in the case of small valves where little installation space is available. A large piston diameter also has an unfavorable effect on the switching times.
  • the pneumatic directional control valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it enables a lower breakaway pressure in such directional control valves for safe switching behavior.
  • This movement takes place at a lower pressure on the actuating piston.
  • the longitudinal slide is moved in the direction of the working position against the correspondingly lower required forces of sliding friction and the return mechanism, the return piston being loaded with pressure only in the course of the stroke of the longitudinal slide. In this way, shorter switching times can also be achieved with the monostable directional valve.
  • this design enables the Directional control valve also has a smaller effective diameter of the actuating piston, which has a particularly favorable effect on small valves in which the longitudinal slide valve often has a diameter of only a few millimeters. Furthermore, a smaller stroke volume on the actuating piston also leads to faster pressure reduction and thus to a shorter switch-back time of the directional valve.
  • the directional control valve can furthermore be produced in a particularly simple and inexpensive manner using existing components.
  • Figures 1 and 2 each show a longitudinal section through a first or second embodiment in a simplified representation.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a pneumatic directional valve 10, which is designed as a pilot-operated, monostable 5/2 valve.
  • the directional control valve 10 has a valve housing 11, in which a continuous slide bore 12 receives a tightly and slidably guided longitudinal slide 13.
  • a first (15) and second consumer chamber (16) is located, while the first and second return chambers (17 and 18) connect to the outside.
  • These chambers 14 to 18 are connected in a corresponding manner to an inlet connection 19, a first and second consumer connection 21, 22 and a first and second return connection 23, 24, all of which are led out downward in the valve housing 11.
  • a piston housing 26 On the left end face 25 of the valve housing 11, a piston housing 26 is attached, in the interior of which an actuating piston 27 for the longitudinal slide 13 is arranged.
  • the piston housing 26 is also closed by an intermediate plate (28) to which a 3/2-way solenoid valve 29 serving for pilot control is attached.
  • the valve housing 11 On its other end face 31, the valve housing 11 is closed by a cover 32.
  • the solenoid valve 29 has a pressure connection 33 which is connected via a control line 34 to the inlet chamber 14 in the valve housing 11.
  • An outlet connection 35 of the solenoid valve 29 is connected to the first return connection 23 via an outlet channel 36.
  • a control connection 37 of the solenoid valve 29 is connected to a first pressure chamber 38 which is formed in the piston housing 26 and is delimited by the intermediate plate 28 or the slidingly mounted actuating piston 27.
  • the actuating piston 27 has a substantially larger diameter than the outer diameter of the longitudinal slide 13 and has a lip sealing ring 39 which serves to seal the pressure chamber 38.
  • the longitudinal slide 13 is designed for a 5/2 function and for this purpose has five piston sections 41 to 45, two sealing rings 46 being arranged on the central third piston section 43, while the other piston sections 41, 42 and 44, 45 each have a similar sealing ring 46.
  • the longitudinal slide 13 has a first annular groove 47, via which the first consumer connection 21 is connected to the first return connection 23 in the drawn initial position of the longitudinal slide 13.
  • the longitudinal slide 13 has a second annular groove 48 between the middle piston section 43 and the fourth piston section 44 adjoining on the right, via which the inlet connection 19 is connected to the second consumer connection 22 in the position of the longitudinal slide 13 shown.
  • the second return port 24 is blocked pneumatically by the piston sections 44 and 45 with their respective sealing rings 46.
  • the longitudinal slide 13 with its fifth piston section 45 forms a return piston 49, which delimits a second pressure chamber 51, in which a return spring 52 is additionally arranged.
  • the return spring 52 is supported on the one hand on the cover 32 and on the other hand on the front side on the longitudinal slide 13.
  • the piston sections 42 to 44 with their associated sealing rings 46 thus form control edges in order to control the connection between the connections 19 to 24 in the manner required for the 5/2 function.
  • a control channel 53 is formed by a longitudinal and transverse bore, which starts from the end face of the fifth piston section 45 and in the first annular groove 47 opens. In this way, it connects the second pressure chamber 51 to the first consumer connection 21.
  • the effective area of the return piston 49 corresponds to the outside diameter of the longitudinal slide 13, so that the return piston 49 and the actuating piston 27 together form a differential piston, with the aid of which the longitudinal slide 13 can be deflected .
  • the mode of operation of the directional valve 10 is explained as follows:
  • the pilot-controlled, monostable 5/2-way valve 10 is shown in its initial position, which is also referred to as the rest position.
  • the pilot valve serving solenoid valve 29 is not energized, whereby its pressure connection 33 is shut off. Pressure medium is diverted from the pressure in the inlet connection 19 to the control pressure supply via the control line 34, but this pressure is blocked in the pressure connection 33.
  • the non-energized 3/2 solenoid valve 29 relieves the first pressure chamber 38 via the control connection 37, the discharge connection 35 and the discharge channel 36 to the first return connection 33.
  • the longitudinal slide 13 is thus only held in the illustrated initial position by the force of the return spring 52, wherein the second pressure chamber 51 is connected via the control channel 53 to the first consumer connection 21, which in turn is relieved of load in this initial position to the first return connection 23.
  • the longitudinal slide 13 is thus stabilized in the initial position shown.
  • the longitudinal slide 13 To operate the directional valve 10, the longitudinal slide 13 must be moved from the drawn starting position to the right into a working position, not shown.
  • the pilot valve 29 is switched by energizing the coil in the solenoid valve 29, its pressure connection 33 being connected to the control connection 37, while the connection to the drain port 35 is interrupted.
  • the pressure branched off from the inlet connection 19 can now build up via the control line 34 and the open solenoid valve 29 in the first pressure chamber 38, where it acts on the actuating piston 27.
  • the force of the actuating piston 27 pushes the longitudinal slide 13 because of its larger pressurized area compared to the force of the return piston 49 and the spring 52, from the drawn starting position into its working position.
  • the actuating piston 27 must overcome the static friction at the beginning of this movement, which results primarily from the sealing rings on the actuating piston 27 and on the longitudinal slide 13.
  • the usual back pressure in the second pressure chamber 51 on the return piston 49 is now removed, since this pressure chamber 51 is relieved via the control channel 53 to the first return port 23.
  • This movement can therefore take place after overcoming the static friction at a lower, existing pressure on the actuating piston 27. In other words, this means that the movement of the longitudinal slide 13 is initiated at a lower breakaway pressure.
  • the longitudinal slide 13 only has to be moved in the direction of its working position against the lower resistances of the sliding friction and the return spring 52.
  • the first consumer connection 21 is thus alternately connected to the inlet connection 19 or the exhaust air 23, depending on the switching position of the longitudinal slide 13.
  • the lower breakaway pressure that can be achieved in this way also leads to shorter switching times of the directional control valve 10.
  • the effective diameter of the actuating piston 27 can also be made smaller.
  • the smaller stroke volume in the first pressure chamber 38 also enables faster pressure reduction and thus a shorter switch-back time of the valve.
  • the longitudinal slide 13 remains in its working position as long as the solenoid valve 29 is energized, the second consumer connection 22 being connected to the second return connection 24 via the second annular groove 48.
  • the current at the solenoid valve 29 is switched off.
  • the pressure on the actuating piston 27 is initially reduced until the forces of the return outweigh and move the longitudinal slide 13 back towards its starting position.
  • the first consumer connection 21 connected to the inlet connection 19 is connected to the first return connection 23.
  • the pressure on the return piston 49 is now reduced during the last part of the longitudinal slide stroke up to the pressure at the return port 23 via the now open connection to the exhaust air side. The resetting of the longitudinal slide 13 on the last part of the slide stroke is therefore increasingly carried out only by the force of the return spring 52.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a second directional valve 60, which differs from that according to FIG. 1 as follows, the same reference numerals being used for the same components:
  • the directional control valve 60 has another valve housing 61 in which the control channel 53 now runs.
  • the control channel 53 in turn establishes the connection between the second pressure chamber 51 and the first consumer connection 21.
  • the operation of the directional control valve 60 corresponds to that of the directional control valve 10 according to FIG. 1.
  • the 5/2-way valve can also be used as a 3/2-way valve in that the consumer connection 21 or 22 is not used and is therefore blocked.

Landscapes

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Abstract

The valve has a centering spring (52) loading the sliding spool (13) and located in a second pressure chamber (51) which houses a reset piston (49) with a smaller pressure face. The second pressure chamber via a control channel (53) formed in the spool or valve casing communicates with the actuator port (21). The actuator port is relieved to return (23) in the output position of the spool. The spool has on its external circumference several sealing rings (46) separating the ports (19-24) from one another. <IMAGE>

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem pneumatischen Wegeventil nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.The invention relates to a pneumatic directional valve according to the type specified in the preamble of claim 1.

Es ist schon ein solches pneumatisches Wegeventil bekannt, das als monostabiles 5/2-Ventil ausgebildet ist, wobei dessen Längsschieber von einem 3/2-Magnetventil vorgesteuert wird. Eine Umschaltung des Längsschiebers in eine Arbeitsstellung ist dabei nur so lange wirksam, solange der Magnet im Vorsteuerventil erregt ist und einen Betätigungskolben mit größerem wirksamem Durchmesser mit Druck beaufschlagt. Die Rückstellung des Längsschiebers aus der Arbeitsstellung in seine stabile Ausgangsstellung erfolgt nach Abschalten des Vorsteuerventils zwangsläufig durch eine Luftfeder, wozu ein Rückstellkolben mit kleinerem wirksamem Durchmesser ständig vom Zulaufdruck beaufschlagt wird. Die Betätigung des Längsschiebers erfolgt somit durch einen Differentialkolben, wobei der Rückstellmechanismus zur Erzielung einer monostabilen Funktion rein pneumatisch arbeitet. Der zur Rückstellung einwirkende Gegendruck bewirkt, daß bei solchen Wegeventilen der Längsschieber erst nach Überwindung der Haftreibung von Betätigungskolben und Schieberdichtungen sowie der Rückstellkräfte bewegt werden kann. Bei solchen Wegeventilen können nun lange Stillstandszeiten auftreten, wobei sich die Dichtungen in der Oberfläche verkrallen und das vorhandene Fett an diesen Stellen verdrückt wird. Dies kann dazu führen, daß zum anschließenden Schalten des Wegeventils ein relativ hoher Losbrechdruck erforderlich ist. Gerade bei klein bauenden Ventilen kann diese Erscheinung besonders stark auftreten und damit auch zu höheren Schaltzeiten führen. Um solche Haftkräfte sicher zu überwinden, muß der Betätigungskolben entsprechend groß im Durchmesser ausgelegt werden, was gerade bei Kleinventilen ungünstig ist, wo wenig Bauraum zur Verfügung steht. Auch wirkt sich ein großer Kolbendurchmesser auch ungünstig auf die Schaltzeiten aus.Such a pneumatic directional control valve is already known, which is designed as a monostable 5/2 valve, the longitudinal slide of which is pilot-controlled by a 3/2 solenoid valve. Switching the longitudinal slide into a working position is only effective as long as the magnet in the pilot valve is energized and pressurizes an actuating piston with a larger effective diameter. The longitudinal slide from the working position to its stable initial position is inevitably carried out by switching off the pilot valve by means of an air spring, for which purpose a return piston with a smaller effective diameter is constantly acted upon by the inlet pressure. The longitudinal slide is thus actuated by a differential piston, the reset mechanism working purely pneumatically to achieve a monostable function. The counter pressure acting on the reset means that the longitudinal slide is only activated in such directional control valves after overcoming the static friction of the actuating piston and slide seals and the restoring forces can be moved. With such directional valves, long downtimes can now occur, whereby the seals cling to the surface and the existing grease is squeezed at these points. This can result in a relatively high breakaway pressure being required for the subsequent switching of the directional valve. This phenomenon can occur particularly strongly with small-sized valves and thus also lead to longer switching times. In order to surely overcome such adhesive forces, the actuating piston must be designed with a correspondingly large diameter, which is particularly disadvantageous in the case of small valves where little installation space is available. A large piston diameter also has an unfavorable effect on the switching times.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße pneumatische Wegeventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es bei solchen Wegeventilen für ein sicheres Schaltverhalten einen niedrigeren Losbrechdruck ermöglicht. Durch die Wegnahme des Druckes auf den Rückstellkolben während der ersten Phase der Bewegung des Längsschiebers erfolgt diese Bewegung bereits bei einem niedrigeren anstehenden Druck am Betätigungskolben. Nach Überwindung der Haftkräfte vor Bewegungsbeginn wird der Längsschieber gegen die entsprechend niedrigeren erforderlichen Kräfte der Gleitreibung und des Rückstellmechanismus in Richtung Arbeitsstellung bewegt, wobei der Rückstellkolben erst im Verlaufe des Hubes des Längsschiebers mit Druck belastet wird. Auf diese Weise lassen sich auch kürzere Schaltzeiten bei dem monostabilen Wegeventil erzielen. Zudem ermöglicht diese Bauweise des Wegeventils auch einen kleineren wirksamen Durchmesser des Betätigungskolbens, was sich besonders bei Kleinventilen günstig auswirkt, bei denen der Längsschieber häufig nur einen Durchmesser von wenigen Millimetern aufweist. Ferner führt ein kleineres Hubvolumen am Betätigungskolben auch zu einem schnelleren Druckabbau und damit zu einer kürzeren Rückschaltzeit des Wegeventils. Das Wegeventil läßt sich fernerhin in besonders einfacher und kostengünstiger Weise unter Verwendung von bereits vorhandenen Bauelementen herstellen.The pneumatic directional control valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it enables a lower breakaway pressure in such directional control valves for safe switching behavior. By removing the pressure on the return piston during the first phase of the movement of the longitudinal slide, this movement takes place at a lower pressure on the actuating piston. After overcoming the adhesive forces before the start of the movement, the longitudinal slide is moved in the direction of the working position against the correspondingly lower required forces of sliding friction and the return mechanism, the return piston being loaded with pressure only in the course of the stroke of the longitudinal slide. In this way, shorter switching times can also be achieved with the monostable directional valve. In addition, this design enables the Directional control valve also has a smaller effective diameter of the actuating piston, which has a particularly favorable effect on small valves in which the longitudinal slide valve often has a diameter of only a few millimeters. Furthermore, a smaller stroke volume on the actuating piston also leads to faster pressure reduction and thus to a shorter switch-back time of the directional valve. The directional control valve can furthermore be produced in a particularly simple and inexpensive manner using existing components.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Wegeventils möglich. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.Advantageous further developments and improvements of the directional valve specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims. Further advantageous embodiments result from the description and the drawing.

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 jeweils einen Längsscbnitt durch ein erstes bzw. zweites Ausführungsbeispiel in vereinfachter Darstellung.Two embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figures 1 and 2 each show a longitudinal section through a first or second embodiment in a simplified representation.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die Figur 1 zeigt einen Längsscbnitt durch ein pneumatisches Wegeventil 10, das als vorgesteuertes, monostabiles 5/2-Ventil ausgebildet ist. Das Wegeventil 10 weist ein Ventilgehäuse 11 auf, in dem eine durchgehende Schieberbohrung 12 einen dicht und gleitend geführten Längsschieber 13 aufnimmt. In der Schieberbohrung 12 sind durch ringförmige Erweiterungen fünf Kammern ausgebildet, von denen die mittig liegende als Zulaufkammer 14 dient, zu deren beiden Seiten eine erste (15) bzw. zweite Verbraucherkammer (16) liegt, während nach außen hin die erste und zweite Rücklaufkammer (17 bzw. 18) sich anschließen. Diese Kammern 14 bis 18 sind in entsprechender Weise mit einem Zulaufanschluß 19, einem ersten bzw. zweiten Verbraucheranschluß 21, 22 sowie einem ersten bzw. zweiten Rücklaufanschluß 23, 24 verbunden, welche alle im Ventilgehäuse 11 nach unten herausgeführt sind.FIG. 1 shows a longitudinal section through a pneumatic directional valve 10, which is designed as a pilot-operated, monostable 5/2 valve. The directional control valve 10 has a valve housing 11, in which a continuous slide bore 12 receives a tightly and slidably guided longitudinal slide 13. In the slide bore 12, five chambers are formed by annular extensions, of which the central one serves as the inlet chamber 14, on the two sides of which a first (15) and second consumer chamber (16) is located, while the first and second return chambers (17 and 18) connect to the outside. These chambers 14 to 18 are connected in a corresponding manner to an inlet connection 19, a first and second consumer connection 21, 22 and a first and second return connection 23, 24, all of which are led out downward in the valve housing 11.

An der linken Stirnfläche 25 des Ventilgehäuses 11 ist ein Kolbengehäuse 26 angebaut, in dessen Inneren ein Betätigungskolben 27 für den Längsschieber 13 angeordnet ist. Das Kolbengehäuse 26 ist ferner durch eine Zwischenplatte (28) verschlossen, an der ein zur Vorsteuerung dienendes 3/2-Magnetventil 29 befestigt ist. An seiner anderen Stirnfläche 31 ist das Ventilgehäuse 11 durch einen Deckel 32 abgeschlossen.On the left end face 25 of the valve housing 11, a piston housing 26 is attached, in the interior of which an actuating piston 27 for the longitudinal slide 13 is arranged. The piston housing 26 is also closed by an intermediate plate (28) to which a 3/2-way solenoid valve 29 serving for pilot control is attached. On its other end face 31, the valve housing 11 is closed by a cover 32.

Das Magnetventil 29 hat einen Druckanschluß 33, der über eine Steuerleitung 34 mit der Zulaufkammer 14 im Ventilgehäuse 11 in Verbindung steht. Ein Ablaufanschluß 35 des Magnetventils 29 steht über einen Ablaufkanal 36 mit dem ersten Rücklaufanschluß 23 in Verbindung. Ein Steueranschluß 37 des Magnetventils 29 steht mit einem ersten Druckraum 38 in Verbindung, der im Kolbengehäuse 26 ausgebildet ist und von der Zwischenplatte 28 bzw. dem gleitend gelagerten Betätigungskolben 27 begrenzt wird. Der Betätigungskolben 27 hat einen wesentlich größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Längsschiebers 13 und weist einen zur Abdichtung des Druckraums 38 dienenden Lippendichtring 39 auf.The solenoid valve 29 has a pressure connection 33 which is connected via a control line 34 to the inlet chamber 14 in the valve housing 11. An outlet connection 35 of the solenoid valve 29 is connected to the first return connection 23 via an outlet channel 36. A control connection 37 of the solenoid valve 29 is connected to a first pressure chamber 38 which is formed in the piston housing 26 and is delimited by the intermediate plate 28 or the slidingly mounted actuating piston 27. The actuating piston 27 has a substantially larger diameter than the outer diameter of the longitudinal slide 13 and has a lip sealing ring 39 which serves to seal the pressure chamber 38.

Der Längsschieber 13 ist für eine 5/2-Funktion ausgebildet und weist zu diesem Zweck fünf Kolbenabschnitte 41 bis 45 auf, wobei an dem mittig liegenden dritten Kolbenabschnitt 43 zwei Dichtringe 46 angeordnet sind, während die anderen Kolbenabschnitte 41, 42 bzw. 44, 45 jeweils einen gleichartigen Dichtring 46 aufweisen. Zwischen dem mittleren Kolbenabschnitt 43 und dem links angrenzenden, zweiten Kolbenabschnitt 42 weist der Längsschieber 13 eine erste Ringnut 47 auf, über welche in der gezeichneten Ausgangsstellung des Längsschiebers 13 der erste Verbraucheranschluß 21 mit dem ersten Rücklaufanschluß 23 verbunden ist. Ferner hat der Längsschieber 13 zwischen dem mittleren Kolbenabschnitt 43 und dem rechts angrenzenden, vierten Kolbenabschnitt 44 eine zweite Ringnut 48, über welche in der gezeichneten Stellung des Längsschiebers 13 der Zulaufanschluß 19 mit dem zweiten Verbraucheranschluß 22 in Verbindung steht. Gleichzeitig ist in der gezeichneten Ausgangsstellung des Längsschiebers 13 der zweite Rücklaufanschluß 24 durch die Kolbenabschnitte 44 und 45 mit ihren jeweiligen Dichtringen 46 pneumatisch blockiert. Zugleich bildet der Längsschieber 13 mit seinem fünften Kolbenabschnitt 45 einen Rückstellkolben 49, welcher einen zweiten Druckraum 51 begrenzt, in dem zusätzlich eine Rückstellfeder 52 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 52 stützt sich einerseits am Deckel 32 und andererseits stirnseitig am Längsschieber 13 ab. Die Kolbenabschnitte 42 bis 44 bilden mit ihren zugeordneten Dichtringen 46 auf diese Weise Steuerkanten, um die Verbindung zwischen den Anschlüssen 19 bis 24 in der für die 5/2-Funktion geforderten Weise zu steuern.The longitudinal slide 13 is designed for a 5/2 function and for this purpose has five piston sections 41 to 45, two sealing rings 46 being arranged on the central third piston section 43, while the other piston sections 41, 42 and 44, 45 each have a similar sealing ring 46. Between the middle piston section 43 and the second piston section 42 adjoining on the left, the longitudinal slide 13 has a first annular groove 47, via which the first consumer connection 21 is connected to the first return connection 23 in the drawn initial position of the longitudinal slide 13. Furthermore, the longitudinal slide 13 has a second annular groove 48 between the middle piston section 43 and the fourth piston section 44 adjoining on the right, via which the inlet connection 19 is connected to the second consumer connection 22 in the position of the longitudinal slide 13 shown. At the same time, in the drawn initial position of the longitudinal slide 13, the second return port 24 is blocked pneumatically by the piston sections 44 and 45 with their respective sealing rings 46. At the same time, the longitudinal slide 13 with its fifth piston section 45 forms a return piston 49, which delimits a second pressure chamber 51, in which a return spring 52 is additionally arranged. The return spring 52 is supported on the one hand on the cover 32 and on the other hand on the front side on the longitudinal slide 13. The piston sections 42 to 44 with their associated sealing rings 46 thus form control edges in order to control the connection between the connections 19 to 24 in the manner required for the 5/2 function.

In dem Längsschieber 13 ist durch eine Längs- und Querbohrung ein Steuerkanal 53 ausgebildet, welcher von der Stirnseite des fünften Kolbenabscbnitts 45 ausgeht und in die erste Ringnut 47 mündet. Auf diese Weise verbindet er den zweiten Druckraum 51 mit dem ersten Verbraucheranschluß 21. Die wirksame Fläche des Rückstellkolbens 49 entspricht dem Außendurchmessers des Längsschiebers 13, so daß der Rückstellkolben 49 und der Betätigungskolben 27 zusammen einen Differentialkolben bilden, mit dessen Hilfe der Längsschieber 13 auslenkbar ist.In the longitudinal slide 13, a control channel 53 is formed by a longitudinal and transverse bore, which starts from the end face of the fifth piston section 45 and in the first annular groove 47 opens. In this way, it connects the second pressure chamber 51 to the first consumer connection 21. The effective area of the return piston 49 corresponds to the outside diameter of the longitudinal slide 13, so that the return piston 49 and the actuating piston 27 together form a differential piston, with the aid of which the longitudinal slide 13 can be deflected .

Die Wirkungsweise des Wegeventils 10 wird wie folgt erläutert: Das vorgesteuerte, monostabile 5/2-Wegeventil 10 ist in seiner Ausgangsstellung dargestellt, die auch als Ruhestellung bezeichnet wird. Das der Vorsteuerung dienende Magnetventil 29 ist dabei nicht erregt, wodurch dessen Druckanschluß 33 abgesperrt ist. Von dem im Zulaufanschluß 19 anstehenden Druck wird zwar zur Steuerdruckversorgung über die Steuerleitung 34 Druckmittel abgezweigt, dieser Druck ist jedoch im Druckanschluß 33 blockiert. Zugleich entlastet das nicht erregte 3/2-Magnetventil 29 den ersten Druckraum 38 über den Steueranschluß 37, den Ablaufanschluß 35 und den Ablaufkanal 36 zum ersten Rücklaufanschluß 33. Der Längsschieber 13 wird somit lediglich von der Kraft der Rückstellfeder 52 in der gezeichneten Ausgangsstellung gehalten, wobei der zweite Druckraum 51 über den Steuerkanal 53 mit dem ersten Verbraucheranschluß 21 Verbindung hat, der seinerseits in dieser Ausgangsstellung zum ersten Rücklaufanschluß 23 entlastet ist. Der Längsschieber 13 ist somit in der gezeichneten Ausgangsstellung stabilisiert.The mode of operation of the directional valve 10 is explained as follows: The pilot-controlled, monostable 5/2-way valve 10 is shown in its initial position, which is also referred to as the rest position. The pilot valve serving solenoid valve 29 is not energized, whereby its pressure connection 33 is shut off. Pressure medium is diverted from the pressure in the inlet connection 19 to the control pressure supply via the control line 34, but this pressure is blocked in the pressure connection 33. At the same time, the non-energized 3/2 solenoid valve 29 relieves the first pressure chamber 38 via the control connection 37, the discharge connection 35 and the discharge channel 36 to the first return connection 33. The longitudinal slide 13 is thus only held in the illustrated initial position by the force of the return spring 52, wherein the second pressure chamber 51 is connected via the control channel 53 to the first consumer connection 21, which in turn is relieved of load in this initial position to the first return connection 23. The longitudinal slide 13 is thus stabilized in the initial position shown.

Zum Betätigen des Wegeventils 10 muß der Längsschieber 13 aus der gezeichneten Ausgangsstellung nach rechts in eine nicht dargestellte Arbeitsstellung verschoben werden. Zu diesem Zweck wird durch Erregung der Spule im Magnetventil 29 das Vorsteuerventil 29 umgeschaltet, wobei dessen Druckanschluß 33 mit dem Steueranschluß 37 verbunden wird, während die Verbindung zum Ablaufanschluß 35 unterbrochen wird. Der vom Zulaufanschluß 19 abgezweigte Druck kann sich nun über die Steuerleitung 34 und das geöffnete Magnetventil 29 im ersten Druckraum 38 aufbauen, wo er auf den Betätigungskolben 27 wirkt. Die Kraft des Betätigungskolbens 27 drückt den Längsschieber 13 wegen seiner größeren druckbeaufschlagten Fläche im Vergleich zur Kraft des Rückstellkolbens 49 und der Feder 52, von der gezeichneten Ausgangsstellung in seine Arbeitsstellung. Dabei muß der Betätigungskolben 27 zu Beginn dieser Bewegung die Haftreibung überwinden, die sich vor allem durch die Dichtringe am Betätigungskolben 27 und am Längsschieber 13 ergibt. Während der ersten Phase dieser Bewegung des Längsschiebers 13 ist nun der sonst übliche Gegendruck im zweiten Druckraum 51 auf den Rückstellkolben 49 weggenommen, da dieser Druckraum 51 über den Steuerkanal 53 zum ersten Rücklaufanschluß 23 entlastet ist. Es kann daher diese Bewegung nach Überwindung der Haftreibung bei einem niedrigeren, anstehenden Druck am Betätigungskolben 27 erfolgen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Einleitung der Bewegung des Längsschiebers 13 bei einem niedrigeren Losbrechdruck erfolgt. Nach dem Bewegungsbeginn muß der Längsschieber 13 nur gegen die geringeren Widerstände der Gleitreibung und der Rückstellfeder 52 in Richtung seiner Arbeitsstellung bewegt werden. Erst wenn der Längsschieber 13 etwa die Hälfte seines Weges von der Ausgangsstellung zur Arbeitsstellung zurückgelegt hat, wird der im Zulaufanschluß 19 herrschende Druck auf den Rückstellkolben 49 zugeschaltet und wirkt dann der Kraft des Betätigungskolbens 27 bis zum Hubende zunehmend entgegen. Bei dieser Schaltbewegung unterbricht der zweite Kolbenabschnitt 42 mit seinem zugehörigen Dichtring 46 die Verbindung vom ersten Verbraucheranschluß 21 zum ersten Rücklaufanschluß 23, während gleichzeitig der mittlere, dritte Kolbenabschnitt 43 mit seinem linken Dichtring 46 die Verbindung vom Zulaufanschluß 19 zum ersten Verbraucheranschluß 21 aufsteuert. Auf diese Weise kann sich der Zulaufdruck auch im ersten Verbraucheranschluß 21 aufbauen und über den Steuerkanal 53 im Längsschieber 13 im zweiten Druckraum 51 wirken. Der erste Verbraucheranschluß 21 ist somit wechselweise je nach Schaltstellung des Längsschiebers 13 mit dem Zulaufanschluß 19 oder der Abluft 23 verbunden. Der auf diese Weise erzielbare niedrigere Losbrechdruck führt zudem auch zu kürzeren Schaltzeiten des Wegeventils 10. Damit verbunden kann auch der wirksame Durchmesser des Betätigungskolbens 27 kleiner ausgelegt werden. Das kleinere Hubvolumen im ersten Druckraum 38 ermöglicht zudem einen schnelleren Druckabbau und damit auch eine kürzere Rückschaltzeit des Ventils. Der Längsschieber 13 verbleibt in seiner Arbeitsstellung, solange das Magnetventil 29 erregt ist, wobei der zweite Verbraucheranschluß 22 über die zweite Ringnut 48 mit dem zweiten Rücklaufanschluß 24 verbunden ist.To operate the directional valve 10, the longitudinal slide 13 must be moved from the drawn starting position to the right into a working position, not shown. For this purpose, the pilot valve 29 is switched by energizing the coil in the solenoid valve 29, its pressure connection 33 being connected to the control connection 37, while the connection to the drain port 35 is interrupted. The pressure branched off from the inlet connection 19 can now build up via the control line 34 and the open solenoid valve 29 in the first pressure chamber 38, where it acts on the actuating piston 27. The force of the actuating piston 27 pushes the longitudinal slide 13 because of its larger pressurized area compared to the force of the return piston 49 and the spring 52, from the drawn starting position into its working position. The actuating piston 27 must overcome the static friction at the beginning of this movement, which results primarily from the sealing rings on the actuating piston 27 and on the longitudinal slide 13. During the first phase of this movement of the longitudinal slide 13, the usual back pressure in the second pressure chamber 51 on the return piston 49 is now removed, since this pressure chamber 51 is relieved via the control channel 53 to the first return port 23. This movement can therefore take place after overcoming the static friction at a lower, existing pressure on the actuating piston 27. In other words, this means that the movement of the longitudinal slide 13 is initiated at a lower breakaway pressure. After the beginning of the movement, the longitudinal slide 13 only has to be moved in the direction of its working position against the lower resistances of the sliding friction and the return spring 52. Only when the longitudinal slide 13 has covered approximately half of its path from the starting position to the working position is the pressure prevailing in the inlet connection 19 connected to the return piston 49 and then increasingly counteracts the force of the actuating piston 27 up to the end of the stroke. During this switching movement, the second piston section 42 with its associated sealing ring 46 interrupts the connection from the first consumer connection 21 to the first return connection 23, while at the same time the middle, third piston section 43 with its left sealing ring 46 controls the connection from the inlet connection 19 to the first consumer connection 21. In this way, the inlet pressure can also build up in the first consumer connection 21 and act via the control channel 53 in the longitudinal slide 13 in the second pressure chamber 51. The first consumer connection 21 is thus alternately connected to the inlet connection 19 or the exhaust air 23, depending on the switching position of the longitudinal slide 13. The lower breakaway pressure that can be achieved in this way also leads to shorter switching times of the directional control valve 10. In connection with this, the effective diameter of the actuating piston 27 can also be made smaller. The smaller stroke volume in the first pressure chamber 38 also enables faster pressure reduction and thus a shorter switch-back time of the valve. The longitudinal slide 13 remains in its working position as long as the solenoid valve 29 is energized, the second consumer connection 22 being connected to the second return connection 24 via the second annular groove 48.

Zum anschließenden Umschalten des Wegeventils 10 wird der Strom am Magnetventil 29 abgeschaltet. Dabei wird der Druck am Betätigungskolben 27 zunächst so weit abgebaut, bis die Kräfte der Rückstellung überwiegen und den Längsschieber 13 wieder in Richtung seiner Ausgangsstellung zurückbewegen. Nach etwa halbem Weg des Längsschiebers 13 wird der mit dem Zulaufanschluß 19 verbundene erste Verbraucheranschluß 21 mit dem ersten Rücklaufanschluß 23 verbunden. Über die nun aufgesteuerte Verbindung zur Abluftseite wird nun der Druck auf den Rückstellkolben 49 während des letzten Teils des Längsschieberhubes bis auf den Druck am Rücklaufanschluß 23 abgesenkt. Die Rückstellung des Längsschiebers 13 auf dem letzten Teil des Schieberhubes erfolgt also zunehmend nur noch durch die Kraft der Rückstellfeder 52.For the subsequent switching of the directional valve 10, the current at the solenoid valve 29 is switched off. The pressure on the actuating piston 27 is initially reduced until the forces of the return outweigh and move the longitudinal slide 13 back towards its starting position. After approximately half way of the longitudinal slide 13, the first consumer connection 21 connected to the inlet connection 19 is connected to the first return connection 23. The pressure on the return piston 49 is now reduced during the last part of the longitudinal slide stroke up to the pressure at the return port 23 via the now open connection to the exhaust air side. The resetting of the longitudinal slide 13 on the last part of the slide stroke is therefore increasingly carried out only by the force of the return spring 52.

Mit dieser wegabhängig gesteuerten Druckbeaufschlagung des Rückstellkolbens 49 bei einem monostabilen Wegeventil läßt sich vor allem bei kleinbauenden Ventilen erreichen, daß auch nach langen Stillstandszeiten oder nach sehr hohen Anzahlen von Schaltspielen noch ein sicheres Betriebsverhalten erzielbar ist, wobei der Losbrechdruck relativ niedrig liegt. Die Art des Druckaufbaus bzw. des Druckabbaues kann dabei durch eine Drosselstelle beeinflußt werden, die in die Verbindung zwischen erstem Verbraucheranschluß 21 und Rückstellkolben 49, insbesondere in den Steuerkanal 53, geschaltet ist.With this path-dependent controlled pressurization of the return piston 49 in a monostable directional control valve, especially in the case of small valves, it can be achieved that even after long downtimes or after a very high number of switching operations, safe operating behavior can be achieved, the breakaway pressure being relatively low. The type of pressure build-up or pressure reduction can be influenced by a throttle point which is connected in the connection between the first consumer connection 21 and the reset piston 49, in particular in the control channel 53.

Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Wegeventil 60, das sich von demjenigen nach Figur 1 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden:
Das Wegeventil 60 weist ein anderes Ventilgehäuse 61 auf, in dem nun der Steuerkanal 53 verläuft. Der Steuerkanal 53 stellt wiederum die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 51 und dem ersten Verbraucheranschluß 21 her. Die Wirkungsweise des Wegeventils 60 entspricht derjenigen des Wegeventils 10 nach Figur 1.FIG. 2 shows a longitudinal section through a second directional valve 60, which differs from that according to FIG. 1 as follows, the same reference numerals being used for the same components:
The directional control valve 60 has another valve housing 61 in which the control channel 53 now runs. The control channel 53 in turn establishes the connection between the second pressure chamber 51 and the first consumer connection 21. The operation of the directional control valve 60 corresponds to that of the directional control valve 10 according to FIG. 1.

Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So läßt sich das 5/2-Wegeventil auch als 3/2-Wegeventil benutzen, indem der Verbraucheranschluß 21 oder 22 nicht benutzt und somit blockiert wird.Of course, changes are possible to the embodiments shown without departing from the spirit of the invention. The 5/2-way valve can also be used as a 3/2-way valve in that the consumer connection 21 or 22 is not used and is therefore blocked.

Claims (10)

Pneumatisches Wegeventil mit einem in einem Gehäuse gleitend angeordneten Längsschieber, der Druckmittel von einem Zulaufanschluß zu mindestens einem Verbraucheranschluß steuert oder diesen Verbraucheranschluß mit einem Rücklaufanschluß verbindet, wozu der Längsschieber von einem aus Betätigungskolben und Rückstellkolben bestehenden Differentialkolben gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung betätigbar ist und zwei Schaltstellungen einnehmen kann, wobei der Betätigungskolben eine große Druckfläche in einem ersten Druckraum aufweist, der über ein Vorsteuerventil mit Druck beaufschlagbar ist, um den Längsschieber in eine Arbeitsstellung zu bewegen oder vom Druck entlastbar ist, um den Längsschieber in eine Ausgangsstellung zu bringen, während die kleine Druckfläche am Rückstellkolben in einem zweiten Druckraum liegt und bei Druckbelastung als Rückstelleinrichtung für den Längsschieber wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Rückstellkolben (49) mit der kleinen Druckfläche aufnehmenden, zweiten Druckraum (51) eine den Längsschieber (13) belastende Rückstellfeder (52) angeordnet ist und daß dieser zweite Druckraum (51) über einen Steuerkanal (53) mit demjenigen Verbraucheranschluß (21) Verbindung hat, der in der Ausgangsstellung des Längsschiebers (13) zum Rücklauf (23) entlastet ist.Pneumatic directional control valve with a longitudinal slide slidingly arranged in a housing, which controls pressure medium from an inlet connection to at least one consumer connection or connects this consumer connection to a return connection, for which purpose the longitudinal slide can be actuated by a differential piston consisting of an actuating piston and reset piston against the force of a reset device and two switch positions can take, wherein the actuating piston has a large pressure area in a first pressure chamber, which can be pressurized via a pilot valve to move the longitudinal slide into a working position or can be relieved of pressure to bring the longitudinal slide into an initial position while the small one Pressure surface on the return piston is in a second pressure chamber and acts as a return device for the longitudinal slide under pressure, characterized in that in the return piston (49) with the k linen pressure receiving second pressure chamber (51) is arranged a return spring (52) loading the longitudinal slide (13) and that this second pressure chamber (51) has a control channel (53) with that consumer connection (21) which is relieved in the starting position of the longitudinal slide (13) to the return (23). Pneumatisches Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (53) im Längsschieber (13) angeordnet ist.Pneumatic directional valve according to claim 1, characterized in that the control channel (53) is arranged in the longitudinal slide (13). Pneumatisches Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (53) von dem an den zweiten Druckraum (51) grenzenden, stirnseitigen Rückstellkolben (49) ausgeht und in eine im Bereich des entlasteten Verbraucheranschlusses (21) liegende erste Ringnut (47) führt.Pneumatic directional valve according to claim 2, characterized in that the control channel (53) extends from the front-side reset piston (49) bordering the second pressure chamber (51) and leads into a first annular groove (47) located in the area of the relieved consumer connection (21) . Pneumatisches Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (53) im Gehäuse (61) angeordnet ist.Pneumatic directional valve according to claim 1, characterized in that the control channel (53) is arranged in the housing (61). Pneumatisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschieber (13) an seinem Außenumfang mehrere die Anschlüsse (19 bis 24) voneinander trennende Dichtringe (46) aufweist.Pneumatic directional valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the longitudinal slide (13) has on its outer circumference a plurality of sealing rings (46) separating the connections (19 to 24). Pneumatisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (11, 26, 28) ein Vorsteuerventil, insbesondere ein 3/2-Magnetventil (29), angeordnet ist, das in eine vom Zulaufanschluß (19) zum ersten Druckraum (38) führende Steuerverbindung (34, 37) geschaltet ist.Pneumatic directional valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that a pilot valve, in particular a 3/2-way solenoid valve (29), is arranged on the housing (11, 26, 28), which flows into one from the inlet connection (19) to the first Pressure chamber (38) leading control connection (34, 37) is switched. Pneumatisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als 5/2-Ventil (10, 60) ausgeführt ist.Pneumatic directional valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is designed as a 5/2 valve (10, 60). Pneumatisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als 3/2-Ventil ausgebildet ist.Pneumatic directional valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is designed as a 3/2-way valve. Pneumatisches Wegeventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschieber (13) in einer Schieberbohrung (12) des Gehäuses (11) gleitend geführt ist, in der durch Erweiterung eine mittig liegende Zulaufkammer (14) liegt, zu deren beiden Seiten jeweils eine Verbraucherkammer (15, 16) angeordnet ist, an die nach außen hin jeweils eine Rücklaufkammer (17, 18) anschließt und daß der Längsschieber (13) wenigstens vier, an Kolbenabschnitten (42, 43, 44) liegende Steuerkanten aufweist, um in zwei Stellungen des Längsschiebers (13) abwechselnd die eine der Verbraucherkammern (16, 15) mit der Zulaufkammer (14) und die jeweils andere Verbraucherkammer (15, 16) mit der Rücklaufkammer (17, 18) zu verbinden.Pneumatic directional valve according to claim 7, characterized in that the longitudinal slide (13) is slidably guided in a slide bore (12) of the housing (11), in which by extension there is a central inlet chamber (14), on each side of which a consumer chamber (15, 16) is arranged, to each of which a return chamber (17, 18) connects to the outside and that the longitudinal slide (13) has at least four control edges on piston sections (42, 43, 44) in order to move into two positions of the The longitudinal slide (13) alternately connects one of the consumer chambers (16, 15) to the inlet chamber (14) and the other consumer chamber (15, 16) to the return chamber (17, 18). Pneumatisches Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben einen Betätigungskolben (27) aufweist, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des Längsschiebers (13) und damit des Rückstellkolbens (49).Pneumatic directional valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the differential piston has an actuating piston (27), the diameter of which is substantially larger than the outer diameter of the longitudinal slide (13) and thus of the return piston (49).
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