EP0764803B1 - Ventil - Google Patents

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EP0764803B1
EP0764803B1 EP96110033A EP96110033A EP0764803B1 EP 0764803 B1 EP0764803 B1 EP 0764803B1 EP 96110033 A EP96110033 A EP 96110033A EP 96110033 A EP96110033 A EP 96110033A EP 0764803 B1 EP0764803 B1 EP 0764803B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
compensating
passage
valve according
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96110033A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0764803A1 (de
Inventor
Kurt Dr. Stoll
Volker Quendt
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.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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 Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP0764803A1 publication Critical patent/EP0764803A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0764803B1 publication Critical patent/EP0764803B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • 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
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure

Definitions

  • the invention relates to a valve, with a valve housing, the one supply channel for pressure medium supply, a consumer channel to connect to a consumer and has a vent channel, the Consumer duct via an inflow opening with the supply duct and via a vent with the Vent channel is connectable with two coaxial, each assigned to one of the two openings and independently movable closure bodies, each directed towards each other by spring loading are biased into a closed position in which they cover the assigned opening with a closing surface and close, and with one by means of a drive device adjustable actuating plunger for the two closure body, on the axially opposite Actuating surfaces are provided, which with appropriate Adjustment direction of the actuating plunger in opening direction against the spring force to one the closure body act.
  • Such a valve designed as a pressure control valve is mentioned in the Japanese unexamined patent application the publication no. JP-H5-158552. It regulates by changing the position of the actuating plunger the adjacent to the consumer channel Print. In order to increase the pressure, that of the inflow opening assigned closure body more or less far lifted off the assigned valve seat. Corresponding takes place in relation to the other, the vent assigned closure body if the consumer side desired secondary pressure should be reduced.
  • the actuating tappet passes through one of the closure bodies and carries at its end portion a loading wall partially formed by a flexible membrane, the one hand from that in the consumer channel prevailing pressure is applied.
  • the position of the actuating plunger is changed by changing the on the opposite wall side of the prevailing pressure.
  • the known valve is a pressure control valve only applicable special valve.
  • valve functions it is not suitable.
  • the two Closure body axially displaceable on which it is axially penetrating actuating plunger are arranged that the two end portions projecting axially beyond the closure body of the actuating plunger at least partially formed by a flexible membrane on the valve housing side fixed gas-tight compensating wall that a respective Compensation wall and one of these facing the Closing surface of axially opposite action surface of the adjacent closure body movable boundary walls one to compensate for on the actuating plunger attacking fluidic pressure compensation chamber form, and that the two balancing spaces are connected to the consumer channel via branch channels.
  • Such a valve can be designed accordingly the drive device also as a pressure control valve deploy. It is also suitable however also for use as a proportional directional valve, because caused by the working fluid on the actuating plunger acting pressure forces completely balanced can be, so that even at high supply pressure only low actuating forces required for the actuating plunger are.
  • the in the closed position of the valve in the opening direction pressure acting on the closure body is forceful balanced because the same pressure across the branch channels and the connected compensation rooms on the oppositely directed surfaces of the Closure body acts.
  • the actuating forces are appropriately directed essentially only according to the inherent rigidity of the membranes of the compensating walls and the one with storage and / or sealing the closure body contiguous Frictional forces and the force of the spring action of the Closure body.
  • the valve of the invention can be used, for example, as Use a 3/3-way directional valve, whereby a directional control can be integrated. Under certain circumstances use the valve as a simple switching valve. Use as a pressure control valve is also possible one about the selection of the area ratio of the two Compensating walls consciously have a certain resulting positioning force can specify in a direction that you can with the Counteracts drive device, thus the consumer side regulate the applied pressure. It's from Advantage that relatively large membranes can be used, if you need a large stroke without being on accordingly to have to use strong drive devices.
  • the closure bodies are expediently designed in such a way that that those attacking them in the closed position Compressive forces exerted by the Ventilation channel depend on prevailing pressure, at least in are essentially the same size. Furthermore, the arrangement is preferably taken so that the compensation room axially opposite outer surfaces of the compensating walls are constantly exposed to atmospheric pressure. You get there thereby a practically completely compensated fluid-operated adjustment device in which both the Supply pressure as well as the outlet pressure and the ambient pressure can be compensated and no resulting Cause compressive forces.
  • the exemplary valve 1 comprises a valve housing 2, to which a drive device 3 is axially attached.
  • valve housing 2 extends in the direction of Longitudinal axis 4 a receptacle 6 for a generally 5 designated adjustment device.
  • the recording 6 goes on both ends in a housing chamber 7 larger cross section over.
  • valve housing 2 In the valve housing 2 are a supply channel 10, a Consumer channel 11 and a ventilation channel 12 formed. These three channels have been axially spaced since Lich in the recording 6. The mouth 13 of the Consumer channel 11 axially between the mouths 14, 15 of the supply channel 10 and the ventilation channel 12. Im the rest all three channels 10, 11, 12 open at the other External surface of the valve housing 2, where further if necessary Pressure fluid lines are connectable.
  • the supply channel 10 is not in use pressure medium source shown in connection, see above that the pressure medium supply into the valve 1 he follows.
  • the pressure medium is expediently to compressed air, in which case the valve 1 is pneumatic valve.
  • the consumer channel 11 allows the connection of a Pressure medium to be supplied to the consumer, for example a working cylinder.
  • the ventilation channel 12 is used for Venting of the consumer channel 11 or the one connected to it Consumer and therefore expediently leads to the environment, with a muffler assigned to it can.
  • the mouths 14, 15 of the supply channel 10 and the Vent channel 12 are, for example, in the Area of annular or cylindrical extensions 16 the receptacle 6. These extensions 16 flank axially one on both sides via the mouth 13 with the consumer channel 11 communicating middle section 17 of the recording 6.
  • the transition between the middle section 17 and the extension assigned to the supply channel 10 16 an inflow opening 18 and the transition between the middle section 17 and the one with the ventilation channel 12 communicating extension 16 a ventilation opening 19th represents.
  • each of the two extensions 16 piston-like closure body 22, 22 ' there is one in each of the two extensions 16 piston-like closure body 22, 22 '.
  • the two closure bodies 22, 22 ' are arranged coaxially to one another and slidably supported independently. In the from the drawing resulting closed position sits respective closure body 22, 22 'with a sealing section 23 on one of the associated inflow or vent opening 18, 19 enclosing valve seat 24 so that the passage of fluid through the relevant opening 18, 19 is blocked through, the relevant opening 18, 19 of a closing surface 25 of the respective closure body 22, 22 'is covered.
  • Each closure body 22, 22 ' is a spring device 26 assigned, via which he towards the closed position is applied.
  • it is from a helical compression spring, which is exemplary on the one hand on a circumferential radial collar 27 of the Closure body 22, 22 'and on the other hand on a surface of the valve housing 2 supports.
  • the radial collar 27 lies in the area of the associated extension 16. It is adjoined by an outer cylinder contoured guide section 28 of the closure body 22, 22 ', which projects into a through opening 32 which a respective extension 16 with the neighboring one Housing chamber 7 connects.
  • the through hole 32 is a longitudinal section of the receptacle 6, in which the closure body 22, 22 'via the assigned guide section 28 is guided axially.
  • the through opening 32 carries each guide section 28 in the area of the outer circumference expediently in one Circumferential groove received annular seal 33 which with the circumferential surface of the through hole 32 in sliding There is a sealing contact. It can be inexpensive with a so-called 0-ring made of material rubber-elastic properties.
  • the one another identical cross-sectional areas of the two through openings 32 correspond to the embodiment Cross sections of the inflow opening 18 and the vent opening 19th
  • Adjustment device 5 In addition to the two closure bodies 22, 22 ' Adjustment device 5 also a rod-shaped Actuating plunger 35, which is arranged coaxially in the receptacle 6 is.
  • the one-piece actuating plunger, for example 35 penetrates both closure bodies simultaneously 22, 22 ', which thus sit on the actuating plunger 35, whereby a relative axial displaceability is guaranteed is.
  • the two closure bodies 22, 22 ' are axially spaced arranged to each other.
  • the one that bridges this gap Section of the actuating plunger 35, hereinafter referred to as Bridging section 36 is designated with two radial projections 37 provided that, for example, revolving like a ring or are collar-shaped.
  • One each Radial projection 37 is immediate to a closing surface 25 upstream.
  • Each radial projection 37 has the associated closure body 22, 22 'facing the axial side via an actuating surface 38. The arrangement is so met that in the closed position of both closure bodies 22, 22 'of the associated radial projection 37 with its Actuating surface 38 just on the relevant closure body 22, 22 'is applied.
  • the actuating plunger 35 can be used with the help of the mentioned Axially move or adjust drive device 3. Depending on the direction in which the adjustment movement starts from the neutral position shown and explained of the actuating plunger 35, one of the Closure body 22, 22 'by the action of the associated Radial projection 37 lifted out of the closed position and shifted to an open position in which its sealing section 23 a more or less large distance from the Valve seat 24 complies. The other closure body is not affected, since the one assigned to it Radial projection 37 axially away from it.
  • the actuating plunger 35 projects out of the closure body arrangement on both sides 22, 22 'with an end section 42, 42' out and into the adjoining housing chamber 7. Bears inside the relevant housing chamber 7 each end section 42, 42 'a gas-tight compensating wall 43, which seals the housing chamber 7 in two axially successive rooms divided.
  • Compensation space 44 the opposite outer space as Outside space 45.
  • the compensating wall 43 is on the one hand at the end section 42, 42 'and on the other hand fixed to the valve housing 2.
  • the arrangement is such that the actuating plunger 35 can nevertheless perform an axial movement.
  • the compensating wall 43 at least in part by a flexible membrane 46 is formed.
  • This for example, disc-shaped Membrane, suitably made of material with rubber elastic Has properties, has in the embodiment a central opening 47 with which it opens the actuating plunger 35 is attached and clamped. In the area of its outer peripheral edge it is in the Area of the peripheral wall of the housing chamber 7 tightly clamped.
  • the tappet-side attachment takes place in the exemplary embodiment expediently by means of two axially flanking support disks 49, between which they with the Edge of its central opening 47 is clamped.
  • These support disks 49 can be radially very close to the Project circumferential surface of the housing chamber 7.
  • the compensation wall assigned to a respective compensation space 44 43 and loading surface 34 form movable ones Boundary walls of the compensation room concerned 44.
  • the pressure prevailing in the compensation chamber 44 is applied thus both the inner surface facing the compensation space 44 52 of the compensating wall 43 and the facing Actuation surface 34 of the adjacent Closure body 22, 22 '.
  • Branch channels 53 are provided, both of the consumer channel 11 and branch into one of the equalization rooms 44 flow into. This ensures that the Consumer channel 11 prevailing pressure at the same time in two compensation rooms 44 is pending.
  • the two outer spaces 45 are expediently each connected with the environment, for what purpose appropriate Connection channels 54 may be present.
  • the compensation chamber 44 is axially opposite Outer surface 55 of the compensating wall 43 constantly from atmospheric pressure acted upon.
  • closure body controlling the inflow opening 18 22 Compressed force compensated with regard to the supply pressure. That in the assigned extension 16 prevailing pressure exposed, oval opposing closure body surfaces 56, 56 ', which in the present case are on the radial collar 27 are the same size. The same applies to the closure body controlling the vent opening 19 22 ', so that there is also compensation on the vent side.
  • the closing force acting on the closure bodies 22, 22 ' is applied solely by the spring devices 26.
  • the inner surfaces 52 of the compensation walls 43 are identical to each other, as are the outer surfaces 55, are also on the actuating plunger 35 via the Compensating wall 43 attacking axial forces neutralized.
  • the actuating tappet 35 with the aid of the drive device 3 from its neutral position deflected in one direction or the other.
  • force is introduced via a plunger 57 of the drive device 3, which on the one (42 ') of the two end portions of the operating plunger 35 attacks.
  • the actuating plunger 35 is based on the neutral position shown shifted to the right, see above the inflow opening 18 is open and fluid can flow out of the Flow supply channel 10 to consumer channel 11.
  • the Vent opening 19 is still closed.
  • the closure body surfaces 56, 56 'on the vent side Closure body 22 ' which thus continues is compensated for ambient pressure, is now due to the closing surfaces 25 and loading surfaces 34 of the closure body 22, 22 'as well as on the inner surfaces 52 of the Compensation walls 43 of the prevailing in the supply channel Pressure, so that, just at a higher pressure level, there is a compensation of the pressure forces.
  • the actuating forces required for actuation are therefore also at least essentially from the valve position independently.
  • the drive device 3 is included an electromagnet device 58 equipped as Submersible anchor drive device is executed. Corresponding that supplied to the electromagnet device 58 Amperage here takes the plunger 57 a certain Axial position. A more detailed description of the submersible drive mechanism needless here because you Structure as such is known to the person skilled in the art.
  • a path sensor 61 is integrated, so that itself in connection with a not shown Control device can implement a path control. On so-called proportional operation is easily possible, in which the actuating plunger 35 can be positioned continuously is.
  • the design of the drive device 3 is fundamental any. For example, you could have one include so-called proportional magnets, its armature works as a plunger 57 and mechanical pressure forces can initiate in the actuating plunger 35, wherein Provision a spring device can be provided the one on the opposite end against the one there existing compensation wall 43 works.
  • the surfaces of the compensation walls 43 are not to choose the same size, but a certain area difference to provide. This enables use in particular a weak drive with a large stroke.
  • the valve can be used as a pressure control valve become.
  • a pressure control valve In connection with a consumer channel 11 assigned pressure sensor can control here occur that always a certain consumer side Outlet pressure is present.
  • the valve can not only be used as a proportional directional valve, but also use as a simple switching valve, in which the closure body only between two Positions are switchable and no intermediate positions can take.
  • the benefits of compensation fluidic pressure forces also remain here receive. You can do different without much effort Realize valve types.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einem Ventilgehäuse, das einen Versorgungskanal zur Druckmittelzufuhr, einen Verbraucherkanal zur Verbindung mit einem Verbraucher und einen Entlüftungskanal aufweist, wobei der Verbraucherkanal über eine Zuströmöffnung mit dem Versorgungskanal und über eine Entlüftungsöffnung mit dem Entlüftungskanal verbindbar ist, mit zwei zueinander koaxialen, jeweils einer der beiden Öffnungen zugeordneten und unabhängig voneinander bewegbaren Verschlußkörpern, die jeweils durch Federbeaufschlagung aufeinander zu gerichtet in eine Schließstellung vorgespannt sind, in der sie die zugeordnete Öffnung mit einer Schließfläche abdecken und verschließen, und mit einem mittels einer Antriebseinrichtung verstellbaren Betätigungsstößel für die beiden Verschlußkörper, an dem axial entgegengesetzt gerichtete Betätigungsflächen vorgesehen sind, die bei entsprechender Verstellrichtung des Betätigungsstößels in öffnungsrichtung entgegen der Federkraft auf jeweils einen der Verschlußkörper einwirken.
Ein derartiges, als Druckregelventil ausgestaltetes Ventil wird in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. JP-H5-158552 beschrieben. Es regelt durch veränderliche Vorgabe der Stellung des Betätigungsstößels den am Verbraucherkanal anliegenden Druck. Um den Druck zu erhöhen, wird der der Zuströmöffnung zugeordnete Verschlußkörper mehr oder weniger weit vom zugeordneten Ventilsitz abgehoben. Entsprechendes erfolgt in bezug auf den anderen, der Entlüftungsöffnung zugeordneten Verschlußkörper, wenn der verbraucherseitig gewünschte Sekundärdruck reduziert werden soll.
Bei dem bekannten Ventil durchsetzt der Betätigungsstößel einen der Verschlußkörper und trägt an seinem Endabschnitt eine teilweise von einer flexiblen Membran gebildete Beaufschlagungswand, die einerseits von dem im Verbraucherkanal herrschenden Druck beaufschlagt wird. Die Stellung des Betätigungsstößels wird durch Änderung des auf der entgegengesetzten Wandseite herrschenden Druckes beeinflußt.
Das bekannte Ventil ist ein ausschließlich als Druckregelventil einsetzbares Spezialventil. Für andere Ventilfunktionen eignet es sich nicht. Ist beispielsweise ein 3/2- oder 3/3-Proportional-Wegeventil gefordert, muß auf einen gänzlich anderen Ventiltyp zurückgegriffen werden, was einen beträchtlichen Kostenaufwand für Herstellung und Lagerhaltung bedeutet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingängs genannten Art zu schaffen, das einen Aufbau besitzt, der ohne größeren Aufwand die Realisierung verschiedener Ventilarten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die beiden Verschlußkörper axial verschiebbar auf dem sie axial durchsetzenden Betätigungsstößel angeordnet sind, daß die beiden über die Verschlußkörper axial hinausragenden Endabschnitte des Betätigungsstößels eine zumindest teilweise von einer flexiblen Membran gebildete, ventilgehäuseseitig festgelegte gasdichte Ausgleichswand tragen, daß eine jeweilige Ausgleichswand und eine dieser zugewandte, der Schließfläche axial entgegengesetzte Beaufschlagungsfläche des benachbarten Verschlußkörpers bewegliche Begrenzungswände eines zur Kompensation von an dem Betätigungsstößel angreifenden fluidischen Druckkräften dienenden Ausgleichsraumes bilden, und daß die beiden Ausgleichsräume über Zweigkanäle mit dem Verbraucherkanal verbunden sind.
Ein derartiges Ventil läßt sich bei entsprechender Ausgestaltung der Antriebseinrichtung auch weiterhin als Druckregelventil einsetzen. Darüber hinaus eignet es sich jedoch auch zum Einsatz als Proportional-Wegeventil, da die vom Arbeitsfluid verursachten, auf den Betätigungsstößel einwirkenden Druckkräfte vollständig ausgeglichen werden können, so daß auch bei hohem Versorgungsdruck nur geringe Stellkräfte für den Betätigungsstößel erforderlich sind. Der in Schließstellung des Ventils in öffnungsrichtung auf die Verschlußkörper einwirkende Druck ist kräftemäßig ausgeglichen, da der gleiche Druck über die Zweigkanäle und die angeschlossenen Ausgleichsräume auf die entgegengesetzt gerichteten Beaufschlagungsflächen der Verschlußkörper einwirkt. Sind auch die Flächen der Ausgleichswände untereinander gleich, kompensieren sich die hier angreifenden Druckkräfte ebenfalls. Auf diese Weise ist eine druckunabhängige Betätigung des Ventils realisierbar. Die Betätigungskräfte richten sich zweckmäßigerweise im wesentlichen nur nach der Eigensteifigkeit der Membranen der Ausgleichswände und der mit der Lagerung und/oder Abdichtung der Verschlußkörper zusammenhängenden Reibungskräfte sowie der Kraft der Federbeaufschlagung der Verschlußkörper.
Das erfindungsgemäße Ventil läßt sich beispielsweise als 3/3-Proportional-Wegeventil einsetzen, wobei eine Wegregelung integriert sein kann. Unter Umständen läßt sich das Ventil auch als einfaches Schaltventil verwenden. Möglich ist ferner ein Einsatz als Druckregelventil, wobei man über die Auswahl des Flächenverhältnisses der beiden Ausgleichswände bewußt eine gewisse resultierende Stellkraft in einer Richtung vorgeben kann, der man mit der Antriebseinrichtung entgegenwirkt, um somit den verbraucherseitig anliegenden Druck zu regeln. Es ist von Vorteil, daß man relativ große Membranen einsetzen kann, wenn man einen großen Hub benötigt, ohne auf entsprechend starke Antriebseinrichtungen zurückgreifen zu müssen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Zweckmäßigerweise sind die Verschlußkörper derart ausgebildet, daß die in Schließstellung an ihnen angreifenden Druckkräfte, die von dem im zugeordneten Versorgungs- bzw. Entlüftungskanal herrschenden Druck abhängen, zumindest im wesentlichen gleich groß sind. Des weiteren ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die dem Ausgleichsraum axial entgegengesetzten Außenflächen der Ausgleichswände ständig vom Atmosphärendruck beaufschlagt sind. Man erreicht dadurch eine praktisch vollkommen kompensierte fluidbetätigte Verstelleinrichtung, bei der sowohl der Versorgungsdruck als auch der Ausgangsdruck und der Umgebungsdruck kompensiert sein können und keine resultierenden Druckkräfte verursachen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der beiliegenden Zeichnung abgebildeten Ausführungsbeispiels des Ventils näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch das Ventil mit stirnseitig angesetzter Antriebseinrichtung in Gestalt eines Tauchankerantriebes mit integrierter Wegregelung.
Das beispielsgemäße Ventil 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 2, an das axial eine Antriebseinrichtung 3 angesetzt ist.
In dem Ventilgehäuse 2 erstreckt sich in Richtung der Längsachse 4 eine Aufnahme 6 für eine allgemein mit 5 bezeichnete Verstelleinrichtung. Die Aufnahme 6 geht stirnseitig beidseits jeweils in eine Gehäusekammer 7 größeren Querschnitts über.
In dem Ventilgehäuse 2 sind ein Versorgungskanal 10, ein Verbraucherkanal 11 und ein Entlüftungskanal 12 ausgebildet. Diese drei Kanäle münden axial beabstandet seit' lich in die Aufnahme 6. Dabei liegt die Mündung 13 des Verbraucherkanals 11 axial zwischen den Mündungen 14, 15 des Versorgungskanals 10 und des Entlüftungskanals 12. Im übrigen münden alle drei Kanäle 10, 11, 12 andernends zur Außenfläche des Ventilgehäuses 2, wo bei Bedarf weiterführende Druckmittelleitungen anschließbar sind.
Im Betrieb steht der Versorgungskanal 10 mit einer nicht näher dargestellten Druckmittelquelle in Verbindung, so daß über ihn die Druckmittelzufuhr in das Ventil 1 erfolgt. Bei dem Druckmittel handelt es sich zweckmäßigerweise um Druckluft, in welchem Falle das Ventil 1 ein pneumatisches Ventil ist.
Der Verbraucherkanal 11 ermöglicht den Anschluß eines mit Druckmittel zu versorgenden Verbrauchers, beispielsweise eines Arbeitszylinders. Der Entlüftungskanal 12 dient zur Entlüftung des Verbraucherkanals 11 bzw. des daran angeschlossenen Verbrauchers und führt daher zweckmäßigerweise zur Umgebung, wobei ihm ein Schalldämpfer zugeordnet sein kann.
Die Mündungen 14, 15 des Versorgungskanals 10 und des Entlüftungskanals 12 befinden sich beispielsgemäß im Bereich ringförmiger bzw. zylindrischer Erweiterungen 16 der Aufnahme 6. Diese Erweiterungen 16 flankieren axial beidseits einen über die Mündung 13 mit dem Verbraucherkanal 11 kommunizierenden Mittelabschnitt 17 der Aufnahme 6. Dabei stellt der Übergang zwischen dem Mittelabschnitt 17 und der dem Versorgungskanal 10 zugeordneten Erweiterung 16 eine Zuströmöffnung 18 und der Übergang zwischen dem Mittelabschnitt 17 und der mit dem Entlüftungskanal 12 kommunizierenden Erweiterung 16 eine Entlüftungsöffnung 19 dar.
In den beiden Erweiterungen 16 befindet sich jeweils ein kolbenartiger Verschlußkörper 22, 22'. Die beiden Verschlußkörper 22, 22' sind koaxial zueinander angeordnet und unabhängig voneinander verschiebbar gelagert. In der aus der Zeichnung hervorgehenden Schließstellung sitzt ein jeweiliger Verschlußkörper 22, 22' mit einer Dichtpartie 23 auf einem die zugeordnete Zuström- bzw. Entlüftungsöffnung 18, 19 umschließenden Ventilsitz 24 auf, so daß der Fluiddurchgang durch die betreffende Öffnung 18, 19 hindurch versperrt ist, wobei die betreffende Öffnung 18, 19 von einer Schließfläche 25 des jeweiligen Verschlußkörpers 22, 22' abgedeckt wird.
Jedem Verschlußkörper 22, 22' ist eine Federeinrichtung 26 zugeordnet, über die er in Richtung der Schließstellung beaufschlagt wird. Sie ist beispielsgemäß jeweils von einer Schraubendruckfeder gebildet, die sich beispielsgemäß einerseits an einem umlaufenden Radialbund 27 des Verschlußkörpers 22, 22' und andererseits an einer Fläche des Ventilgehäuses 2 abstützt. Durch die Federeinrichtungen 26 werden die beiden Verschlußkörper 22, 22' axial aufeinander zu gerichtet in Schließrichtung beaufschlagt.
Der Radialbund 27 liegt im Bereich der zugeordneten Erweiterung 16. An ihn schließt sich ein außen zylindrisch konturierter Führungsabschnitt 28 des Verschlußkörpers 22, 22' an, der in eine Durchgangsöffnung 32 hineinragt, die eine jeweilige Erweiterung 16 mit der benachbarten Gehäusekammer 7 verbindet. Die Durchgangsöffnung 32 ist ein Längenabschnitt der Aufnahme 6, in dem der Verschlußkörper 22, 22' über den zugeordneten Führungsabschnitt 28 axial verschiebbar geführt ist. Zur Abdichtung der Durchgangsöffnung 32 trägt jeder Führungsabschnitt 28 im Bereich des Außenumfanges eine zweckmäßigerweise in einer Umfangsnut aufgenommene ringförmige Dichtung 33, die mit der Umfangsfläche der Durchgangsöffnung 32 in gleitendem Dichtkontakt steht. Sie kann in kostengünstiger Ausgestaltung von einem sogenannten 0-Ring aus Material mit gummielastischen Eigenschaften gebildet sein.
Der Verschlußkörper 22, 22' endet an der der Schließfläche 25 axial entgegengesetzten Stirnseite mit einer Beaufschlagungsfläche 34, deren Größe betragsmäßig zweckmäßigerweise der Schließfläche 25 entspricht. Die untereinander identischen Querschnittsflächen der beiden Durchgangsöffnungen 32 entsprechen beim Ausführungsbeispiel den Querschnitten der Zuströmöffnung 18 und der Entlüftungsöffnung 19.
Außer den beiden Verschlußkörpern 22, 22' besitzt die Verstelleinrichtung 5 des weiteren einen stangenförmigen Betätigungsstößel 35, der koaxial in der Aufnahme 6 angeordnet ist. Der beispielsgemäß einstückige Betätigungsstößel 35 durchsetzt gleichzeitig beide Verschlußkörper 22, 22', die somit auf dem Betätigungsstößel 35 sitzen, wobei eine relative axiale Verschiebbarkeit gewährleistet ist.
Die beiden Verschlußkörper 22, 22' sind axial beabstandet zueinander angeordnet. Der diesen Abstand überbrückende Abschnitt des Betätigungsstößels 35, nachfolgend als Überbrückungsabschnitt 36 bezeichnet, ist mit zwei Radialvorsprüngen 37 versehen, die beispielsgemäß ringartig umlaufend bzw. kragenförmig ausgebildet sind. Jeweils ein Radialvorsprung 37 ist einer Schließfläche 25 unmittelbar vorgelagert. Jeder Radialvorsprung 37 verfügt an der dem zugeordneten Verschlußkörper 22, 22' zugewandten Axialseite über eine Betätigungsfläche 38. Die Anordnung ist so getroffen, daß in Schließstellung beider Verschlußkörper 22, 22' der zugeordnete Radialvorsprung 37 mit seiner Betätigungsfläche 38 gerade eben am betreffenden Verschlußkörper 22, 22' anliegt.
Der Betätigungsstößel 35 läßt sich mit Hilfe der erwähnten Antriebseinrichtung 3 axial verschieben bzw. verstellen. Je nachdem, in welche Richtung die Verstellbewegung ausgehend von der gezeigten und erläuterten Neutralstellung des Betätigungsstößels 35 erfolgt, wird jeweils einer der Verschlußkörper 22, 22' durch Einwirkung des zugeordneten Radialvorsprunges 37 aus der Schließstellung ausgehoben und in eine Offenstellung verlagert, in der seine Dichtpartie 23 einen mehr oder weniger großen Abstand zum Ventilsitz 24 einhält. Der jeweils andere Verschlußkörper wird hierbei nicht beeinflußt, da sich der ihm zugeordnete Radialvorsprung 37 axial von ihm entfernt.
Der Betätigungsstößel 35 ragt beidseits aus der Verschlußkörperanordnung 22, 22' mit einem Endabschnitt 42, 42' hinaus und in die sich anschließende Gehäusekammer 7 hinein. Im Innern der betreffenden Gehäusekammer 7 trägt jeder Endabschnitt 42, 42' eine gasdichte Ausgleichswand 43, die die Gehäusekammer 7 unter Abdichtung in zwei axial aufeinanderfolgende Räume unterteilt. Der sich unmittelbar an die Durchgangsöffnung 32 anschließende Raum sei als Ausgleichsraum 44, der entgegengesetzte äußere Raum als Außenraum 45 bezeichnet.
Die Ausgleichswand 43 ist einerseits an dem Endabschnitt 42, 42' und andererseits am Ventilgehäuse 2 festgelegt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Betätigungsstößel 35 gleichwohl eine Axialbewegung ausführen kann. Dies resultiert daraus, daß die Ausgleichswand 43 zumindest teilweise von einer flexiblen Membran 46 gebildet ist. Diese beispielsgemäß scheibenförmige Membran, die zweckmäßigerweise aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht, hat beim Ausführungsbeispiel eine zentrale Durchbrechung 47, mit der sie auf den Betätigungsstößel 35 aufgesetzt und festgespannt ist. Im Bereich ihres äußeren umlaufenden Randes ist sie im Bereich der Umfangswand der Gehäusekammer 7 dicht eingespannt.
Die stößelseitige Befestigung erfolgt beim Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise mittels zweier sie axial flankierender Stützscheiben 49, zwischen denen sie mit dem Rand ihrer zentralen Durchbrechung 47 eingespannt ist. Diese Stützscheiben 49 können radial sehr nahe an die Umfangsfläche der Gehäusekammer 7 heranragen.
Auf Grund der Abdichtung des Ausgleichsraumes 44 mit Hilfe einer Membran 46 wird das Auftreten von Reibung beim Verstellen des Betätigungsstößels 35 verhindert. Die aufzubringenden Verstellkräfte müssen lediglich so groß sein, daß die Eigensteifigkeit der Membranen 46 überwunden werden kann.
Zum benachbarten Versorgungskanal 10 und Entlüftungskanal 12 hin ist ein jeweiliger Ausgleichsraum 44 über die ringförmige Dichtung 33 abgedichtet, die der in die Durchgangsöffnung 32 hineinragende Verschlußkörper 22, 22' trägt.
Die einem jeweiligen Ausgleichsraum 44 zugeordnete Ausgleichswand 43 und Beaufschlagungsfläche 34 bilden bewegliche Begrenzungswände des betreffenden Ausgleichsraumes 44. Der im Ausgleichsraum 44 herschende Druck beaufschlagt somit sowohl die dem Ausgleichsraum 44 zugewandte Innenfläche 52 der Ausgleichswand 43 als auch die zugewandte Beaufschlagungsfläche 34 des benachbart angeordneten Verschlußkörpers 22, 22'.
Im Innern des Ventilgehäuses 2 sind des weiteren zwei Zweigkanäle 53 vorgesehen, die beide vom Verbraucherkanal 11 abzweigen und in jeweils einen der Ausgleichsräume 44 einmünden. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der im Verbraucherkanal 11 herrschende Druck gleichzeitig auch in beiden Ausgleichsräumen 44 ansteht.
Die beiden Außenräume 45 sind zweckmäßigerweise jeweils mit der Umgebung verbunden, zu welchem Zweck geeignete Verbindungskanäle 54 vorhanden sein können. Auf diese Weise ist die dem Ausgleichsraum 44 axial entgegengesetzte Außenfläche 55 der Ausgleichswand 43 ständig vom Atmosphärendruck beaufschlagt.
Betrachtet man die in der Figur gezeigte Neutralstellung des Ventils 1, so ist die Verstelleinrichtung 5 hinsichtlich der vom Arbeitsfluid hervorgerufenen Druckkräfte praktisch vollständig kompensiert. An jedem Verschlußkörper 22, 22' steht sowohl an der Schließfläche 25 als auch - über den Zweigkanal 53 und den Ausgleichsraum 44 - an der Beaufschlagungsfläche 34 der ausgangsseitige bzw. verbraucherseitige Druck an, wobei wegen der Flächenidentität keine resultierenden Stellkräfte auftreten.
Dazuhin ist der die Zuströmöffnung 18 steuernde Verschlußkörper 22 hinsichtlich des Versorgungsdruckes druckkraftkompensiert. Die dem in der zugeordneten Erweiterung 16 herrschenden Druck ausgesetzten, oval entgegengesetzten Verschlußkörperflächen 56, 56', die sich vorliegend an dem Radialbund 27 befinden, sind gleich groß. Entsprechendes gilt auch für den die Entlüftungsöffnung 19 steuernden Verschlußkörper 22', so daß auch entlüftungsseitige Kompensation vorliegt. Die auf die Verschlußkörper 22, 22' einwirkende Schließkraft wird allein von den Federeinrichtungen 26 aufgebracht.
Indem darüber hinaus die Innenflächen 52 der Ausgleichswände 43 untereinander gleich sind, ebenso wie die Außenflächen 55, sind auch die am Betätigungsstößel 35 über die Ausgleichswand 43 angreifenden Axialkräfte neutralisiert.
Um das Ventil 1 zu betätigen, wird der Betätigungsstößel 35 mit Hilfe der Antriebseinrichtung 3 aus seiner Neutralstellung in die eine oder andere Richtung ausgelenkt. Die Krafteinleitung erfolgt beim Ausführungsbeispiel über einen Stellstößel 57 der Antriebseinrichtung 3, der an dem einen (42') der beiden Endabschnitte des Betätigungsstößels 35 angreift. Beim Ausführungsbeispiel liegt eine feste Verbindung vor, so daß sowohl Druckkräfte als auch Zugkräfte übertragbar sind.
Von Vorteil ist, daß die aufzubringende Verstellkraft beim Ausführungsbeispiel unabhängig vom Druck des Arbeitsfluides ist. Dies gilt auch dann, wenn entweder die Zuströmöffnung 18 oder die Entlüftungsöffnung 19 mehr oder weniger weit geöffnet ist.
Ist beispielsweise der Betätigungsstößel 35 ausgehend von der gezeigten Neutralstellung nach rechts verschoben, so ist die Zuströmöffnung 18 offen, und Fluid kann aus dem Versorgungskanal 10 zum Verbraucherkanal 11 strömen. Die Entlüftungsöffnung 19 ist weiterhin verschlossen. Mit Ausnahme der Verschlußkörperflächen 56, 56' an dem entlüftungsseitigen Verschlußkörper 22', der somit weiterhin umgebungsdruckkompensiert ist, liegt nun an den Schließflächen 25 und Beaufschlagungsflächen 34 der Verschlußkörper 22, 22' wie auch an den Innenflächen 52 der Ausgleichswände 43 der im Versorgungskanal herrschende Druck an, so daß weiterhin, nur eben auf höherem Druckniveau, eine Kompensation der Druckkräfte vorhanden ist. Die zur Betätigung erforderlichen Stellkräfte sind also auch von der Ventilstellung zumindest im wesentlichen unabhängig.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinrichtung 3 mit einer Elektromagnet-Einrichtung 58 ausgestattet, die als Tauchanker-Antriebseinrichtung ausgeführt ist. Entsprechend der der Elektromagnet-Einrichtung 58 zugeführten Stromstärke nimmt hier der Stellstößel 57 eine bestimmte Axialposition ein. Eine nähere Beschreibung der Tauchanker-Antriebseinrichtung erübrigt sich hier, weil ihr Aufbau als solcher dem Fachmann bekannt ist. Beim Ausführungsbeispiel ist ein Wegsensor 61 integriert, so daß sich in Zusammenhang mit einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung eine Wegregelung verwirklichen läßt. Ein sogenannter Proportionalbetrieb ist ohne weiteres möglich, bei dem der Betätigungsstößel 35 stufenlos positionierbar ist.
Die Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 3 ist grundsätzlich beliebig. Sie könnte beispielsweise auch einen sogenannten Proportionalmagneten umfassen, dessen Anker als Stellstößel 57 arbeitet und mechanische Druckkräfte in den Betätigungsstößel 35 einleiten kann, wobei zur Rückstellung eine Federeinrichtung vorgesehen werden kann, die auf der entgegengesetzten Stirnseite gegen die dort vorhandene Ausgleichswand 43 arbeitet.
Um eine resultierende Rückstellkraft zu erhalten, wäre es auch denkbar, die Flächen der Ausgleichswände 43 nicht gleich groß zu wählen, sondern eine gewisse Flächendifferenz vorzusehen. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung eines schwachen Antriebes mit großem Hub.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung wie vorstehend beschrieben, kann das Ventil als Druckregelventil eingesetzt werden. Im Zusammenhang mit einem dem Verbraucherkanal 11 zugeordneten Drucksensor kann hier eine Regelung derart erfolgen, daß stets ein bestimmter verbraucherseitiger Ausgangsdruck vorliegt.
Das Ventil läßt sich nicht nur als Proportional-Wegeventil, sondern auch als einfaches Schaltventil einsetzen, bei dem die Verschlußkörper lediglich zwischen zwei Stellungen umschaltbar sind und keine Zwischenstellungen einnehmen können. Die Vorteile hinsichtlich Kompensation fluidisch bedingter Druckkräfte bleiben aber auch hier erhalten. Man kann somit ohne größeren Aufwand verschiedene Ventilarten realisieren.

Claims (9)

  1. Ventil, mit einem Ventilgehäuse (2), das einen Versorgungskanal (10) zur Druckmittelzufuhr, einen Verbraucherkanal (11) zur Verbindung mit einem Verbraucher und einen Entlüftungskanal (12) aufweist, wobei der Verbraucherkanal (11) über eine Zuströmöffnung (18) mit dem Versorgungskanal (10) und über eine Entlüftungsöffnung (19) mit dem Entlüftungskanal (12) verbindbar ist, mit zwei zueinander koaxialen, jeweils einer der beiden Öffnungen (18, 19) zugeordneten und unabhängig voneinander bewegbaren Verschlußkörpern (22, 22'), die jeweils durch Federbeaufschlagung aufeinander zu gerichtet in eine Schließstellung vorgespannt sind, in der sie die zugeordnete Öffnung (18, 19) mit einer Schließfläche (25) abdecken und verschließen, und mit einem mittels einer Antriebseinrichtung (3) verstellbaren Betätigungsstößel (35) für die beiden Verschlußkörper (22, 22'), an dem axial entgegengesetzt gerichtete Betätigungsflächen (38) vorgesehen sind, die bei entsprechender Verstellrichtung des Betätigungsstößels (35) in Öffnungsrichtung entgegen der Federkraft auf jeweils einen der Verschlußkörper (22, 22') einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verschlußkörper (22, 22') axial verschiebbar auf dem sie axial durchsetzenden Betätigungsstößel (35) angeordnet sind, daß die beiden über die Verschlußkörper (22, 22') axial hinausragenden Endabschnitte (42, 42') des Betätigungsstößels (35) eine zumindest teilweise von einer flexiblen Membran (46) gebildete, ventilgehäuseseitig festgelegte gasdichte Ausgleichswand (43) tragen, daß eine jeweilige Ausgleichswand (43) und eine dieser zugewandte, der Schließfläche (25) axial entgegengesetzte Beaufschlagungsfläche (34) des benachbarten Verschlußkörpers (22, 22') bewegliche Begrenzungswände eines zur Kompensation von an dem Betätigungsstößel (35) angreifenden fluidischen Druckkräften dienenden Ausgleichsraumes (44) bilden, und daß die beiden Ausgleichsräume (44) über Zweigkanäle (53) mit dem Verbraucherkanal (11) verbunden sind.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verschlußkörper (22, 22') derart ausgebildet ist, daß die in Schließstellung von dem im zugeordneten Versorgungs- oder Entlüftungskanal (10, 12) herrschenden Druck beaufschlagten, axial entgegengesetzt gerichteten Verschlußkörperflächen (56, 56') gleich groß sind.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Verschlußkörper (22, 22') einen den Betätigungsstößel (35) umschließenden zylindrischen Führungsabschnitt (28) aufweist, der unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Dichtung (33) axial verschiebbar in einer zwischen dem zugeordneten Versorgungs- bzw. Entlüftungskanal (10, 12) und dem zugeordneten Ausgleichsraum (44) verlaufenden Durchgangsöffnung (32) angeordnet ist.
  4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungsfläche (34) von der Stirnfläche des Führungsabschnittes (28) gebildet ist.
  5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (3) im Bereich einer der beiden axialen Stirnseiten des Ventilgehäuses (2) angeordnet ist und einen mit dem Betätigungsstößel (35) zusammenwirkenden Stellstößel (57) aufweist.
  6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (3) eine Elektromagnet-Einrichtung (58) aufweist.
  7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Tauchanker-Antriebseinrichtung ist.
  8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ausgleichsraum (44) axial entgegengesetzten Außenflächen (55) der Ausgleichswände (43) ständig vom Atmosphärendruck beaufschlagt sind.
  9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einem jeweiligen Ausgleichsraum (44) zugewandten Innenflächen (52) der beiden Ausgleichswände (43) unterschiedlich groß ausgebildet sind.
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