EP2384402B1

EP2384402B1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: EP2384402B1
Application number: EP10706958.5A
Authority: EP
Inventors: Michael Berner; Rolf Berger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: WO2010118798A1; DE102009017880A1; EP2384402A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Fluidversorgung fluidischer Verbraucher, mit mehreren in einer Stapelrichtung aneinandergereihten Ventilmodulen; die Ventilmodule umfassen jeweils einen plattenförmigen Kanalkörper, der eine zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildete Speisekanalausnehmung, zwei zur Ankopplung fluidischer Verbraucher vorgesehene Arbeitskanäle und eine zur Entlüftung von fluidischen Verbrauchern dienende Entlüftungskanalausnehmung sowie zwei zueinander parallele, einander entgegengesetzte Fügeflächen und senkrecht zu den Fügeflächen ausgerichtete Außenflächen aufweist, wobei die Fügeflächen die Stapelrichtung bestimmen und zur Anlage an Fügeflächen benachbarter Kanalkörper ausgebildet sind; und vier 2/2-Wegeventile, die jeweils einen ersten und einen zweiten Fluidanschluss und ein bewegliches Ventilglied für die Einstellung eines freien Fluidkanalquerschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss aufweisen, wobei die vier 2/2-Wegeventile der Ventilmodule in einer Vollbrückenanordnung miteinander verschaltet sind, bei der die ersten Fluidanschlüsse des ersten und des zweiten 2/2-Wegeventils mit der Speisekanalausnehmung verbunden sind, der zweite Fluidanschluss des ersten 2/2-Wegeventils und der erste Fluidanschluss des vierten 2/2-Wegeventils mit einem ersten Arbeitskanal verbunden sind, der zweite Fluidanschluss des zweiten 2/2-Wegeventils und der erste Fluidanschluss des vierten 2/2-Wegeventils mit einem zweiten Arbeitskanal verbunden sind und die zweiten Fluidanschlüsse des dritten und des vierten 2/2-Wegeventils mit der Entlüftungskanalausnehmung verbunden sind, und wobei jedes 2/2-Wegeventil ein elektrisch ansteuerbares Betätigungsmittel umfasst, das auf eine als Bestückungsfläche dienende Außenfläche des Kanalkörpers aufgesetzt ist und das zur Umschaltung des jeweils zugeordneten Ventilglieds zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung ausgebildet ist.
Aus der DE 102 08 390 A1 ist ein Mehrwegeventil mit frei konfigurierbarer Ventilfunktion bekannt, das mehrere an einem Ventilkörper angeordnete Druckmittelanschlüsse sowie eine elektrisch ansteuerbare Antriebseinheit zur Betätigung einer im Ventilkörper untergebrachten Ventilmechanik umfasst. Die Ventilmechanik besteht aus zumindest vier einzelnen, in Reihe geschalteten 2/2-Wege-Hauptventilen mit dazwischen angeordneten Druckmittelanschlüssen. Jedem einzelnen Hauptventil ist ein elektrisches Antriebselement zugeordnet, das mit einer gemeinsamen elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist. Mit dem Mehrwegeventil können unterschiedliche Wegefunktionen frei wählbar realisiert werden.
Aus der DE 103 15 460 B4 ist eine Ventilanordnung für gasförmige und flüssige Medien bekannt. Diese umfasst mindestens vier zu einer Mehrwegeventileinheit in Vollbrückenanordnung verknüpfte 2/2-Wegeventile, denen eine elektrische Steuereinheit mit mindestens einem Busanschluss, mindestens einem Sensoranschluss und mindestens einer Pulsweitenmodulation zugeordnet ist. Die Wegeventile sind als schnellschaltende Plattenankerventile ausgebildet, deren Schaltzeit kleiner als 5 Millisekunden ist.
Die EP 0 391 269 B1 offenbart eine Magnetventilbatterie mit einer auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordneten Mehrzahl von Magnetventilen, die eingangsseitig über einen in die Grundplatte integrierten Kanal gemeinsam mit Druckluft versorgbar sind. Der Kanal ist mit einer Stichleitung verbunden, die an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen der Grundplatte ausmündet.
Die DE 102 42 726 A1 offenbart eine Ventilplatte mit darin integrierten Sitzventilen, die durch vorgeschaltete Steuerventile und zugehörige Steuerkanäle geschaltet werden können, wobei die Steuerkanäle durch zwei einander gegenüberliegende Kanalplatten begrenzt werden, von denen eine austauschbar ausgebildet ist, um unterschiedliche Verschaltungen der Steuerkanäle und damit unterschiedliche Schaltfunktionen für die Sitzventile zu ermöglichen.
Aus der EP 1 748 238 B1 ist ein Magnetventil bekannt, das einen von Ventilkanälen durchsetzten Grundkörper und einen eine Elektromagneteinrichtung aufweisenden Magnetkopf aufweist. Zwischen dem Magnetkopf und dem Grundkörper, die in Richtung einer Hauptachse aufeinanderfolgend angeordnet sind, ist eine mit mehreren Ventilkanälen kommunizierende Ventilkammer angeordnet. Die Ventilkammer enthält einen als Ventilglied dienenden, plattenförmigen Magnetanker, der von einer ortsfesten Magnetkernanordnung der Elektromagneteinrichtung angezogen werden kann.
Die DE 3509032 A1 offenbart ein 5/2-Wegeventil, dessen 4 Ventilelemente nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Druckräume dieser 4 Ventilelemente radiale Erweiterungen aufweisen, die so angeordnet sind, daß die Verbindungskanäle zwischen je zwei Druckräumen dicht am Druckraum des dazwischen liegenden Ventilelementes vorbeigeführt sind. Auf diese Weise lässt sich eine geringe Baubreite des Ventiles erreichen und bei einer Vereinigung mehrerer derartiger Ventile zu einer Batterie kann auch die Abluft aller Ventile leitungsmäßig zusammengefasst werden.
Die DE 2518465 A1 offenbart ein Verkettungssystem für hydraulische Ventile, das aus mehreren wahlweise aneinander setzbaren, die Ventile aufnehmenden Blöcken besteht, in denen die Steuer- und Arbeitsleitungen angeordnet sind, wobei durch eine Trägerplatte mit die Platte durchsetzenden, nebeneinander angeordneten Gruppen von Bohrungsbildern für die Arbeitsleitungen und durch auf die Trägerplatte wahlweise nebeneinander auf die Bohrungsbilder aufsetzbare Ventilblöcke mit derart trapezförmigem Querschnitt gebildet werden, dass zwischen nebeneinanderliegenden Ventilblöcken durch Schrägflächen der benachbarten Ventilblöcke gebildete Keilräume zur Aufnahme von im Querschnitt keilförmigen Zwischenstücken gebildet sind. Diese sind mit der Trägerplatte unter Verspannen der Ventilblöcke gegen die Trägerplatte mit der Trägerplatte verschraubbar sind, wobei die Ventilblöcke und die Keilstücke mindestens zwei parallel zur Trägerplatte verlaufende Bohrungen aufweisen, die im aneinandergereihten Zustand der Ventilblöcke und Keilstücke die Zu- bzw. Ablaufleitung bilden.
Die WO2004097227 offenbart eine Flüssigkeits-Stromregelventilinsel, beispielsweise für den Einsatz zur Steuerung von pneumatischen Antrieben von automatisierten Produktionsanlagen, mit einer Vielzahl von Sätzen von vier bistabilen 2 / 2 Regelventilen und einem Prozessor, der Steuersignale von einer externen speicherprogrammierbaren Steuerung empfangen kann, sowie mit einem Speicherelement.
Aus der DE 202008014269 U1 ist ein modulares Verteilersystem für ein Fluid bekannt. Dieses Fluidverteilsystem weist mehrere Funktionsmodule auf, die zwischen einem Grundmodul und einem Endmodul angeordnet sind. Das Grundmodul weist ein Vorlaufventil und ein Rücklaufventil für das Fluid sowie eine Druckluftleitung für das Ausblasen der Funktionsmodule und eine Drainageleitung auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung bereitzustellen, die ein vereinfachtes Zuströmen und/oder Abströmen des von der Ventileinrichtung zu steuernden Fluids gewährleistet.
Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die mit der Speisekanalausnehmung kommunizierend verbundenen 2/2-Wegeventile nebeneinander angeordnet sind und eine Speiseventilanordnung bilden und dass die mit der Entlüftungskanalausnehmung kommunizierend verbundenen 2/2-Wegeventile nebeneinander angeordnet sind und eine Entlüftungsventilanordnung bilden, wobei die Speiseventilanordnung benachbart zur Entlüftungsventilanordnung angeordnet ist.
Hierdurch können möglichst kurze Wege zwischen der Speisekanalausnehmung bzw. der Entlüftungskanalausnehmung und den jeweils zugeordneten 2/2-Wegeventilen gewährleistet werden. Dadurch wird insbesondere der Strömungswiderstand für das aus der Speisekanalausnehmung in Richtung der zugeordneten 2/2-Wegeventile strömende Fluid gering gehalten. Durch die jeweils paarweise benachbarte Anordnung der 2/2-Wegeventile in der Speiseventilanordnung bzw. in der Entlüftungsventilanordnung werden zudem jeweils ähnliche Strömungswiderstände für die Zufuhr von Fluid in die Arbeitskanäle bzw. für die Abfuhr von Fluid aus den Arbeitskanälen gewährleistet. Dadurch wird im Hinblick auf die Strömungswiderstände für das Fluid eine zumindest nahezu symmetrische Versorgung des fluidischen Verbrauchers mit Fluid und ebenso eine symmetrische Entsorgung oder Abfuhr des Fluids vom Verbraucher sichergestellt. Dies spielt beispielsweise eine Rolle, wenn es sich bei dem fluidischen Verbraucher um einen fluidischen Arbeitszylinder mit zwei durch einen beweglichen Arbeitskolben voneinander getrennten, größenvariablen Zylinderkammern handelt. Für die Ansteuerung eines derartigen Arbeitszylinders ist es vorteilhaft, wenn beide Zylinderkammern aufgrund jeweils gleicher Strömungswiderstände für das Fluid mit gleichen Fluidvolumenströmen versorgt werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zweckmäßig ist es, wenn die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung den Kanalkörper zwischen den Fügeflächen in Stapelrichtung durchsetzen und an den Fügeflächen ausmünden, so dass die mit den Fügeflächen aneinander anliegenden Kanalkörper einen durchgehenden Speisekanal und/oder einen durchgehenden Entlüftungskanal begrenzen. Die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung sind in dem Kanalkörper der Ventileinrichtung derart angeordnet, dass sie bei Anordnung der Kanalkörper in der Stapelrichtung zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, mit den Speisekanalausnehmungen und/oder den Entlüftungskanalausnehmungen benachbarter Kanalkörper in Überdeckung gebracht werden können. Vorzugsweise sind die Speisekanalausnehmung und/oder die Entlüftungskanalausnehmung in jedem der Kanalkörper der Ventileinrichtung an der gleichen Position angeordnet. Dadurch kann auf separate Speise- und/oder Entlüftungsanschlüsse für jeden der Kanalkörper verzichtet werden. Zudem können die längs der Stapelrichtung erstreckten Speise- und/oder Entlüftungskanäle mit erheblich größeren freien Querschnitten ausgebildet werden, als dies für einzeln an den jeweiligen Kanalkörpern vorgesehene Speise- und/oder Entlüftungskanäle der Fall ist. Hierdurch können bei gegebenem Fluidspeisedruck aufgrund des geringeren Strömungswiderstands in den erfindungsgemäßen Speise- und/oder Entlüftungskanälen große Fluidvolumenströme für das strömende Fluid erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das 2/2-Wegeventil zwei erste Fluidanschlüsse und einen zweiten Fluidanschluss aufweist, und dass die zwei ersten Fluidanschlüsse achssymmetrisch zu einer vom zweiten Fluidanschluss bestimmten Längsachse angeordnet sind. Durch diese konstruktive Gestaltung des 2/2-Wegeventils liegt eine vorteilhafte Gestaltungsfreiheit für die Anordnung der Verbindungsbohrungen im Kanalkörper vor, die für eine kommunizierende Verbindung der Speisekanalausnehmung und/oder der Entlüftungskanalausnehmung mit den jeweiligen Fluidanschlüssen des 2/2-Wegeventils vorzusehen sind.
Vorteilhaft ist es, wenn mit der Speisekanalausnehmung kommunizierende Verbindungsbohrungen des Kanalkörpers mit den einander zugewandten ersten Fluidanschlüssen der nebeneinander angeordneten 2/2-Wegeventile der Speiseventilanordnung gekoppelt sind. Hierdurch wird erreicht, dass die benachbart angeordneten 2/2-Wegeventile der Speiseventilanordnung jeweils auf dem kürzesten Weg mit der Speisekanalausnehmung verbunden werden können. Dies gilt auch dann, wenn eine Querschnittshaupterstreckung der Speisekanalausnehmung kleiner als eine Querschnittshaupterstreckung der 2/2-Wegeventile in der gleichen Querschnittsebene ist. Vorzugsweise sind die voneinander abgewandten ersten Fluidanschlüsse der benachbarten 2/2-Wegeventile der Speiseventilanordnung stillgelegt und weisen keine kommunizierende Verbindung mit einer Verbindungsbohrung auf. Besonders bevorzugt weisen beide mit der Speisekanalausnehmung verbundenen Verbindungsbohrungen die gleiche Länge und/oder den gleichen Querschnitt auf.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Entlüftungskanalausnehmung kommunizierende Verbindungsbohrungen des Kanalkörpers mit den zweiten Fluidanschlüssen der nebeneinander angeordneten 2/2-Wegeventile der Entlüftungsventilanordnung gekoppelt sind. Hierdurch wird jeweils eine direkte kommunizierende Verbindung zwischen den zweiten Fluidanschlüssen der 2/2-Wegeventile und der Entlüftungskanalausnehmung hergestellt, so dass für beide 2/2-Wegeventile zumindest im Wesentlichen der gleiche Strömungswiderstand für das in die Entlüftungskanalausnehmung abströmende Fluid gegeben ist.
Zweckmäßig ist es, wenn die mit der Speisekanalausnehmung kommunizierenden Verbindungsbohrungen und die mit der Entlüftungskanalkanalausnehmung kommunizierenden Verbindungsbohrungen jeweils paarweise benachbart zueinander und/oder in einer gemeinsamen, parallel zu den Fügeflächen ausgerichteten Fluidkanalebene angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders kompakte Anordnung der Speise- und Entlüftungsventilanordnungen und der zugehörigen Verbindungsbohrungen gewährleistet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die 2/2-Wegeventile in einer zur Bestückungsfläche parallelen Querschnittsebene einen länglichen Querschnitt aufweisen, dessen Querschnittshaupterstreckung zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung ausgerichtet ist und dass die Querschnittshaupterstreckungen der 2/2-Wegeventile eines Ventilmoduls koaxial zueinander ausgerichtet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass die 2/2-Wegeventile in der Stapelrichtung eine geringe Ausdehnung aufweisen und mit einer möglichst hohen Packungsdichte zu einer kompakten Ventileinrichtung zusammengefügt werden können. Die Querschnittshaupterstreckung ist die jeweils längste Gerade, die in der Querschnittsebene in den Querschnitt des 2/2-Wegeventils gelegt werden kann und parallel zu einer Außenoberfläche des 2/2-Wegeventils ausgerichtet ist. Beispielsweise ist die Querschnittshaupterstreckung bei einem Betätigungsmittel mit rechteckigem Querschnitt gleichbedeutend mit der Länge der längeren Außenkante des Rechteckquerschnitts des Betätigungsmittels und ist querschnittsmittig angeordnet.
Zweckmäßig ist es, wenn der Kanalkörper einstückig ausgebildet ist. Dadurch werden aufwändige Dichtmaßnahmen zwischen den einzelnen 2/2-Wegeventilen und den ihnen zugeordneten Fluidkanälen reduziert bzw. gänzlich vermieden. Der Kanalkörper kann beispielsweise aus Metall, insbesondere als Frästeil, Druckgussteil oder Feingussteil hergestellt sein. Alternativ kann der Kanalkörper als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist es, wenn 2/2-Wegeventile als Ventileinheiten ausgebildet sind, bei denen das Betätigungsmittel mit einem Ventilabschnitt eine kompakte Einheit bildet, die auf die Bestückungsfläche des Kanalkörpers aufgesetzt ist, wobei der Ventilabschnitt den ersten und den zweiten Fluidanschluss sowie einen Ventilsitz umfasst, gegenüber dem das Ventilglied beweglich angeordnet ist, um den freien Fluidkanalquerschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung zu beeinflussen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die 2/2-Wegeventile vollständig außerhalb des Kanalkörpers ausgebildet und sind als kompakte Einheiten auf die Bestückungsfläche des Kanalkörpers aufgesetzt. Die 2/2-Wegeventile weisen neben dem elektrisch ansteuerbaren Betätigungsmittel den Ventilabschnitt auf, der der Fluidführung dient. Der Ventilabschnitt weist einen Fluidkanal auf, der an einer Außenoberfläche in zwei voneinander beabstandete Fluidanschlüsse ausmündet. Im Fluidkanal ist ein Ventilsitz ausgebildet, der eine abdichtende Anlage des Ventilglieds zur Sperrung des freien Querschnitts des Fluidkanals ermöglicht. Das Ventilglied kann durch eine vom Betätigungsmittel ausgehende Krafteinwirkung aus einer abdichtenden Anlage am Ventilsitz in eine Freigabestellung bewegt werden, in der der Ventilsitz und somit der Fluidkanalquerschnitt freigeben sind Das Betätigungsmittel kann also das Ventilglied derart beeinflussen, dass dieses entweder die Sperrstellung oder die Freigabestellung einnimmt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mit der Speisekanalausnehmung und dem zweiten Arbeitskanal kommunizierende 2/2-Wegeventil benachbart zu dem mit der Entlüftungskanalausnehmung und dem zweiten Arbeitskanal kommunizierenden 2/2-Wegeventil angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:

Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer Ventileinrichtung,
Figur 2: eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ventileinrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3: eine perspektivische Darstellung eines Ventilmoduls aus der Ventileinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2,
Figur 4: eine perspektivische Schnittdarstellung des Ventilmoduls gemäß der Figur 3 und
Figur 5: eine ebene Schnittdarstellung des Ventilmoduls gemäß der Figur 3.

Eine in der Figur 1 dargestellte Ventileinrichtung 1 ist zur fluidischen Versorgung mehrerer, nicht dargestellter fluidischer Verbraucher, beispielsweise pneumatischer Arbeitszylinder, vorgesehen. Die Ventileinrichtung 1 dient zur Steuerung und/oder Regelung einer Vielzahl von Fluidströmen, die von einer nicht dargestellten Fluidquelle an die jeweiligen fluidischen Verbraucher bereitgestellt werden sollen.
Die Ventileinrichtung 1 umfasst mehrere, exemplarisch scheibenartig ausgebildete, Ventilmodule 2, die in einer Stapelrichtung 3 aneinander aufgereiht sind. Die Ventilmodule 2 sind zwischen einem Basiselement 4 und einer Abschlussplatte 5 angeordnet, die die Ventileinrichtung 1 längs der Stapelrichtung 3 jeweils endseitig begrenzen.
Einigen der Ventilmodule 2 sind Zusatzmodule 6, 7 zugeordnet, die beispielsweise als Ventilelemente oder Sensorelemente ausgebildet sind. Die Zusatzmodule 6, 7 sind, wie dies aus der Figur 1 hervorgeht, in einer Montagerichtung 92 orthogonal zur Stapelrichtung 3 aneinander anreihbar und ermöglichen bei Bedarf die Erweiterung des Funktionsumfangs der Ventilmodule 2. Die Ventilmodule 2 der Ventileinrichtung 1 sind jedoch auch ohne die zugeordneten Zusatzmodule 6, 7 einsetzbar.
Das Basiselement 4 umfasst an einer Stirnfläche 8 eine Speiseöffnung 9 zum Anschluss eines nicht dargestellten Fluidleiters und eine Entlüftungsöffnung 10 für den Austritt von Fluid, das bereits die Ventileinrichtung 1 und die nicht dargestellten fluidischen Verbraucher durchströmt hat.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Ventileinrichtung 1 sind an das Basiselement 4 in Stapelrichtung 3 mehrere Ventilmodule 2 aufgereiht, die alle den gleichen, nachstehend näher beschriebenen, Aufbau aufweisen. Den Ventilmodulen 2 kommt die Aufgabe zu, das über das Basiselement 4 bereitgestellte Fluid in der gewünschten Weise an die nicht dargestellten fluidischen Verbraucher abzugeben und gegebenenfalls von fluidischen Verbrauchern zurückströmendes Fluid wieder zum Basiselement 4 zurückzuführen.
Jedes der in den Figuren 2 bis 5 näher dargestellten Ventilmodule 2 umfasst einen plattenförmig ausgebildeten Kanalkörper 11 und auf den Kanalkörper 11 aufgesetzte, gleichförmig ausgebildete Ventileinheiten 12. Die Ventileinheiten 12 des Ventilmoduls 2 sind mit einer Abdeckleiste 13 versehen, die beispielsweise zur Geräuschdämmung und/oder zur Abschirmung der Ventileinheiten 12 vor Umwelteinflüssen, insbesondere Verschmutzungen, und/oder zur elektrischen Kontaktierung der Ventileinheiten 12 ausgebildet sein kann. Die Ventileinheit 12 des Zusatzmoduls 6 ist mit einer Abdeckhaube 14 versehen, die die gleiche Funktionalität für die einzelne Ventileinheit 12 wie die Abdeckleiste 13 für die mehreren Ventileinheiten 12 des Ventilmoduls 2 verwirklicht.
Der Kanalkörper 11, der beispielsweise eine kubische Außengeometrie aufweisen kann, weist zwei einander entgegengesetzte Fügeflächen 15, 16 auf, deren nicht dargestellte Flächennormalen parallel zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet sind. Beispielsweise weist die erste Fügefläche 15 in Richtung des Basiselements 4, entsprechend weist die zweite Fügefläche 16 in Richtung der Abschlussplatte 5. Die Fügeflächen 15, 16 bilden bei der dargestellten Ausführungsform des Kanalkörpers 11 dessen größte Oberflächen. Von den zu den Fügeflächen 15, 16 orthogonal ausgerichteten Schmalseiten des Kanalkörpers 11, deren nicht dargestellte Flächennormalen senkrecht zur Stapelrichtung 3 verlaufen, dient eine kürzere Schmalseite als Anschlussfläche 17 und eine längere Schmalseite als Bestückungsfläche 18.
Bei dem in den Figuren 3 bis 5 näher dargestellten Ventilmodul 2 münden an der Anschlussfläche 17 Anschlussöffnungen 19, 20 der nachfolgend näher beschriebenen Arbeitskanäle 21, 22 aus. An der Bestückungsfläche 18 münden Anschlussbohrungen 25, 26, 27 und 28 der Arbeitskanäle 21, 22 aus, wie aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht. An der Bestückungsfläche 18 münden zudem Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 aus, die mit nachfolgend näher beschriebenen Speisekanalausnehmungen 35 bzw. Entlüftungskanalausnehmungen 36 im Kanalkörper 11 kommunizierend verbunden sind.
Gemäß den Figuren 2 bis 5 wird der Kanalkörper 11 in Stapelrichtung 3 von zwei Ausnehmungen durchsetzt, die als Speisekanalausnehmung 35 bzw. als Entlüftungskanalausnehmung 36 dienen und die in einer Querschnittsebene, deren Normalenvektor parallel zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet ist, eine längliche Erstreckung aufweisen. In den Figuren 4 und 5 sind jeweils eine Querschnittshaupterstreckung 37 der Speisekanalausnehmung 35 und eine Querschnittshaupterstreckung 38 der Entlüftungskanalausnehmung 36 eingezeichnet.
Wie aus der Explosionsdarstellung der Figur 2 entnommen werden kann, bilden die Speisekanalausnehmung 35 und die Entlüftungskanalausnehmung 36 der in Stapelrichtung 3 aufgereihten Kanalkörper 11 der Ventilmodule 2 einen sich zwischen dem Basiselement 4 und der Abschlussplatte 5 erstreckenden, durchgängigen Speisekanal, der durch den Pfeil 39 symbolisiert wird, und einen durchgängigen Entlüftungskanal, der durch den Pfeil 40 symbolisiert wird. Dadurch wird eine zentrale Verund Entsorgung der Ventilmodule 2 mit bzw. von Fluid ermöglicht.
Wie den Figuren 4 und 5 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Arbeitskanäle 21 und 22 jeweils zwischen den an der Anschlussfläche 17 vorgesehenen Anschlussöffnungen 20 bzw. 19 und den an der Bestückungsfläche 18 ausmündenden Anschlussbohrungen 25 und 28 bzw. 26 und 27.
Der erste Arbeitskanal 21 stellt eine kommunizierende Verbindung zwischen dem an der Anschlussöffnung 20 anschließbaren fluidischen Verbraucher und dem ersten 2/2-Wegeventil 41 sowie dem vierten 2/2-Wegeventil 46 bereit. Der zweite Arbeitskanal 22 ist für eine kommunizierende Verbindung zwischen der Anschlussöffnung 19 und dem zweiten 2/2-Wegeventil 42 sowie dem dritten 2/2-Wegeventil 45 vorgesehen.
Der erste Arbeitskanal 21 ist kommunizierend mit dem zweiten Fluidanschluss 48 des ersten 2/2-Wegeventils 41 und mit dem ersten Fluidanschluss 55 des vierten 2/2-Wegeventils 46 verbunden. Der zweite Arbeitskanal 22 ist kommunizierend mit dem zweiten Fluidanschluss 50 des zweiten 2/2-Wegeventils 42 und mit dem ersten Fluidanschluss 51 des dritten 2/2-Wegeventils 45 verbunden. Desweiteren sind der erste Fluidanschluss 47 des ersten 2/2-Wegeventils 41 und der erste Ventilanschluss 49 des zweiten 2/2-Wegeventils 42 mit der Speisekanalausnehmung 35 kommunizierend verbunden. Der zweite Fluidanschluss 52 des dritten 2/2-Wegeventils 45 und der zweite Ventilanschluss 56 des vierten 2/2-Wegeventils 46 sind kommunizierend mit der Entlüftungskanalausnehmung 36 verbunden.
Mit dieser Konfiguration der kommunizierenden Verbindungen zwischen den Arbeitskanälen 21, 22 und der Speisekanalausnehmung 35 bzw. der Entlüftungskanalausnehmung 36 sind die 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 in einer Vollbrückenschaltung miteinander gekoppelt. Die Vollbrückenschaltung ermöglicht es, die Arbeitskanäle 21, 22 jeweils sowohl zur Speisung als auch zur Entlüftung des oder der an den Anschlussöffnungen 19, 20 angekoppelten, nicht näher dargestellten fluidischen Verbrauchern einzusetzen.
Um für die beiden 2/2-Wegeventile 41 und 42, die die Speiseventilanordnung bilden, möglichst kurze und jeweils mit gleichem Strömungswiderstand behaftete kommunizierende Verbindungen zur Speisekanalausnehmung 35 zu gewährleisten, sind die jeweils ersten Fluidanschlüsse 47, 49 dieser 2/2-Wegeventile 41, 42 mit der Speisekanalausnehmung 35 über die senkrecht zur Bestückungsfläche 18 ausgerichteten Verbindungsbohrungen 29, 30 verbunden. Hierbei ist vorteilhaft, dass sämtliche Ventileinheiten 12 jeweils zwei voneinander beabstandete, achsensymmetrisch zum zweiten Fluidanschluss 48, 50, 52, 56 angeordnete erste Fluidanschlüsse 47, 49, 51, 55 aufweisen, von denen aus Übersichtgründen jeweils nur einer mit einer Bezugsziffer versehen ist. Durch die redundante Ausbildung der ersten Fluidanschlüsse 47, 49, 51, 55 kann insbesondere für die mit der kleineren Querschnittshaupterstreckung 37 ausgebildete Speisekanalausnehmung 35 eine kommunizierende Verbindung mit den beiden 2/2-Wegeventilen 41, 42 der Speiseventilanordnung mit minimaler und jeweils gleicher Länge gewährleistet werden. Eine kompakte Anordnung der 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 wird zudem dadurch begünstigt, dass die beiden mit dem zweiten Arbeitskanal 22 kommunizierend verbundenen 2/2-Wegeventile 42, 45 benachbart zueinander angeordnet sind.
Außerdem sind Längsachsen der fluidischen Verbindungen im Kanalkörper 11 in zwei voneinander beabstandeten, im Wesentlichen parallel zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten Fluidkanalebenen 33, 34 angeordnet. Dadurch können unerwünschte Überschneidungen zwischen den fluidischen Verbindungen vermieden werden.
Die Längsachsen der Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 sind gemäß der Figur 4 in der ersten Fluidkanalebene 33 angeordnet, die beabstandet von den Fügeflächen 15, 16 zentral im Inneren des Kanalkörpers 11 angeordnet ist und die der Schnittebene der Figuren 4 und 5 entspricht. Sämtliche Verbindungsbohrungen 29, 30 31, 32 sind außerdem orthogonal zur Bestückungsfläche 18 ausgerichtet, wodurch die Herstellung des Kanalkörpers 11 begünstigt wird.
Die zweite Fluidkanalebene 34 ist benachbart zur ersten Fügefläche 15 angeordnet und umfasst die Längsachsen von nutartigen Vertiefungen 61, 62, die in die erste Fügefläche 15 eingebracht sind. Die nutartigen Vertiefungen 61, 62 bilden jeweils einen Abschnitt des Arbeitskanals 21 bzw. 22. Die nutartige Vertiefung 61 steht über die beispielsweise als senkrecht zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten, als Stichbohrungen ausgeführten Arbeitskanalbohrungen 57, 58 in kommunizierender Verbindung mit der zweiten Anschlussöffnung 20, die an der Anschlussfläche 17 ausmündet und mit den Anschlussbohrungen 25 und 28, die an der Bestückungsfläche 18 ausmünden. Die nutartige Vertiefung 62 steht über die zugeordneten Arbeitskanalbohrungen 59, 60, 63 in kommunizierender Verbindung mit der Anschlussöffnung 19, die an der Anschlussfläche 17 ausmündet und mit den Anschlussbohrungen 26 und 27, die an der Bestückungsfläche 18 ausmünden.
Die kreuzungsfreie Anordnung der fluidischen Verbindungen ist in den Figuren 4 und 5 ersichtlich, in denen die in der zweiten Fluidkanalebene 34 liegenden nutartigen Vertiefungen 61, 62 gestrichelt dargestellt sind.

Claims

Ventileinrichtung zur Fluidversorgung fluidischer Verbraucher, mit mehreren in einer Stapelrichtung (3) aneinandergereihten Ventilmodulen (2); die Ventilmodule (2) umfassen jeweils einen plattenförmigen Kanalkörper (11), der eine zur Verbindung mit einer Fluidquelle ausgebildete Speisekanalausnehmung (35), zwei zur Ankopplung fluidischer Verbraucher vorgesehene Arbeitskanäle (21, 22) und eine zur Entlüftung von fluidischen Verbrauchern dienende Entlüftungskanalausnehmung (36) sowie zwei zueinander parallele, einander entgegengesetzte Fügeflächen (15, 16) und senkrecht zu den Fügeflächen (15, 16) ausgerichtete Außenflächen (17, 18) aufweist, wobei die Fügeflächen (15, 16) die Stapelrichtung (3) bestimmen und zur Anlage an Fügeflächen (15, 16) benachbarter Kanalkörper (11) ausgebildet sind; und vier 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46), die jeweils einen ersten und einen zweiten Fluidanschluss (47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 56) und ein bewegliches Ventilglied (87) für die Einstellung eines freien Fluidkanalquerschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss (47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 56) aufweisen, wobei die vier 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) der Ventilmodule (2) in einer Vollbrückenanordnung miteinander verschaltet sind, bei der die ersten Fluidanschlüsse (47, 49) des ersten und des zweiten 2/2-Wegeventils (41, 42) mit der Speisekanalausnehmung (35) verbunden sind, der zweite Fluidanschluss (48) des ersten 2/2-Wegeventils (41) und der erste Fluidanschluss (55) des vierten 2/2-Wegeventils (46) mit einem ersten Arbeitskanal (21) verbunden sind, der zweite Fluidanschluss (50) des zweiten 2/2-Wegeventils (42) und der erste Fluidanschluss (51) des dritten 2/2-Wegeventils (45) mit einem zweiten Arbeitskanal (22) verbunden sind und die zweiten Fluidanschlüsse (52, 56) des dritten und des vierten 2/2-Wegeventils (45, 46) mit der Entlüftungskanalausnehmung (36) verbunden sind, und wobei jedes 2/2-Wegeventil (41, 42, 45, 46) ein elektrisch ansteuerbares Betätigungsmittel (76) umfasst, das auf eine als Bestückungsfläche (18) dienende Außenfläche des Kanalkörpers (11) aufgesetzt ist und das zur Umschaltung des jeweils zugeordneten Ventilglieds (87) zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Speisekanalausnehmung (35) kommunizierend verbundenen 2/2-Wegeventile (41, 42) nebeneinander angeordnet sind und eine Speiseventilanordnung bilden und dass die mit der Entlüftungskanalausnehmung (36) kommunizierend verbundenen 2/2-Wegeventile (45, 46) nebeneinander angeordnet sind und eine Entlüftungsventilanordnung bilden, wobei die Speiseventilanordnung benachbart zur Entlüftungsventilanordnung angeordnet ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekanalausnehmung (35) und/oder die Entlüftungskanalausnehmung (36) den Kanalkörper (11) zwischen den Fügeflächen (15, 16) in Stapelrichtung (3) durchsetzen und an den Fügeflächen (15, 16) ausmünden, so dass die mit den Fügeflächen (15, 16) aneinander anliegenden Kanalkörper (11) einen durchgehenden Speisekanal (39) und/oder einen durchgehenden Entlüftungskanal (40) begrenzen.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 2/2-Wegeventil (41, 42, 45, 46) zwei erste Fluidanschlüsse (47, 49, 51, 55) und einen zweiten Fluidanschluss (48, 50, 52, 56) aufweist, und dass die zwei ersten Fluidanschlüsse (47, 49, 51, 55) achssymmetrisch zu einer vom zweiten Fluidanschluss (48, 50, 52, 56) bestimmten Längsachse angeordnet sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Speisekanalausnehmung (35) kommunizierende Verbindungsbohrungen (29, 30) im Kanalkörper (11) mit den einander zugewandten ersten Fluidanschlüssen (47, 49) der nebeneinander angeordneten 2/2-Wegeventile (41, 42) der Speiseventilanordnung gekoppelt sind.
Ventileinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Entlüftungskanalausnehmung (36) kommunizierende Verbindungsbohrungen (31, 32) im Kanalkörper (11) mit den zweiten Fluidanschlüssen (52, 56) der nebeneinander angeordneten 2/2-Wegeventile (45, 46) der Entlüftungsventilanordnung gekoppelt sind.
Ventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Speisekanalausnehmung (35) kommunizierenden Verbindungsbohrungen (29, 30) und die mit der Entlüftungskanalkanalausnehmung (36) kommunizierenden Verbindungsbohrungen (31, 32) jeweils paarweise benachbart zueinander und/oder in einer gemeinsamen, parallel zu den Fügeflächen (15, 16) ausgerichteten Fluidkanalebene (33) angeordnet sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) in einer zur Bestückungsfläche (18) parallelen Querschnittsebene einen länglichen Querschnitt aufweisen, dessen Querschnittshaupterstreckung (90) zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung (3) ausgerichtet ist und dass die Querschnittshaupterstreckungen (90) der 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) eines Ventilmoduls (2) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalkörper (11) einstückig ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) als Ventileinheiten (12) ausgebildet sind, bei denen das Betätigungsmittel (76) mit einem Ventilabschnitt (77) eine kompakte Einheit bildet, die auf die Bestückungsfläche (18) des Kanalkörpers (11) aufgesetzt ist, wobei der Ventilabschnitt (77) den ersten und den zweiten Fluidanschluss (47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 56) sowie einen Ventilsitz (89) umfasst, gegenüber dem das Ventilglied (87) beweglich angeordnet ist, um den freien Fluidkanalquerschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss (47, 48, 49, 50, 51, 52, 55, 56) zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung zu beeinflussen.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Speisekanalausnehmung (35) und dem zweiten Arbeitskanal (22) kommunizierende 2/2-Wegeventil (42) benachbart zu dem mit der Entlüftungskanalausnehmung (36) und dem zweiten Arbeitskanal (22) kommunizierenden 2/2-Wegeventil (45) angeordnet ist.