EP2399036B1

EP2399036B1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: EP2399036B1
Application number: EP20100706941
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: 2010-02-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: EP2399036A1; JP2012524215A; WO2010118797A1; CN102395799A; CN102395799B; US8689833B2; US20120037250A1; DE102009017861A1

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.
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 10 2007 016 579 A1 offenbart eine Adapterplatte, die wenigstens ein Zusatzventil umfasst und die zum Aufsetzen auf eine Grundplatte ausgebildet ist, in der ein oder mehrere Grundventile enthalten sind. Mit Hilfe der Adapterplatte können das oder die Zusatzventile an unterschiedliche Grundventile angepasst werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung bereitzustellen, deren Funktionsumfang in einfacher Weise veränderbar ist.
Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass an einer Anschlussfläche des Kanalkörpers ein Zusatzmodul angeordnet ist, das kommunizierend mit einem oder beiden Arbeitskanälen verbunden ist und das zur Steuerung eines Fluidstroms und/oder zur Ermittlung eines Parameters des Fluidstroms vom oder zum Arbeitskanal ausgebildet ist.
Das Zusatzmodul dient dazu, die vom Ventilmodul in den Arbeitskanälen bereitgestellten Fluidströme zu beeinflussen und/oder Parameter wie beispielsweise den Druck und/oder die Temperatur und/oder den Durchfluss des oder der Fluidströme zu ermitteln. Das Zusatzmodul kann beispielsweise zur Drosselung des Fluidvolumenstroms durch einen der Arbeitskanäle eingesetzt werden. Bevorzugt ist das Zusatzmodul zur zeitweiligen Freigabe einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitskanal ausgebildet.
Zweckmäßig ist es, wenn das Zusatzmodul für eine Aneinanderreihung in einer Montagerichtung orthogonal zur Stapelrichtung an die Anschlussfläche des Ventilmoduls oder an ein weiteres Zusatzmodul ausgebildet ist, um eine Zusatzmodulanordnung zu bilden. Dadurch ist gewährleistet, dass an einem oder an mehreren Ventilmodulen angeordnete Zusatzmodule die Stapelung der Ventilmodule zur Ventileinrichtung nicht behindern. Zudem wird dadurch in einfacher Weise eine kommunizierende Verbindung zwischen dem dem jeweiligen Ventilmodul zugeordneten Zusatzmodul und den an der Anschlussfläche ausmündenden Arbeitskanälen des Ventilmoduls gewährleistet. Zudem ist vorteilhaft, dass in der Montagrichtung mehrere Zusatzmodule aneinandergereiht an einem Ventilmodul angebracht werden können, womit der Funktionsumfang des Ventilmoduls durch mehrere Zusatzfunktionen erweitert werden kann.
Vorzugsweise umfasst das Zusatzmodul eine Kanaleinheit mit einem Fluidkanal für eine kommunizierende Verbindung mit einem oder beiden Arbeitskanälen des Kanalkörpers sowie eine auf die Kanaleinheit aufgesetzte Funktionseinheit zur Beeinflussung und/oder Abtastung des im Fluidkanal geführten Fluidstroms von oder zu einem oder beiden Arbeitskanälen. Der Fluidkanal dient zur Weiterleitung des im Arbeitskanal des Ventilmoduls bereitgestellten Fluids an eine Anschlussfläche des Zusatzmoduls, an der ein weiteres Zusatzmodul oder ein fluidischer Verbraucher kommunizierend angekoppelt werden kann. Durch den modularen Aufbau kann das Zusatzmodul in einfacher Weise an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, indem beispielsweise die Funktionseinheit ausgetauscht wird. Bei der Funktionseinheit kann es sich beispielsweise um eine Ventileinrichtung, um eine Detektionseinrichtung oder um eine Kombination solcher Einrichtungen handeln.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal die Kanaleinheit durchsetzt und bei Festlegung des Zusatzmoduls am Kanalkörper senkrecht zur Anschlussfläche ausgerichtet ist und dass in der Kanaleinheit ein Verbindungskanal für eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Fluidkanal und der Funktionseinheit ausgebildet ist. Der Fluidkanal stellt eine kommunizierende Verbindung zwischen dem an der Anschlussfläche des Kanalkörpers ausmündenden Arbeitskanal und einer Anschlussöffnung, die an einer zur Anschlussfläche beabstandeten Stirnfläche der Kanaleinheit ausmündet, bereit. Ein mit dem Fluidkanal gekoppelter Verbindungskanal gewährleistet einen Fluidstrom zwischen Arbeitskanal und Funktionseinheit.
Zweckmäßig ist es, wenn sich der Fluidkanal zwischen einander entgegengesetzten Anlageflächen der Kanaleinheit erstreckt. Zudem wird durch die Ausrichtung des Fluidkanals senkrecht zur Anschlussfläche des Ventilmoduls gewährleistet, dass mehrere Zusatzmodule mit geringstmöglichem Raumbedarf in Montagerichtung aufgereiht werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal zur Aufnahme eines Befestigungsmittels ausgebildet ist, das zur Festlegung des Zusatzmoduls am Kanalkörper oder an einem weiteren Zusatzmodul dient. Hierdurch wird der Fluidkanal zusätzlich als Ausnehmung für das Befestigungsmittel genutzt, das die Festlegung des Zusatzmoduls an dem Ventilmodul sicherstellt. Durch diese Mehrfachnutzung des Fluidkanals wird ein einfacher Aufbau der Kanaleinheit ermöglicht.
Vorzugsweise ist das Befestigungsmittel in einer Längserstreckungsrichtung an einander entgegengesetzten Endbereichen mit einem Kopfabschnitt und einem Schaftabschnitt versehen und von einer zwischen Schaftabschnitt und Kopfabschnitt erstreckten und jeweils endseitig ausmündenden Längsausnehmung durchsetzt, um eine kommunizierende Verbindung zwischen in Montagerichtung aneinander gereihten Zusatzmodulen zu ermöglichen, wobei der Schaftabschnitt zum Eingriff in den Arbeitskanal des Kanalkörpers oder in den Kopfabschnitt eines weiteren Befestigungsmittels ausgebildet ist. Die Längsausnehmung dient zur Bereitstellung eines freien Strömungsquerschnitts durch das Befestigungsmittel, das den Fluidkanal durchsetzt und am Kanalkörper oder an einem weiteren Zusatzmodul festgelegt ist. Der Schaftabschnitt ist für einen form- und/oder kraftschlüssigen Eingriff des Befestigungsmittels in die Anschlussöffnung des Arbeitskanals ausgebildet. Alternativ kann der Schaftabschnitt auch in einem entsprechend der Anschlussöffnung des Arbeitskanals ausgebildeten Kopfabschnitt eines weiteren Befestigungsmittels festgelegt werden. Der Kopfabschnitt stellt zudem die Kraftübertragung zwischen Befestigungsmittel und Kanaleinheit sicher, beispielsweise durch Formschluss gegenüber der Kanaleinheit mittels einer endseitigen Verdickung des Befestigungsmittels.
Zweckmäßig ist es, wenn das Befestigungsmittel eine quer zur Längserstreckungsrichtung ausgerichtete, mit der Längsausnehmung kommunizierende Verbindungsausnehmung aufweist, die zur Bereitstellung einer kommunizierenden Verbindung zwischen der Längsausnehmung und dem Fluidkanal sowie dem Verbindungskanal ausgebildet ist. Somit kann das Fluid, das die Längsausnehmung durchströmt, zumindest teilweise in den Fluidkanal und von dort aus in Richtung des Verbindungskanals geführt werden und mit der endseitig am Verbindungskanal angeordneten Funktionseinheit in Wechselwirkung treten.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionseinheit als Detektionseinrichtung, insbesondere als Drucksensor und/oder Durchflusssensor und/oder Temperatursensor und/oder Feuchtigkeitssensor zur Ermittlung eines elektrischen Messsignals in Abhängigkeit von dem im Arbeitskanal strömenden Fluid und zur Bereitstellung des Messsignals an eine Steuereinrichtung ausgebildet ist. Mit einer solchen Funktionseinheit können ein oder mehrere Parameter des am Arbeitskanal bereitgestellten Fluids ermittelt werden. Die elektrischen Messsignale der Funktionseinheit werden an eine Steuereinrichtung übermittelt, die zur Auswertung der Messsignale eingerichtet ist und eine Steuerung oder Regelung des Ventilmoduls zur Beeinflussung des am Arbeitskanal bereitgestellten Fluids vornehmen kann.
Bevorzugt ist die Funktionseinheit als 2/2-Wegeventil ausgebildet. Dadurch ist eine Einflussnahme auf das an einem oder an beiden Arbeitskanälen des Ventilmoduls bereitgestellten Fluids möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kanaleinheit einen ersten und einen zweiten Verbindungskanal umfasst, wobei der erste Verbindungskanal mit dem ersten Fluidkanal und einem ersten Fluidanschluss der Funktionseinheit und der zweite Verbindungskanal mit dem zweiten Fluidkanal und einem zweiten Fluidanschluss der Funktionseinheit kommunizierend verbunden sind. Hierdurch kann das Zusatzmodul zwischen das Ventilmodul und einen fluidischen Verbraucher eingeschleift werden, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des Funktionsumfangs des Ventilmoduls kommt. Vielmehr kann der Funktionsumfang des Ventilmoduls durch Kombination mit dem Zusatzmodul erweitert werden, indem vom Zusatzmodul beispielsweise eine zeitweilige Verbindung zwischen den Arbeitskanälen des Ventilmoduls freigegeben wird, ohne dass seitens des Ventilmoduls zeitgleich die Freigabe kommunizierender Verbindungen zur Speisekanalausnehmung und/oder zur Entlüftungskanalausnehmung notwendig sind.
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.
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,
Figur 5 eine ebene Schnittdarstellung des Ventilmoduls gemäß der Figur 3 und
Figur 6 eine perspektivische Darstellung einer Kanaleinheit und
Figur 7 eine Schnittdarstellung der Kanaleinheit gemäß Figur 6.

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 Zusatzmodul 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Zusatzventil ausgebildet. Das Zusatzmodul 7 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Messmodul ausgebildet.
Das Basiselement 4 weist an einer Stirnfläche 8 eine Speiseöffnung 9 zum Anschluss eines nicht dargestellten Fluidleiters und eine Entlüftungsöffnung 10, die beispielsweise als Austritt für Fluid dienen kann, das bereits die Ventileinrichtung 1 und die nicht dargestellten fluidischen Verbraucher durchströmt hat, auf.
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 dies 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.
Wie den Figuren 2 bis 5 entnommen werden kann, 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. Bei der Querschnittshaupterstreckung handelt es sich um eine Gerade, die sich vorliegend querschnittsmittig mit maximaler Länge innerhalb einer Berandung des jeweiligen Querschnitts der Speisekanalausnehmung 35 bzw. des Entlüftungskanalausnehmung 36 erstreckt. Die Querschnittshaupterstreckungen 37, 38 sind bei der vorliegenden Ausführungsform des Kanalkörpers 11 koaxial zueinander ausgerichtet und verlaufen parallel zur nicht dargestellten Flächennormale der Anschlussfläche 17.
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 Ver-und 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 Vollbrückenanordnung miteinander gekoppelt.
Die Längsachsen der fluidischen Verbindungen im Kanalkörper 11 sind jeweils in einer von zwei voneinander beabstandeten, im Wesentlichen parallel zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten Fluidkanalebenen 33, 34 angeordnet. Die Längsachsen der Anschlussbohrungen 25, 26, 27, 28 und der Verbindungsbohrungen 29, 30, 31, 32 sind gemäß der Figur 4 in der ersten Fluidkanalebene 33 angeordnet. 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 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 an der Anschlussfläche 17 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 an der Anschlussfläche 17 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 nutartigen Vertiefungen 61, 62 gestrichelt dargestellt sind, da sie in der zweiten Fluidkanalebene 34 liegen, die beabstandet zu der mit der Fluidkanalebene 33 übereinstimmenden Schnittebene angeordnet ist, wie dies beispielsweise aus der Figur 3 entnommen werden kann.
Der Figur 3 sind nutartige Ausnehmungen 65, 66, 67, 68 zu entnehmen, die jeweils umlaufend um die Speisekanalausnehmung 35, um die Entlüftungskanalausnehmung 36, um die nutartige Vertiefung 61 und um die nutartige Vertiefung 62 angeordnet sind. Diese dienen zur Aufnahme von nicht dargestellten, beispielsweise als endlose Rundschnurdichtungen ausgeführten Dichtmitteln.
In den Figuren 6 und 7 ist exemplarisch eine Kanaleinheit 94 dargestellt, die für ein als Zusatzventil ausgeführtes Zusatzmodul 6 vorgesehen ist. Die Kanaleinheit 94 ist als im Wesentlichen quaderförmiger Körper ausgebildet und weist eine zur Anlage an die Anschlussfläche 17 des Ventilmoduls 2 vorgesehene Koppelfläche 95 und eine der Koppelfläche 95 entgegengesetzte Montagefläche 96 auf, die beide auch als Anlageflächen bezeichnet werden können. Eine Aufsatzfläche 97 zur Ankopplung einer Funktionseinheit ist zwischen der Koppelfläche 95 und der Montagefläche 96 angeordnet und rechtwinklig zu diesen Flächen ausgerichtet.
Wie aus der Figur 7 hervorgeht, ist die Kanaleinheit 94 von mehreren Ausnehmungen durchsetzt, die als Fluidkanäle 98, 99 und als Verbindungskanäle 100, 101 ausgebildet sind. Die Fluidkanäle 98, 99 durchsetzen die Kanaleinheit 94 zwischen der Koppelfläche 95 und der Montagefläche 96 und münden jeweils an diesen Flächen aus. Sie sind für eine kommunizierende Verbindung mit den Arbeitskanälen 21, 22 des Ventilmoduls 2 und den Verbindungskanälen 100, 101 vorgesehen, wenn das Zusatzmodul 6, 7 in Montagerichtung 92 am Ventilmodul 2 oder in kaskadierter Anordnung an einem vorhergehenden Zusatzmodul 6, 7 angebracht ist.
Die Verbindungskanäle 100, 101 stellen jeweils eine kommunizierende Verbindung zwischen den Fluidkanälen 98, 99 und der Aufsatzfläche 97 her. Der dem Fluidkanal 98 zugeordnete Verbindungskanal 100 ist als Bohrung orthogonal zur Aufsatzfläche 97 in die Kanaleinheit 94 eingebracht und verläuft in einer Mittelebene 102, die die Kanaleinheit 94 hälftig teilt. Auch der dem Fluidkanal 99 zugeordnete Verbindungskanal 101 verläuft ausgehend von der Aufsatzfläche 97 zunächst in der Mittelebene 102. Um eine Überschneidung mit dem Fluidkanal 98 zu vermeiden, ist der Verbindungskanal 101 abschnittsweise in einer parallel zur Mittelebene 102 ausgerichteten und von dieser beabstandeten Nebenebene 103 geführt. Zur kommunizierenden Kopplung des Kanalabschnitts des Verbindungskanals 101 in der Mittelebene 102 mit dem Kanalabschnitt des Verbindungskanals 101 in der Nebenebene 103 sind Querbohrungen 104, 105 vorgesehen, die die Kanaleinheit 94 abschnittsweise durchsetzen.
Auf die in den Figuren 6 und 7 dargestellte Kanaleinheit 94 kann eine in den Figuren 1 und 2 nur schematisch dargestellte Ventileinheit 12 aufgesetzt werden, die den gleichen Aufbau wie die Ventileinheiten 12 für das Ventilmodul 2 hat. Die Ventileinheit 12, die abdichtend auf der Aufsatzfläche 97 montiert wird, steht mit ihren Fluidanschlüssen in kommunizierender Verbindung mit den Verbindungskanälen 100, 101 und somit mit den Fluidkanälen 98, 99. Dadurch kann eine Querströmung zwischen den Fluidkanälen 98, 99, die ihrerseits kommunizierend mit den Arbeitskanälen 21, 22 des Ventilmoduls 2 verbindbar sind, von der Ventileinheit 12 beeinflusst werden.
Für eine Befestigung der Kanaleinheit 94 an einem Ventilmodul 2 oder an einem weiteren Zusatzmodul 6, 7 ist das exemplarisch als Hohlschraube ausgebildete Befestigungsmittel 106 vorgesehen. Das Befestigungsmittel 106 umfasst einen zylinderhülsenförmigen Schaftabschnitt 107 und einen daran angrenzenden, ebenfalls zylinderhülsenförmig ausgebildeten Kopfabschnitt 108. Der Schafabschnitt 107 ist in einem dem Kopfabschnitt 108 abgewandten Endbereich mit einem nicht näher dargestellten Außengewinde versehen. Im Kopfabschnitt 108 weist das Befestigungsmittel 106 ein Innengewinde auf, das zur Aufnahme des Außengewindes eines weiteren Befestigungsmittels 106 ausgebildet ist.
Der Schaftabschnitt 107 weist benachbart zum Außengewinde eine umlaufende, nutartige Fluidausnehmung 109 auf. Die Fluidausnehmung 109 stellt mittels einer Fluidöffnung 110 eine kommunizierende Verbindung zwischen einer im Befestigungsmittel 106 durch die zylinderhülsenförmige Gestaltung begrenzten Innenbohrung 111 und dem jeweiligen Fluidkanal 98, 99 bzw. den darin ausmündenden Verbindungskanälen 100, 101 her.
Die Fluidkanäle 98, 99 sind jeweils im Bereich ihrer Ausmündungen mit einer umlaufenden Nut versehen, die zur Aufnahme eines, vorzugsweise aus gummielastischem Material hergestellten, Dichtungsrings 112 vorgesehen ist. Mit Hilfe der Dichtungsringe 112 kann eine abdichtende Kopplung zwischen den Fluidkanälen 98, 99 und den Arbeitskanälen 21, 22 des Ventilmoduls 2 gewährleistet werden.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist auf eine als Messeinrichtung ausgebildete Funktionseinheit abdichtend auf die Kanaleinheit aufgesetzt. Die Funktionseinheit weist einen integrierten Fluidkanal auf, der kommunizierend mit einem oder beiden Verbindungskanälen 100, 101 in Verbindung steht. Beispielsweise ragt eine Messsonde in den Fluidkanal oder eine Messsonde ist benachbart zu einer Kanalwand des Fluidkanals angeordnet, um direkt oder indirekt einen oder mehrere Parameter des strömenden Fluids zu ermitteln.

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 an einer Anschlussfläche (17) des Kanalkörpers (11) ein Zusatzmodul (6, 7) angeordnet ist, das kommunizierend mit einem oder beiden Arbeitskanälen (21, 22) verbunden ist und das zur Steuerung eines Fluidstroms und/oder zur Ermittlung eines Parameters des Fluidstroms vom oder zum Arbeitskanal (21, 22) ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmodul (6, 7) für eine Aneinanderreihung in einer Montagerichtung (92) orthogonal zur Stapelrichtung (3) an die Anschlussfläche des Ventilmoduls (2) oder an ein weiteres Zusatzmodul (6, 7) ausgebildet ist, um eine Zusatzmodulanordnung zu bilden.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmodul (6, 7) eine Kanaleinheit (94) mit einem Fluidkanal (98, 99) für eine kommunizierende Verbindung mit einem oder beiden Arbeitskanälen (21, 22) des Kanalkörpers (11) sowie eine auf die Kanaleinheit (94) aufgesetzte Funktionseinheit (12) zur Beeinflussung und/oder Abtastung des im Fluidkanal (98, 99) geführten Fluidstroms von oder zu einem oder beiden Arbeitskanälen (21, 22) umfasst.
Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (98, 99) die Kanaleinheit (94) durchsetzt und bei Festlegung des Zusatzmoduls (6, 7) am Kanalkörper (11) senkrecht zur Anschlussfläche (17) ausgerichtet ist und dass in der Kanaleinheit (11) ein Verbindungskanal (100, 101) für eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Fluidkanal (98,99) und der Funktionseinheit (12) ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Fluidkanal (98, 99) zwischen einander entgegengesetzten Anlageflächen (95, 96) der Kanaleinheit (94) erstreckt
Ventileinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (98, 99) zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (106) ausgebildet ist, das zur Festlegung des Zusatzmoduls (6, 7) am Kanalkörper (11) oder an einem weiteren Zusatzmodul (6, 7) dient.
Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (106) in einer Längserstreckungsrichtung an einander entgegengesetzten Endbereichen mit einem Kopfabschnitt (108) und einem Schaftabschnitt (107) versehen ist und von einer zwischen Schaftabschnitt (107) und Kopfabschnitt (108) erstreckten und jeweils endseitig ausmündenden Längsausnehmung (111) durchsetzt ist, um eine kommunizierende Verbindung zwischen in Montagerichtung (92) aneinander gereihten Zusatzmodulen (6, 7) zu ermöglichen, wobei der Schaftabschnitt (107) zum Eingriff in den Arbeitskanal (21, 22) des Kanalkörpers (11) oder in den Kopfabschnitt (108) eines weiteren Befestigungsmittels (106) ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (106) eine quer zur Längserstreckungsrichtung ausgerichtete, mit der Längsausnehmung (111) kommunizierende Verbindungsausnehmung (110) aufweist, die zur Bereitstellung einer kommunizierenden Verbindung zwischen der Längsausnehmung (111) und dem Verbindungskanal (100, 101) ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit als Detektionseinrichtung, insbesondere als Drucksensor und/oder Durchflusssensor und/oder Temperatursensor und/oder Feuchtigkeitssensor zur Ermittlung eines elektrischen Messsignals in Abhängigkeit von dem im Arbeitskanal strömenden Fluid und zur Bereitstellung des Messsignals an eine Steuereinrichtung ausgebildet ist.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (12) als 2/2-Wegeventil (12) ausgebildet ist:
Ventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanaleinheit (94) einen ersten und einen zweiten Verbindungskanal (100, 101) umfasst, wobei der erste Verbindungskanal (100) mit dem ersten Fluidkanal (98) und einem ersten Fluidanschluss der Funktionseinheit (12) und der zweite Verbindungskanal (101) mit dem zweiten Fluidkanal (99) und einem zweiten Fluidanschluss der Funktionseinheit (12) kommunizierend verbunden sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 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.