EP2419647B1

EP2419647B1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: EP2419647B1
Application number: EP10711340.9A
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: 2010-03-20
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-03-20
Also published as: WO2010118811A1; EP2419647A1; DE102009017877A1

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 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.
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 Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung mit kompakten Ventilmodulen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei 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 rechteckigen Querschnitt gleichbedeutend mit der Länge der längeren Außenkante des Rechteckquerschnitts des Betätigungsmittels.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die 2/2-Wegeventile in der zur Bestückungsfläche parallelen Querschnittsebene eine Dickenerstreckung in Stapelrichtung aufweisen, die einen Bruchteil, vorzugsweise weniger als 50 Prozent, besonders bevorzugt weniger als 35 Prozent, insbesondere weniger als 25 Prozent, der Querschnittshaupterstreckung beträgt. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Gestaltung der Ventilmodule erzielen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Betätigungsmittel der 2/2-Wegeventile im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind und parallel zu den Fügeflächen ausgerichtete Oberflächen der 2/2-Wegeventile in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. In Kombination mit den plattenförmigen Kanalkörpern der Ventilmodule wird durch die quaderförmige Gestaltung der 2/2-Wegeventile eine besonders gute Raumausnutzung gewährleistet. Zudem wird durch die quaderförmige Gestaltung der 2/2-Wegeventile ein separater Austausch jedes der 2/2-Wegeventile begünstigt, ohne die Demontage benachbarter Ventilmodule zu erfordern. Die Anordnung der Oberflächen der 2/2-Wegeventile in einer gemeinsamen, parallel zu den Fügeflächen ausgerichteten Ebene gewährleistet, dass die 2/2-Wegeventile nicht versetzt zueinander angeordnet sind, da hierdurch eine kompakte Anordnung der Ventilmodule beeinträchtigt würde.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigungsmittel der 2/2-Wegeventile jeweils eine, vorzugsweise U-förmige, Rückschlusseinrichtung mit mehreren Schenkeln aufweisen, die an einem Ende mittels eines Verbindungsstegs miteinander verbunden sind, jeweils abschnittsweise von Spulenmitteln umfasst sind und senkrecht zur Bestückungsfläche ausgerichtet sind. Die zur Betätigung des Ventilglieds notwendige Betätigungskraft wird von den wenigstens zwei Spulenmitteln, bei denen es sich exemplarisch jeweils um elektrisch ansteuerbare Magnetspulen handelt, bereitgestellt. Durch die Verwendung von wenigstens zwei Magnetspulen, deren Spulenachsen parallel zueinander ausgerichtet sind und die die benachbarten Schenkel der Rückschlusseinrichtung umgeben, wird eine besonders kompakte Gestaltung der Betätigungseinrichtung des 2/2-Wegeventils ermöglicht. Der magnetische Fluss für die Bewegung des Ventilglieds wird erfindungsgemäß durch die schlank gestalteten Spulenmittel hervorgerufen, die quer zur Stapelrichtung in dem länglich ausgebildeten Betätigungsmittel des 2/2-Wegeventils angeordnet sind.
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 ist gewährleistet, dass die längs der Stapelrichtung erstreckten Speise- und/oder Entlüftungskanäle mit erheblich größeren freien Querschnitten ausgebildet werden können, als dies für einzeln an den jeweiligen Kanalkörpern vorgesehene Speise- und/oder Entlüftungskanäle der Fall wäre. Hierdurch können bei gegebenem Fluidspeisedruck aufgrund des geringeren Strömungswiderstands in den erfindungsgemäßen Speise- und/oder Entlüftungskanälen große Fluidvolumenströme für das strömende Fluid erreicht werden.
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.
Die Außenoberfläche des Ventilabschnitts, in der die Fluidanschlüsse ausmünden ist zur flächigen, abdichtenden Anlage an der Bestückungsfläche des Kanalkörpers vorgesehen. Die Fluidanschlüsse sind für kommunizierende Verbindungen mit Fluidkanälen im Kanalkörper vorgesehen. Durch die Ausführung der 2/2-Wegeventile als Ventileinheiten wird einerseits die Gestaltung des Kanalkörpers vereinfacht, da dieser keine Einrichtungen zur Bildung oder Aufnahme eines Ventilsitzes und des zugeordneten Ventilglieds aufweisen muss. Andererseits wird die Wartung der Ventilmodule erleichtert, da defekte 2/2-Wegeventile in einfacher Weise abgebaut und durch intakte 2/2-Wegeventile ersetzt werden können. Vorzugsweise sind die Ventileinheiten auf den Kanalkörper aufgeschraubt und weisen jeweils um die Fluidanschlüsse umlaufende Dichtmittel auf, um eine abdichtende Verbindung zwischen Ventilabschnitt und Bestückungsfläche des Kanalkörpers zu erreichen.
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,
Figur 6: eine Schnittdarstellung einer Ventileinheit.

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 ist vorliegend quaderförmig ausgebildet und weist an einer Stirnfläche 8, deren Flächennormale orthogonal zur Stapelrichtung 3 ausgerichtet ist, eine Speiseöffnung 9 zum Anschluss eines nicht dargestellten Fluidleiters auf. Der Fluidleiter ist für eine kommunizierende Verbindung mit der nicht dargestellten Fluidquelle vorgesehen, von der beispielsweise druckbeaufschlagtes oder unterdruckbeaufschlagtes Fluid bereitgestellt wird. Das Basiselement 4 weist weiterhin eine Entlüftungsöffnung 10 auf, die beispielsweise als Austritt für Fluid.dienen kann, das bereits die Ventileinrichtung 1 und die nicht dargestellten fluidischen Verbraucher durchströmt hat. Bei Einsatz der Ventileinrichtung 1 zur Steuerung und/oder Regelung von Gasströmen, insbesondere von Druckluftströmen, kann an der Entlüftungsöffnung 10 des Basiselements 4 ein nicht dargestellter Schalldämpfer angeordnet werden.
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 37, 38 handelt es sich jeweils um eine Gerade, die sich vorliegend querschnittsmittig mit maximaler Länge innerhalb einer Berandung des jeweiligen Querschnitts der Speisekanalausnehmung 35 bzw. der 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 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 vorgesehenen 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.
In der ersten Fügefläche 15 sind nutartige Vertiefungen 61, 62 eingebracht. 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 an der Anschlussfläche 17 und mit den Anschlussbohrungen 25 und 28 an der Bestückungsfläche 18. 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 an der Bestückungsfläche 18.
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 zur dargestellten Schnittebene beabstandet angeordneten zweiten Fluidkanalebene 34 liegen, 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.
Der Aufbau des in der Figur 6 exemplarisch näher dargestellten 2/2-Wegeventils 46 ist stellvertretend für sämtliche in den Figuren 1 bis 5 dargestellten 2/2-Wegeventile 41, 42, 45 46. Das 2/2-Wegeventil 46 ist als kompakte Ventileinheit 12 im Wesentlichen aus einem elektromagnetischem Betätigungsmittel 76, einem Ventilabschnitt 77 und einer zwischen Betätigungsmittel 76 und Ventilabschnitt 77 aufgenommenen Distanzplatte 78 aufgebaut. Exemplarisch weisen das Betätigungsmittel 76, der Ventilabschnitt 77 die Distanzplatte 78 in einer nicht dargestellten, parallel zur Bestückungsfläche 18 ausgerichteten Querschnittsebene die gleiche Außenkontur auf.
Bei der vorliegenden, exemplarisch rechteckigen Außenkontur der kubisch geformten 2/2-Wegeventile entspricht ist die in der Figur 3 dargestellte Querschnittshaupterstreckung 90 gleichbedeutend mit der längsten, in der Ebene der Bestückungsfläche 18 liegenden Kante des Betätigungsmittels 76. Die Querschnittshaupterstreckungen 90 der benachbart angeordneten 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 des jeweiligen Ventilmoduls 2 sind koaxial zueinander ausgerichtet. Die parallel zu den Fügeflächen 15, 16 ausgerichteten Oberflächen 91 der 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 sind in einer gemeinsamen Ebene 93 angeordnet.
Das in der Figur 6 näher dargestellte elektromagnetische Betätigungsmittel 76 umfasst einen U-förmigen, aus mehreren Einzelplatten zusammengesetzten Eisenrückschluss 79, an dessen parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln 82, 85 jeweils aus nicht näher dargestellten Drahtwindungen aufgebaute elektromagnetische Spulenkörper 80, 81 angeordnet sind. Die im Wesentlichen zylinderhülsenförmig ausgebildeten Spulenkörper 80, 81 können mittels nicht näher dargestellter elektrischer Verbindungsleitungen mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Die beiden Schenkel 82, 85 des Eisenrückschluss 79 werden durch einen Verbindungssteg 86 miteinander verbunden, der einen magnetischen Fluss zwischen den beiden Schenkeln 82, 85 gestattet.
An einer dem Verbindungssteg 86 entgegengesetzten Stirnseite der Schenkel 82, 85 ist ein vorliegend plattenförmig ausgebildetes Ventilglied 87 angeordnet, dessen Dicke geringer gewählt ist als die Dicke der Distanzplatte 78. Dadurch kann das Ventilglied 87 zwischen einer dem Eisenrückschluss 79 beabstandeten Sperrstellung, wie sie in der Figur 6 dargestellt ist, und einer am Eisenrückschluss 79 anliegenden Freigabestellung, in der Darstellung der Figur 6 auf- und abwärts, bewegt werden.
Eine Bewegung des Ventilglieds 87 aus der in Figur 6 dargestellten Sperrstellung nach oben in die nicht dargestellte Freigabestellung kann stattfinden, wenn die Spulenkörper 80, 81 des elektromagnetischen Betätigungsmittels 76 mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Hierdurch wird in den Spulenkörpern 80, 81 ein Magnetfeld aufgebaut und an die freien Enden der Schenkel 82, 85 des Eisenrückschluss 79 geführt, durch dessen Anziehungskraft das aus magnetisierbarem Material hergestellte Ventilglied 87 in Richtung des Eisenrückschluss 79 bewegt werden kann.
In der Sperrstellung verschließt das Ventilglied 87 einen Durchgang 83 zwischen einer Ventilkammer 88, die vom elektromagnetischen Betätigungsmittel 76, vom Ventilabschnitt 77 und von der Distanzplatte 78 begrenzt wird und dem zweiten Fluidanschluss 56. Die Ventileinheit 12 ist spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene ausgebildet, die normal zur Darstellungsebene der Figur 6 ausgerichtet ist. Dementsprechend steht die Ventilkammer 88 mit den zwei ersten Fluidanschlüssen 55, die symmetrisch zum ersten Fluidanschluss 56 angeordnet sind, in kommunizierender Verbindung.
Sofern am ersten Fluidanschluss 55 und damit auch in der Ventilkammer 88 ein Überdruck gegenüber dem zweiten Fluidanschluss 56 vorliegt, wirkt eine resultierende Druckkraft auf das Ventilglied 87, die gemäß der Darstellung der Figur 6 nach unten gerichtet ist. Ohne eine entsprechende, vom elektromagnetischen Betätigungsmittel 76 bereitgestellte und in entgegengesetzer Richtung wirkende magnetische Anziehungskraft wird das Ventilglied 87 auf einen im Ventilabschnitt 77 ausgebildeten Ventilsitz 89 gepresst, wodurch der Durchgang 83 zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss 55, 56 verschlossen ist.
Bei Beaufschlagung des elektromagnetischen Betätigungsmittels 76 mit elektrischer Energie übt dieses eine magnetische Anziehungskraft auf das Ventilglied 87 aus. Mit der magnetischen Anziehungskraft kann die resultierende Druckkraft auf das Ventilglied 87 überwunden werden, so dass das Ventilglied 87 vom Ventilsitz 89 abgehoben wird und den Durchgang 83 freigibt. Somit kann Fluid zwischen dem ersten Fluidanschluss 55 und dem zweiten Fluidanschluss 56 strömen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform eines Ventilmoduls 2 sind sämtliche 2/2-Wegeventile 41, 42, 45, 46 derart angeordnet, dass sie bei der typischerweise vorgesehenen Überdruckbeaufschlagung der Speisekanalausnehmung 35 jeweils einen Überdruck in der zugeordneten Ventilkammer 88 gegenüber dem ersten Fluidanschluss 47, 49, 51, 55 aufweisen und dadurch in einer normal geschlossenen Position gehalten werden.
Aufgrund der Ausführung des elektromagnetischen Betätigungsmittels 76 mit zwei durch den Eisenrückschluss 79 magnetisch miteinander gekoppelten Spulenkörpern 80, 81 kann die Ventileinheit 12, die bei dem Ausführungsbeispiel in den 2/2-Wegeventilen 41, 42, 45, 46 verwirklicht ist, eine längliche Gestalt aufweisen. Die Ventileinheit 12 weist hinsichtlich der Ausdehnungen in die drei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen Länge, Breite, Höhe deutliche Unterschiede auf. Vorliegend sind die Ventileinheiten 12 derart ausgebildet, dass sie eine geringe Breite aufweisen, die gleich oder geringfügig kleiner als die in Stapelrichtung 3 zu messende Breite des Kanalkörpers 11 gewählt ist. Hierdurch ist die Aneinanderreihung der mit den Ventileinheiten 12 versehenen Ventilmodule 2 gemäß der Darstellungen der Figuren 1 und 2 möglich, ohne dass Ventileinheiten 12 benachbarter Ventilmodule 2 miteinander kollidieren.

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 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 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) in der zur Bestückungsfläche (18) parallelen Querschnittsebene eine Dickenerstreckung in Stapelrichtung (3) aufweisen, die einen Bruchteil, vorzugsweise weniger als 50 Prozent, besonders bevorzugt weniger als 35 Prozent, insbesondere weniger als 25 Prozent, der Querschnittshaupterstreckung (90) beträgt.
Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind und dass parallel zu den Fügeflächen (15, 16) ausgerichtete Oberflächen (91) der 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) in einer gemeinsamen Ebene (93) angeordnet sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (76) der 2/2-Wegeventile (41, 42, 45, 46) eine, vorzugsweise U-förmige, Rückschlusseinrichtung (79) mit mehreren Schenkeln (85) aufweisen, die an einem Ende von einem Verbindungssteg (86) miteinander gekoppelt sind, jeweils von Spulenmitteln (80, 81) umfasst sind und senkrecht zur Bestückungsfläche (18) ausgerichtet sind.
Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 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.