EP4453435B1

EP4453435B1 - Wechselventil, wegeschiebermodul und pneumatik- oder hydraulikanordnung

Info

Publication number: EP4453435B1
Application number: EP22839260.1A
Authority: EP
Inventors: Steffen Lindörfer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2025-11-12
Anticipated expiration: 2042-12-15
Also published as: EP4453435C0; EP4453435A1; US12460657B2; WO2023117666A1; US20240376912A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselventil zur Maximaldruckauswahl in zwei voneinander getrennten Steuerdruckleitungen, ein Wegeschiebermodul mit zwei redundanten Wegeventilen und einem Wechselventil, sowie eine Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem doppeltwirkenden Zylinder und einem Wegeschiebermodul.
In der Praxis werden gattungsgemäße Wegeschiebermodule mit zwei parallel angeordneten elektrohydraulischen Positionsreglern mit jeweils einem stetig betätigbaren Wegeventil zur Ansteuerung eines einfachwirkenden Zylinders verwendet. Eine entsprechende Hydraulikanordnung ist in der Figur 1 gezeigt. Das erste Wegeventil 31 stellt einen ersten Steuerdruck an einem Eingangsdruckanschluss 11 des Wechselventils 10 zur Verfügung, und das zweite Wegeventil 32 stellt den ersten Steuerdruck redundant an einem Eingangsdruckanschluss 13 des Wechselventils 10 zur Verfügung. Das Wechselventil 10 führt die beiden anliegenden Steuerdrücke der Wegeventile 31, 32 zu einer gemeinsamen Steuerdruckleitung 1 über eine Maximalauswahl zusammen, wobei die Steuerdruckleitung 1 am einfachwirkenden Zylinder 40' angeschlossen ist, um den Kolbenraum 41 mit dem ersten Steuerdruck zu beaufschlagen, sodass der erste Steuerdruck den Kolben 42 des Zylinders 40' entgegen der Kraft der Kolbenfeder 43 betätigt.
Damit kann der beispielsweise mit einem Positionsgeber ausgerüstete Zylinder 40 mit Federrückstellung stufenlos und praktisch hysteresefrei positioniert werden.
Aufgrund des Vorsehens von zwei Wegeventilen 31, 32 wird ein redundant aufgebautes Regelsystem mit zwei Stellgrößenausgängen, die auf einem gemeinsamen Ausgang wirken, geschaffen. Im Fehlerfall kann ein defektes Wegeventil 31, 32 oder eine dem Wegeventil 31, 32 zugeordnete Komponente, wie beispielsweise ein Manometer oder Druckmessumformer, während des Betriebs der Hydraulikanordnung durch ein Ersatzgerät getauscht werden.
Wenn die beiden Wegeventile 31, 32 in ihrer Übertragungsfunktion gleich eingestellt sind, beispielsweise indem zwei Stellgrößenausgänge eines übergeordneten, redundant aufgebauten Regelsystems die Sollwerte für die Wegeventile 31, 32 bilden, so wird in Folge eines Ausfalls der Funktion eines der beiden Wegeventile 31, 32, beispielsweise durch Drahtbruch des enthaltenen elektromagnetischen Antriebs, die Stellkraft des Wegeventils 31, 32 gleich Null und die Rückstellfeder 35 des entsprechenden Wegeventils 31, 32 schiebt den Wegeventilkolben 34 in die Entlastungsstellung, sodass der entsprechende Eingangsdruckanschluss 11, 13 des Wechselventils 10 "auf Tank" geschaltet wird, das heißt mit dem Tankanschluss T des Wegeventils 31, 32 verbunden wird. Der Ventilkörper 17 des Wechselventils 10 verschließt selbsttätig den Eingangsdruckanschluss 11, 13, an dem das fehlerhafte Wegeventil 31, 32 angeschlossen ist. Das andere Wegeventil 31, 32 übernimmt automatisch die Steuerdruckregelung in der Steuerdruckleitung 1, sodass der Betrieb fortgesetzt wird. Ein Manometer oder Druckmessumformer am defekten Wegeventil 31, 32 zeigt den Druck an der Tankrückleitung an, insbesondere 0 bar, und nach dem Schließen eines entsprechenden Kugelhahns der Druckversorgung (P1 oder P2) kann das defekte Wegeventil 31, 32 während des Betriebs ausgebaut und ersetzt werden.
Wenn ein solches Wegeschiebermodul 30, wie es in der Figur 1 gezeigt ist, zum Betrieb mit einem doppeltwirkenden Zylinder 40 durch Vorsehen von zwei Wechselventilen 10.1, 10.2 erweitert würde, so ergäbe sich die in der Figur 2 dargestellte Hydraulikanordnung. Die sich entsprechenden Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen wie in der Figur 1 bezeichnet. Fällt nun ein Wegeventil 31, 32 aus, so wirkt der volle Versorgungsdruck P auf das angeschlossene Wechselventil 10.1, 10.2 und damit auf die über die erste Steuerdruckleitung 1 oder zweite Steuerdruckleitung 2 angeschlossene Seite des Kolbens 42 des Zylinders 40. Der Kolben 42 würde sich immer in die entsprechende Endlage bewegen. Das zweite, noch funktionsfähige Wegeventil 31, 32 hätte keine Möglichkeit, die Positionierung des Kolbens 42 und damit die Funktion des Zylinders 40 aufrecht zu erhalten. Der maximale Druck P des defekten Wegeventils 31, 32 setzt sich immer durch.
Die Funktion der Hydraulikanordnung könnte erst dann wieder hergestellt werden, wenn der Versorgungsdruck P am ausgefallenen Wegeventil 31, 32 von Hand, beispielsweise über einen Kugelhahn, abgestellt würde. Diese Funktionseinschränkung ist in der Praxis, in der hochverfügbare Anlagen erfordert werden, nachteilig.
EP 1 953 431 A2 offenbart ein anderes bekanntes Wechselventil.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselventil, ein Wegeschiebermodul mit einem solchen Wechselventil und eine Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem solchen Wegeschiebermodul anzugeben, welche die volle Funktion eines mit dem Steuerdruck beaufschlagten Aktuators, insbesondere Zylinders, auch bei Ausfall eines Wegeventils aufrecht erhalten können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Wechselventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, sowie ein erfindungsgemäßes Wegeschiebermodul und eine erfindungsgemäße Pneumatik- oder Hydraulikanordnung.
Ein erfindungsgemäßes Wechselventil zur Maximaldruckauswahl in zwei voneinander getrennten Steuerdruckleitungen, wie sie zum Beispiel zur Ansteuerung eines Aktuators oder von mehreren Aktuatoren, insbesondere eines doppeltwirkenden Zylinders, verwendet werden, weist einen ersten Eingangsdruckanschluss und einen zweiten Eingangsdruckanschluss für einen ersten Steuerdruck auf. Ferner sind ein dritter Eingangsdruckanschluss und ein vierter Eingangsdruckanschluss für einen zweiten Steuerdruck vorgesehen. Der erste Steuerdruck kann zumindest zeitweise größer oder kleiner als der zweite Steuerdruck sein. Die beiden Steuerdrücke sind insbesondere jene Drücke, die beispielsweise einem doppeltwirkenden Zylinder als Steuerdrücke zugeführt werden sollen, der erste Steuerdruck auf einer ersten Seite des Zylinderkolbens und der zweite Steuerdruck auf einer zweiten entgegengesetzten Seite des Zylinderkolbens. Das erfindungsgemäße Wechselventil ist jedoch auch bei anderen Aktuatoren als Zylindern anwendbar.
Das erfindungsgemäße Wechselventil weist einen ersten Ausgangsdruckanschluss zum Anschluss der ersten Steuerdruckleitung und einen zweiten Ausgangsdruckanschluss zum Anschluss der zweiten Steuerdruckleitung auf, um entsprechend einen der beiden Steuerdrücke in der ersten Steuerdruckleitung und den anderen der beiden Steuerdrücke in der zweiten Steuerdruckleitung zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein erster Ventilkörper in einer strömungsleitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsdruckanschluss einerseits und dem ersten Ausgangsdruckanschluss andererseits vorgesehen, sowie ein zweiter Ventilkörper zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsdruckanschluss einerseits und dem zweiten Ausgangsdruckanschluss andererseits. Der erste Ventilkörper ist auf einer ersten Seite mit dem ersten Steuerdruck aus dem ersten Eingangsdruckanschluss beaufschlagbar und ist auf einer hierzu entgegengesetzten zweiten Seite mit dem ersten Steuerdruck aus dem zweiten Eingangsdruckanschluss beaufschlagbar. Der zweite Ventilkörper ist auf einer ersten Seite mit dem zweiten Steuerdruck aus dem dritten Eingangsdruckanschluss beaufschlagbar und ist auf einer zweiten hierzu entgegengesetzten Seite mit dem zweiten Steuerdruck aus dem vierten Eingangsdruckanschluss beaufschlagbar.
Der erste Steuerdruck kann erfindungsgemäß auf eine erste und zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche des ersten Ventilkörpers wirken und der zweite Steuerdruck kann jeweils auf eine dritte und vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche des zweiten Ventilkörpers wirken. Die erste und zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche ist jeweils größer als die dritte und die vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche und der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper sind zur gemeinsamen Verschiebung zwangsgekoppelt. Insbesondere sind die erste steuerdruckbeaufschlagte Fläche und die zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche gleich groß und die dritte steuerdruckbeaufschlagte Fläche und die vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche sind gleich groß.
Durch die Zwangskopplung und die Flächenverhältnisse, die ungleich 1 sind, der ersten steuerdruckbeaufschlagten Fläche zur dritten steuerdruckbeaufschlagten Fläche beziehungsweise der zweiten steuerdruckbeaufschlagten Fläche zur vierten steuerdruckbeaufschlagten Fläche wird das ungehinderte Durchströmen des vollen Versorgungsdruckes in die erste oder zweite Steuerdruckleitung verhindert. Bei Anschluss von zwei Wegeventilen am Wechselventil kann das nicht defekte Wegeventil die Regelhoheit behalten und seine Steuerfunktion weiterhin aufrechterhalten.
Bevorzugt ist ein Koppelelement vorgesehen, das eine Verschiebung des ersten Ventilkörpers mechanisch auf den zweiten Ventilkörper überträgt. Dadurch können ein kompakter Aufbau und eine sichere Betriebsweise erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Ventilkörper mehrteilig und umfasst ein erstes Ventilkörperteil und zweites Ventilkörperteil. Der zweite Ventilkörper kann ebenfalls mehrteilig sein, mit wenigstens einem dritten Ventilkörperteil und einem vierten Ventilkörperteil. Das Koppelelement kann dann zwischen dem ersten Ventilkörperteil und dem zweiten Ventilkörperteil einerseits und zwischen dem dritten Ventilkörperteil und dem vierten Ventilkörperteil andererseits positioniert sein. Die Ventilkörperteile können frei an dem Koppelelement, insbesondere über ein zwischengeordnetes Abstandselement, anliegen, wodurch wiederum eine mechanische Zwangskopplung erreicht wird. Damit wird eine sichere Funktionsweise bei kompaktem Aufbau erzielt.
Besonders bevorzugt wirkt das erste Ventilkörperteil mit einem ersten Ventilsitz zusammen, um eine erste Dichtstelle auszubilden, das zweite Ventilkörperteil wirkt mit einem zweiten Ventilsitz zusammen, um eine zweite Dichtstelle auszubilden, das dritte Ventilkörperteil wirkt mit einem dritten Ventilsitz zusammen, um eine dritte Dichtstelle auszubilden, und das vierte Ventilkörperteil wirkt mit einem vierten Ventilsitz zusammen, um eine vierte Dichtstelle auszubilden. Die Dichtstellen können jeweils durch einen Ventilsitz in einem gemeinsamen ein- oder mehrteiligen Gehäuse des Wechselventils ausgebildet werden, wobei entsprechend die Ventilkörperteile im abdichtenden Zustand jeweils an dem zugeordneten Ventilsitz anliegen.
Der erste Eingangsdruckanschluss kann mittels der ersten Dichtstelle abgedichtet werden, der zweite Eingangsdruckanschluss kann mittels der zweiten Dichtstelle abgedichtet werden, der dritte Eingangsdruckanschluss kann mittels der dritten Dichtstelle abgedichtet werden und der vierte Eingangsdruckanschluss kann mittels der vierten Dichtstelle abgedichtet werden. Damit wird die erfindungsgemäße Funktion des Wechselventils besonders einfach erreicht.
Um den Druck in den Steuerdruckleitungen auch bei einem fehlerhaft in einem oder zwei Eingangsdruckanschlüssen anliegenden Druck, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls in einem vorgeschalteten Wegeventil, wie hier erläutert wird, geeignet regeln zu können und Leckagen zu vermeiden, kann das dritte Ventilkörperteil bevorzugt mit einem fünften Ventilsitz zusammenwirken, um eine fünfte Dichtstelle auszubilden, und das vierte Ventilkörperteil mit einem sechsten Ventilsitz zusammenwirken, um eine sechste Dichtstelle auszubilden, und der fünfte Ventilsitz kann dem dritten Ventilsitz und der sechste Ventilsitz kann dem vierten Ventilsitz derart axial gegenüberstehen, dass der dritte Eingangsdruckanschluss in Abhängigkeit der Stellung des dritten Ventilkörperteils mittels der dritten Dichtstelle und mittels der fünften Dichtstelle abdichtbar ist und der vierte Eingangsdruckanschluss in Abhängigkeit der Stellung des vierten Ventilkörperteils mittels der vierten Dichtstelle und mittels der sechsten Dichtstelle abdichtbar ist. In Abhängigkeit der über ihm anliegenden Druckdifferenz kann jedoch das Ventilkörperteil, das nicht permanent an den dritten beziehungsweise vierten Ventilsitz gedrückt ist, auch eine Zwischenstellung abgehoben von den beiden ihm zugeordneten, axial einander gegenüberstehenden Ventilsitzen einnehmen.
Um einen besonders günstigen Aufbau zu erreichen, können das erste Ventilkörperteil, das Koppelelement und das zweite Ventilkörperteil in einer ersten Richtung hintereinander angeordnet sein, und das dritte Ventilkörperteil, das Koppelelement und das vierte Ventilkörperteil können in einer senkrecht oder schräg zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung hintereinander angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Koppelelement kugelförmig.
Zusätzlich oder alternativ können auch die Ventilkörperteile kugelförmig sein.
Wenn zwischen dem Koppelelement und wenigstens einem, mehreren oder allen Ventilkörperteilen ein Abstandselement vorgesehen ist, über welches sich das Koppelelement am jeweiligen Ventilkörperteil abstützt, so kann auch dieses Abstandselement kugelförmig sein.
Bevorzugt liegen das Koppelelement und die Ventilkörper, insbesondere die Ventilkörperteile, beispielsweise über zwischengeordneten Abstandselemente, frei aneinander an. Gegebenenfalls kann eine Vorspannung mittels einer oder mehreren Federelementen, insbesondere Druckfedern, erreicht werden, dies ist jedoch nicht zwingend. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Anliegen allein durch die an den Eingangsdruckanschlüssen anliegenden Drücke erreicht.
Ein erfindungsgemäßes Wegeschiebermodul weist zwei redundant ausgeführte Wegeventile und ein Wechselventil der hier dargestellten Art auf, wobei die beiden Wegeventile jeweils den ersten Steuerdruck und den zweiten Steuerdruck zur Verfügung stellen und steuerdruckleitend an jeweils zwei Eingangsdruckanschlüssen, nämlich das erste Wegeventil an dem ersten und dem dritten Eingangsdruckanschluss und das zweite Wegeventil an dem zweiten und dem vierten Eingangsdruckanschluss des Wechselventils, angeschlossen sind.
Bevorzugt sind die Wegeventile jeweils als stetig betätigbares Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigung ausgeführt.
Insbesondere weisen die Wegeventile jeweils einen Elektromagneten als Antrieb auf, der einen Ventilkolben entgegen der Kraft einer Rückstellfeder des Wegeventils verschiebt.
Eine erfindungsgemäße Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem doppeltwirkenden Zylinder, der einen Kolbenraum und einen im Kolbenraum verschiebbaren Kolben umfasst, ist mit einem Wegeschiebermodul der dargestellten Art versehen, wobei der erste Ausgangsdruckanschluss auf einer ersten Seite des Kolbens über die erste Steuerdruckleitung druckleitend am Kolbenraum angeschlossen ist und der zweite Ausgangsdruckanschluss auf einer entgegengesetzten zweiten Seite des Kolbens über die zweite Steuerdruckleitung druckleitend am Kolbenraum angeschlossen ist.
Für den Betrieb des erfindungsgemäßen Wegeschiebermoduls kann eine elektrische und eine hydraulische Hilfsenergie zur Verfügung gestellt werden. Alle für den Betrieb des Wegeschiebermoduls notwendigen elektrischen Regler und Schaltungen können in einem zugeordneten Regelmagneten oder einer Regelmagnetenvorrichtung vorgesehen sein, der/die an den Wegeventilen eingangsseitig hydraulisch und elektrisch angeschlossen ist. Bei Ansteuerung des doppeltwirkenden Zylinders können alle Regelkreisparameter und die Parameter zur Skalierung der Kolbenposition beziehungsweise Kolbenstangenposition mit Potentiometern und/oder einer Software bei digitaler Regelelektronik am Regelmagneten eingestellt werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen und den Figuren 3 und 4 exemplarisch beschrieben werden.
Es zeigen:

Figur 1: eine Hydraulikanordnung mit einem Wegeschiebermodul gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2: eine Hydraulikanordnung mit einem Wegeschiebermodul in einer logischen Erweiterung des Wegeschiebermoduls aus der Figur 1 zur Ansteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders;
Figur 3: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem erfindungsgemäßen Wegeschiebermodul und einem erfindungsgemäßen Wechselventil;
Figur 4: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselventils, wie es zum Beispiel in der Pneumatik- oder Hydraulikanordnung in der Figur 3 verwendet werden kann.

Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem doppeltwirkenden Zylinder 40, der einen Kolbenraum 41 und einen im Kolbenraum 41 verschiebbaren Kolben 42 aufweist. Auf einer ersten axialen Seite ist der Kolben 42 mit dem Steuerdruck aus der ersten Steuerdruckleitung 1 beaufschlagt, die im Kolbenraum 41 mündet, und auf einer zweiten, der ersten axialen Seite entgegengesetzten axialen Seite ist der Kolben 42 mit einem Steuerdruck aus einer zweiten Steuerdruckleitung 2 beaufschlagt, die im Kolbenraum 41 mündet. Die Steuerdrücke in der ersten Steuerdruckleitung 1 und der zweiten Steuerdruckleitung 2 werden von einem Wegeschiebermodul 30 zur Verfügung gestellt beziehungsweise eingestellt, das ein Wechselventil 10 und zwei Wegeventile 31 und 32 umfasst.
Das Wechselventil 10 weist einen ersten Eingangsdruckanschluss 11 und einen zweiten Eingangsdruckanschluss 12 für einen ersten Steuerdruck auf. Der erste Steuerdruck wird am ersten Eingangsdruckanschluss 11 vom ersten Wegeventil 31 zur Verfügung gestellt und der erste Steuerdruck wird am zweiten Eingangsdruckanschluss 12 redundant vom zweiten Wegeventil 32 zur Verfügung gestellt. Das Wechselventil 10 weist ferner einen dritten Eingangsdruckanschluss 13 und einen vierten Eingangsdruckanschluss 14 für einen zweiten Steuerdruck auf, wobei der zweite Steuerdruck am dritten Eingangsdruckanschluss 13 vom ersten Wegeventil 31 zur Verfügung gestellt wird und am vierten Eingangsdruckanschluss 14 vom zweiten Wegeventil 32.
Das Wechselventil weist einen ersten Ausgangsdruckanschluss 15 auf, an dem die erste Steuerdruckleitung 1 angeschlossen ist, und einen zweiten Ausgangsdruckanschluss 16, an dem die zweite Steuerdruckleitung 2 angeschlossen ist.
Ein erster Ventilkörper 17 ist in einer strömungsleitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsdruckanschluss 11, 12 einerseits und dem ersten Ausgangsdruckanschluss 15 andererseits angeordnet. Ein zweiter Ventilkörper 18 ist zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsdruckanschluss 13, 14 einerseits und dem zweiten Ausgangsdruckanschluss 16 andererseits angeordnet. Der erste Ventilkörper 17 ist entsprechend auf einer ersten Seite A1 mit dem ersten Steuerdruck aus dem ersten Eingangsdruckanschluss 11 beaufschlagt und auf einer hierzu entgegengesetzten zweiten Seite A2 mit dem ersten Steuerdruck aus dem zweiten Eingangsdruckanschluss 12. Der zweite Ventilkörper 18 ist auf einer ersten Seite B1 mit dem zweiten Steuerdruck aus dem dritten Eingangsdruckanschluss 13 beaufschlagt und auf einer zweiten hierzu entgegengesetzten Seite B2 mit dem zweiten Steuerdruck aus dem vierten Eingangsdruckanschluss 14.
Der erste Steuerdruck wirkt jeweils auf eine erste und zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche F1, F2 des ersten Ventilkörpers 17 und der zweite Steuerdruck wirkt jeweils auf eine dritte und vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche F3, F4 des zweiten Ventilkörpers 18. Die beiden Ventilkörper 17, 18 bewirken jeweils eine Maximaldruckauswahl der an ihnen angreifenden Steuerdrücke. Die erste Fläche F1 und die zweite Fläche F2 sind jeweils größer als die dritte Fläche F3 und die vierte Fläche F4. Ferner sind die beiden Ventilkörper 17, 18 derart mechanisch aneinander gekoppelt, dass sie sich stets gemeinsam bewegen, um entweder den ersten und den dritten Eingangsdruckanschluss 11, 13 oder den zweiten und den vierten Eingangsdruckanschluss 12, 14 entsprechend vollständig oder teilweise abzudichten oder freizugeben. Hierfür sind die beiden Ventilkörper 17, 18 über ein Koppelelement 19 aneinander gekoppelt.
Um die Eingangsdruckanschlüsse 11, 12, 13, 14 abdichten zu können, wirkt der erste Ventilkörper 17 mit einem ersten Ventilsitz 20.1 und einem zweiten Ventilsitz 20.2 zusammen, um entweder den ersten Eingangsdruckanschluss 11 oder den zweiten Eingangsdruckanschluss 12 abzudichten. Der zweite Ventilkörper 18 wirkt mit einem dritten Ventilsitz 20.3 und einem vierten Ventilsitz 20.4 zusammen, um entweder den dritten Eingangsdruckanschluss 13 oder den vierten Eingangsdruckanschluss 14 abzudichten.
Das erste Wegeventil 31 und das zweite Wegeventil 32 weist jeweils einen Elektromagneten 33 als Antrieb und einen Wegeventilkolben 34 auf, der vom Elektromagneten 33 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 35 verschoben wird, in Abhängigkeit des am Elektromagneten 33 anliegenden Steuerstroms der Stellgröße, beispielsweise im Bereich von 4 bis 20 mA.
Solange das Wegeschiebermodul 30 ordnungsgemäß arbeitet, liegen an den Eingangsdruckanschlüssen 11 und 12 und an den Eingangsdruckanschlüssen 13 und 14 jeweils dieselben Steuerdrücke an, nämlich der erste Steuerdruck an den Eingangsdruckanschlüssen 11 und 12 und der zweite Steuerdruck an den Eingangsdruckanschlüssen 13 und 14. Die Ventilkörper 17, 18 befinden sich in einer Mittelstellung, sodass in der ersten Steuerdruckleitung 1 der erste Steuerdruck anliegt und in der zweiten Steuerdruckleitung 2 der zweite Steuerdruck anliegt.
Fällt nun beispielsweise das zweite Wegeventil 32 aus, so schiebt dessen Rückstellfeder 35 den Wegeventilkolben 34 in die Nullstellung und verbindet den Druckanschluss P mit dem vierten Eingangsdruckanschluss 14. Der zweite Eingangsdruckanschluss 12 wird mit dem Tankanschluss T des zweiten Wegeventils 32 verbunden. Da der erste Ventilkörper 17 größere Angriffsflächen F1, F2 für den Druck als der zweite Ventilkörper 18 aufweist, zwingt der erste Ventilkörper 17 den zweiten Ventilkörper 18 in den vierten Ventilsitz 20.4, sodass der vierte Eingangsdruckanschluss 14 abgedichtet wird. Der am vierten Eingangsdruckanschluss 14 zwangsweise anliegende volle Steuerdruck P kann sich nicht bis zum Kolbenraum 41 durchsetzen, das Wechselventil 10 kann mit dem ersten Ventilkörper 17 die Steuerung oder Regelung der Steuerdrücke in der ersten Steuerdruckleitung 1 und der zweiten Steuerdruckleitung 2 alleine übernehmen beziehungsweise aufrecht erhalten.
Fällt im anderen Fall das erste Wegeventil 31 aus, so schiebt dessen Rückstellfeder 35 dessen Wegeventilkolben 34 in die Nulllage und verbindet dessen Druckanschluss P mit dem dritten Eingangsdruckanschluss 13. Der Tankanschluss T des ersten Wegeventils 31 wird mit dem ersten Eingangsdruckanschluss 11 verbunden. Da wiederum der erste Ventilkörper 17 die größeren Flächen F1, F1 für die anliegenden Steuerdrücke als der zweite Ventilkörper 18 aufweist, zwingt der erste Ventilkörper 17 den zweiten Ventilkörper 18 in den dritten Ventilsitz 20.3, sodass sich der Steuerdruck des Druckanschlusses P am ersten Wegeventil 31 nicht in den stangenseitigen Kolbenraum 41 fortsetzen kann. Das zweite Wegeventil 32 erhält die Regelhoheit und übernimmt allein die Regelung der Steuerdrücke in der ersten Steuerdruckleitung 1 und der zweiten Steuerdruckleitung 2.
Da in der Praxis die in der Figur 3 dargestellte Lösung mit einer Verbindung der beiden Ventilkörper 17, 18 über eine Stange oder dergleichen eine vergleichsweise komplizierte Abdichtung erfordert, wird gemäß der Figur 4 eine diesbezüglich verbesserte Ausführungsform des Wechselventils 10 vorgeschlagen. Bei dieser Ausführungsform weisen der erste Ventilkörper 17 und der zweite Ventilkörper 18 jeweils mehrere Ventilkörperteile auf, nämlich der erste Ventilkörper 17 das erste Ventilkörperteil 17.1 und das zweite Ventilkörperteil 17.2 und der zweite Ventilkörper 18 das dritte Ventilkörperteil 18.1 und das vierte Ventilkörperteil 18.2. Das Koppelelement 19 ist zwischen dem ersten Ventilkörperteil 17.1 und dem zweiten Ventilkörperteil 17.2 und zwischen dem dritten Ventilkörperteil 18.1 und dem vierten Ventilkörperteil 18.2 positioniert. Beispielsweise sind, wie dargestellt, das erste Ventilkörperteil 17.1, das Koppelelement 19 und das zweite Ventilkörperteil 17.2 in einer ersten Richtung hintereinander angeordnet, und das dritte Ventilkörperteil 18.1, das Koppelelement 19 und das vierte Ventilkörperteil 18.2 sind in einer zweiten Richtung hintereinander angeordnet, wobei die zweite Richtung senkrecht oder schräg auf der ersten Richtung steht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Ventilkörperteile 17.1, 17.2, 18.1, 18.2 nicht unmittelbar am Koppelelement 19 an, sondern über zwischengeordnete Abstandselemente 21.
Beispielsweise sind alle Ventilkörperteile 17.1, 17.2, 18.1, 18.2, die Abstandselemente 21 und das Koppelelement 19 kugelförmig. Es kommen jedoch auch andere Formen in Betracht, insbesondere eine Zylinderform oder auch eine eckige Form.
Das erste Ventilkörperteil 17.1 dichtet zusammen mit dem ersten Ventilsitz 20.1 den ersten Eingangsdruckanschluss 11 ab, das zweite Ventilkörperteil 17.2 dichtet zusammen mit dem zweiten Ventilsitz 20.2 den zweiten Eingangsdruckanschluss 12, das dritte Ventilkörperteil 18.1 dichtet zusammen mit dem dritten Ventilsitz 20.3 den dritten Eingangsdruckanschluss 13 ab und das vierte Ventilkörperteil 18.2 dichtet zusammen mit dem vierten Ventilsitz 20.4 den vierten Eingangsdruckanschluss 14 ab, vorausgesetzt, dass entsprechende Druckverhältnisse an den Eingangsdruckanschlüssen 11, 12, 13 und 14 anliegen.
Aufgrund der Größe der Ventilkörperteile 17.1, 17.2, 18.1, 18.2 weist der erste Ventilkörper 17, der die Ventilkörperteile 17.1, 17.2 umfasst, größere steuerdruckbeaufschlagte Flächen F1, F2 auf als der zweite Ventilkörper 18 mit den Ventilkörperteilen 18.1, 18.2, die die steuerdruckbeaufschlagten Fläche F3 und F4 aufweisen.
Wenn aufgrund eines entsprechend großen Steuerdruckes am ersten Eingangsdruckanschluss 11 das erste Ventilkörperteil 17.1 über die Abstandselemente 21 das Koppelelement 19 und das zweite Ventilkörperteil 17.2 verschiebt, sodass das zweite Ventilkörperteil 17.2 in den zweiten Ventilsitz 20.2 gedrückt wird, so wird über das Koppelelement 19 zugleich das vierte Ventilkörperteil 18.2 in den vierten Ventilsitz 20.4 gedrückt, wohingegen der Druck am dritten Eingangsdruckanschluss 13 das dritte Ventilkörperteil 18.1 vom dritten Ventilsitz 20.3 abhebt. Damit wird analog zu der Darstellung in der Figur 3 die Steuerung der Steuerdrücke in den Steuerdruckleitungen 1 und 2 erreicht, die entsprechend am Wechselventil 10 angeschlossen sind, sodass der erste Ventilkörper 17 beziehungsweise die Ventilkörperteile 17.1, 17.2 des ersten Ventilkörpers 17 zwischen der ersten Steuerdruckleitung 1 und den ersten beiden Eingangsdruckanschlüssen 11, 12 positioniert sind und der zweite Ventilkörper 18 beziehungsweise die Ventilkörperteile 18.1, 18.2 zwischen der zweiten Steuerdruckleitung 2 und den Eingangsdruckanschlüssen 13, 14 positioniert sind.
Bevorzugt sind ferner fünfte und sechste Ventilsitze 20.5 und 20.6 für das dritte und vierte Ventilkörperteil 18.1 und 18.2 vorgesehen, um den dritten Eingangsdruckanschluss 13 und den vierten Eingangsdruckanschluss 14 abzudichten. Der fünfte Ventilkörpersitz 20.5 steht dem dritten Ventilkörpersitz 20.3 axial gegenüber und der sechste Ventilkörpersitz 20.6 steht dem vierten Ventilkörpersitz 20.4 axial gegenüber, sodass, wenn das dritte Ventilkörperteil 18.1 aufgrund des Druckes am dritten Eingangsdruckanschluss 13 vom dritten Ventilsitz 20.3 abgehoben wird, das dritte Ventilkörperteil 18.1 zusammen mit dem fünften Ventilkörpersitz 20.5 den dritten Eingangsdruckanschluss 13 abdichtet, und, wenn das vierte Ventilkörperteil 18.2 aufgrund des Druckes am vierten Eingangsdruckanschluss 14 vom vierten Ventilsitz 20.4 abgehoben wird, das vierte Ventilkörperteil 18.2 zusammen mit dem sechsten Ventilkörpersitz 20.6 den vierten Eingangsdruckanschluss 14 abdichtet, jeweils entsprechend in der Stellung des Koppelelements 19, in welcher ein solches Anheben der Ventilkörperteile 18.1, 18.2 vom jeweiligen Ventilsitz 20.3, 20.4 freigegeben wird und bei ausreichender Druckdifferenz über dem jeweiligen Ventilkörperteil 18.1, 18.2. In einem Zwischenraum seitlich neben dem Koppelelement 19, auf der Seite des ersten Ventilkörperteils 17.1 beziehungsweise auf der Seite des zweiten Ventilkörperteils 17.2, wird entsprechend ein Ausweichraum für das Eintauchen des Abstandselements 21 seitlich des dritten Ventilkörperteils 18.1 beziehungsweise des vierten Ventilkörperteils 18.2 freigegeben.
Das Abdichten an dem fünften und sechsten Ventilkörpersitz 20.5, 20.6 kann eine Leckage an den Eingangsdruckanschlüssen 13 beziehungsweise 14 verhindern und die Gesamtleckage zu reduzieren.

Bezugszeichenliste

1: erste Steuerdruckleitung
2: zweite Steuerdruckleitung
10: Wechselventil
10.1, 10.2: Wechselventil
11: erster Eingangsdruckanschluss
12: zweiter Eingangsdruckanschluss
13: dritter Eingangsdruckanschluss
14: vierter Eingangsdruckanschluss
15: erster Ausgangsdruckanschluss
16: zweiter Ausgangsdruckanschluss
17: erster Ventilkörper
17.1: erstes Ventilkörperteil
17.2: zweites Ventilkörperteil
18: zweiter Ventilkörper
18.1: drittes Ventilkörperteil
18.2: viertes Ventilkörperteil
19: Koppelelement
20.1: erster Ventilsitz
20.2: zweiter Ventilsitz
20.3: dritter Ventilsitz
20.4: vierter Ventilsitz
20.5: fünfter Ventilsitz
20.6: sechster Ventilsitz
21: Abstandselement
30: Wegeschiebermodul
31: erstes Wegeventil
32: zweites Wegeventil
33: Elektromagnet
34: Wegeventilkolben
35: Rückstellfeder
40, 40': Zylinder
41: Kolbenraum
42: Kolben
43: Kolbenfeder
A1: erste Seite des ersten Ventilkörpers
A2: zweite Seite des ersten Ventilkörpers
B1: ersten Seite des zweiten Ventilkörpers
B2: zweite Seite des zweiten Ventilkörpers
F1: erste steuerdruckbeaufschlagte Fläche des ersten Ventilkörpers
F2: zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche des ersten Ventilkörpers
F3: dritte steuerdruckbeaufschlagte Fläche des zweiten Ventilkörpers
F4: vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche des zweiten Ventilkörpers

Claims

Wechselventil (10) zur Maximaldruckauswahl in zwei voneinander getrennten Steuerdruckleitungen (1, 2);
mit einem ersten Eingangsdruckanschluss (11) und einem zweiten Eingangsdruckanschluss (12) für einen ersten Steuerdruck;

mit einem dritten Eingangsdruckanschluss (13) und einem vierten Eingangsdruckanschluss (14) für einen zweiten Steuerdruck;

mit einem ersten Ausgangsdruckanschluss (15) zum Anschluss der ersten Steuerdruckleitung (1) und einem zweiten Ausgangsdruckanschluss (16) zum Anschluss der zweiten Steuerdruckleitung (2);

mit einem ersten Ventilkörper (17) in einer strömungsleitenden Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsdruckanschluss (11, 12) einerseits und dem ersten Ausgangsdruckanschluss (15) andererseits und

mit einem zweiten Ventilkörper (18) zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsdruckanschluss (13, 14) einerseits und dem zweiten Ausgangsdruckanschluss (16) andererseits; wobei

der erste Ventilkörper (17) auf einer ersten Seite (A1) mit dem ersten Steuerdruck aus dem ersten Eingangsdruckanschluss (11) beaufschlagbar ist und auf einer hierzu entgegengesetzten zweiten Seite (A2) mit dem ersten Steuerdruck aus dem zweiten Eingangsdruckanschluss (12) beaufschlagbar ist und der zweite Ventilkörper (18) auf einer ersten Seite (B1) mit dem zweiten Steuerdruck aus dem dritten Eingangsdruckanschluss (13) beaufschlagbar ist und auf einer zweiten hierzu entgegengesetzten Seiten (B2) mit dem zweiten Steuerdruck aus dem vierten Eingangsdruckanschluss (14) beaufschlagbar ist; wobei

der erste Steuerdruck jeweils auf eine erste und zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche (F1, F2) des ersten Ventilkörpers (17) wirken kann und der zweite Steuerdruck jeweils auf eine dritte und vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche (F3, F4) des zweiten Ventilkörpers (18) wirken kann, die erste und zweite steuerdruckbeaufschlagte Fläche (F1, F2) jeweils größer als die dritte und vierte steuerdruckbeaufschlagte Fläche (F3, F4) sind und der erste Ventilkörper (17) und der zweite Ventilkörper (18) zur gemeinsamen Verschiebung zwangsgekoppelt sind.
Wechselventil (10) gemäß Anspruch 1, wobei ein Koppelelement (19) vorgesehen ist, das eine Verschiebung des ersten Ventilkörpers (17) auf den zweiten Ventilkörper (18) mechanisch überträgt.
Wechselventil (10) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Ventilkörper (17) mehrteilig ist, mit einem ersten Ventilkörperteil (17.1) und einem zweiten Ventilkörperteil (17.2), und der zweite Ventilkörper (18) mehrteilig ist, mit einem dritten Ventilkörperteil (18.1) und einem vierten Ventilkörperteil (18.2), und das Koppelelement (19) zwischen dem ersten Ventilkörperteil (17.1) und dem zweiten Ventilkörperteil (17.2) und zwischen dem dritten Ventilkörperteil (18.1) und dem vierten Ventilkörperteil (18.2) positioniert ist.
Wechselventil (10) gemäß Anspruch 3, wobei das erste Ventilkörperteil (17.1) mit einem ersten Ventilsitz (20.1) zusammenwirkt, um eine erste Dichtstelle auszubilden, das zweite Ventilkörperteil (17.2) mit einem zweiten Ventilsitz (20.2) zusammenwirkt, um eine zweite Dichtstelle auszubilden, das dritte Ventilkörperteil (18.1) mit einem dritten Ventilsitz (20.3) zusammenwirkt, um eine dritte Dichtstelle auszubilden, und das vierte Ventilkörperteil (18.2) mit einem vierten Ventilsitz (20.4) zusammenwirkt, um eine vierte Dichtstelle auszubilden.
Wechselventil (10) gemäß Anspruch 4, wobei der erste Eingangsdruckanschluss (11) mittels der ersten Dichtstelle abdichtbar ist, der zweite Eingangsdruckanschluss (12) mittels der zweiten Dichtstelle abdichtbar ist, der dritte Eingangsdruckanschluss (13) mittels der dritten Dichtstelle abdichtbar ist und der vierte Eingangsdruckanschluss (14) mittels der vierten Dichtstelle abdichtbar ist.
Wechselventil (10) gemäß Anspruche 4 oder 5, wobei das dritte Ventilkörperteil (18.1) mit einem fünften Ventilsitz (20.5) zusammenwirkt, um eine fünfte Dichtstelle auszubilden, und das vierte Ventilkörperteil (18.2) mit einem sechsten Ventilsitz (20.6) zusammenwirkt, um eine sechste Dichtstelle auszubilden, und der fünfte Ventilsitz (20.5) dem dritten Ventilsitz (20.3) und der sechste Ventilsitz (20.6) dem vierten Ventilsitz (20.4) derart axial gegenüberstehen, dass der dritte Eingangsdruckanschluss (13) in Abhängigkeit der Stellung des dritten Ventilkörperteils (18.1) mittels der dritten Dichtstelle und mittels der fünften Dichtstelle abdichtbar ist und der vierte Eingangsdruckanschluss (14) in Abhängigkeit der Stellung des vierten Ventilkörperteils (18.2) mittels der vierten Dichtstelle und mittels der sechsten Dichtstelle abdichtbar ist.
Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das erste Ventilkörperteil (17.1), das Koppelelement (19) und das zweite Ventilkörperteil (17.2) in einer ersten Richtung hintereinander angeordnet sind und das dritte Ventilkörperteil (18.1), das Koppelelement (19) und das vierte Ventilkörperteil (18.2) in einer senkrecht oder schräg auf der ersten Richtung stehenden zweiten Richtung hintereinander angeordnet sind.
Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Koppelelement (19) kugelförmig ist.
Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Ventilkörperteile (17.1, 17.2, 18.1, 18.2) kugelförmig sind.
Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei zwischen dem Koppelelement (19) und wenigstens einem, mehreren oder allen Ventilkörperteilen (17.1, 17.2, 18.1, 18.2) ein Abstandselement (21) vorgesehen ist, über welches sich das Koppelelement (19) am Ventilkörperteil (17.1, 17.2, 18.1, 18.2) abstützt.
Wechselventil (10) gemäß Anspruch 10, wobei das Abstandselement (21) kugelförmig ist.
Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Koppelelement (19) und die Ventilkörper (17, 18), insbesondere die Ventilkörperteile (17.1, 17.2, 18.1, 18.2), und insbesondere das oder die Abstandselemente (21) frei aneinander anliegen.
Wegeschiebermodul (30) mit zwei redundanten Wegeventilen (31, 32) und einem Wechselventil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die beiden Wegeventile (31, 32) jeweils den ersten Steuerdruck und den zweiten Steuerdruck zur Verfügung stellen und steuerdruckleitend an jeweils zwei Eingangsdruckanschlüssen (11, 12, 13, 14) des Wechselventils (10) angeschlossen sind.
Wegeschiebermodul (30) gemäß Anspruch 13, wobei die Wegeventile (31, 32) jeweils als stetig betätigbares Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigung angeordnet sind.
Wegeschiebermodul (30) gemäß Anspruch 14, wobei die Wegeventile (31, 32) jeweils einen Elektromagneten (33) als Antrieb aufweisen, der einen Wegeventilkolben (34) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (35) des Wegeventils (31, 32) verschiebt.
Pneumatik- oder Hydraulikanordnung mit einem doppeltwirkenden Zylinder (40), der einen Kolbenraum (41) und einen im Kolbenraum (41) verschiebbaren Kolben (42) aufweist,
mit einem Wegeschiebermodul (30) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei

der erste Ausgangsdruckanschluss (15) auf einer ersten Seite des Kolbens (42) druckleitend am Kolbenraum (41) angeschlossen ist und der zweite Ausgangsdruckanschluss (16) auf einer entgegengesetzten zweiten Seite des Kolbens (42) druckleitend am Kolbenraum (41) angeschlossen ist.