DE10007687A1 - Wegeventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem Wegeventil (10) mit einem Ventilgehäuse (12) in dem zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen Kanälen (18 bis 22) ein Ventilschieber (28) beweglich geführt ist. Letzterer weist Kolben (30a, b, c) und dazwischenliegende Koppeln (32a, b) kleineren Außendurchmessers auf. Zur Abdichtung der Kanäle (18 bis 22) wirken die Kolben (30a, b, c) mit Dichtkörpern (36) zusammen. Um beim Umschalten des Wegeventils (10) ein durch Druckunterschiede an den Flanken der Dichtkörper (36) bedingtes Herausdrücken dieser Dichtkörper (36) aus ihren Führungen und die Gefahr eines Abquetschens zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, wenigstens an den beim Umschalten wirksamen Stirnseiten der Kolben (30a, b, c) des Ventilschiebers (28) speziell ausgebildete Dichtungsauflaufzonen (56) auszubilden.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Wegeventil entsprechend der
Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiges Wegeventil ist
beispielsweise aus der DE 197 06 059 A1 bereits bekannt.
Dieses Wegeventil besteht aus einem Gehäuse mit Zulauf-,
Rücklauf- und Arbeitskanälen, in dem ein Ventilschieber
beweglich in einer Schieberbohrung geführt ist. Dieser
Ventilschieber weist Kolben und dazwischenliegende Koppeln
kleineren Außendurchmessers auf. In Nuten der
Kolbenabschnitte sind Dichtungskörper angeordnet, die in
Wechselwirkung mit der Wandung der Schieberbohrung
gegebenenfalls eine gegenseitige Abdichtung der Kanäle
erlauben.
In der Praxis kommt es insbesondere bei einem langsamen
Umschalten eines solchen Wegeventils unter maximaler
Luftströmung vor, daß die Dichtkörper aus ihrer Nut
herausgedrückt und im weiteren Verlauf der Bewegung des
Ventilschiebers an gehäuseseitigen Kanten abgequetscht
werden. Die dabei verursachten Beschädigungen an den
Dichtkörpern können einen Totalausfall des Wegeventils
hervorrufen. Das Herausdrücken aus der Nut wird ausgelöst
durch ein abruptes Abdichten einer Druckmittelverbindung
zwischen zwei Kanälen, verbunden mit einer dabei erfolgenden
schlagartigen Druckerhöhung an einer Flanke der Dichtkörper.
Zur Vermeidung dieses Effekts sind am bekannten Wegeventil
speziell geformte Dichtkörper vorgesehen. Diese halten kurz
vor dem endgültigen Abdichten der Druckmittelverbindung
zwischen zwei Kanälen Ausnehmungen frei, über die ein
weitgehender Druckausgleich erfolgen kann.
Das bekannte Wegeventil ist als sogenanntes außendichtendes
System ausgeführt. Bei außendichtenden Systemen ist der
Aufbau des Ventilschiebers relativ aufwendig, da eine
Vielzahl von Ringnuten zur Aufnahme der Dichtkörper
vorzusehen sind. Die Dichtungsmontage erfolgt manuell. Zudem
muß die Schieberbohrung mit hoher Oberflächengüte
hergestellt werden, um optimale Betriebsbedingungen für die
Dichtungen zu gewährleisten. Alle diese Maßnahmen verteuern
ein derartiges Wegeventil.
Diesbezüglich preisgünstigere Lösungen sind Wegeventile, die
sogenannte innendichtende System bilden. Aus der
DE 594 05 762 B1 ist auch ein derartiges Wegeventil bereits
bekannt. Dieses weist an seinen, die Schieberbohrung
begrenzenden Wandungen Ringnuten auf, in die die mit dem
Ventilschieber zusammenwirkenden Dichtkörper eingesetzt
sind. Der Ventilschieber ist ein Bauteil mit nutfreier
Außenkontur. Maßnahmen, um beim Umschalten des
Ventilschiebers ein Herausdrücken der Dichtungen zu
vermeiden sind bei diesem Wegeventil keine realisiert. Somit
besteht auch bei diesem Wegeventil eine Beschädigungsgefahr
für die Dichtkörper.
Demgegenüber weist ein Wegeventil mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 die Vorteil auf, daß es als preisgünstiges
innendichtendes System, das heißt mit gehäuseseitig
angeordneten Dichtkörpern, ausgeführt ist und
Kolbenabschnitte mit besonders ausgebildeten
Dichtungsauflaufzonen aufweist. Letztere wirken beim
Umschalten des Wegeventils einem Herausdrücken der
Dichtkörper aus ihren Führungen entgegen. Dahingehend
besonders wirksam haben sich Dichtungsauflaufzonen erwiesen,
die einen maßlich abgestimmten zylindrischen Bund und eine
sich daran anschließende Einlaufphase haben.
Der erfindungsgemäße Ventilschieber kann preisgünstig
spritzgußtechnisch aus Aluminium oder Kunststoff in ein-
oder mehrteiliger Ausführung mit guter Oberflächenqualität
hergestellt werden. Eine aufwendige Oberflächenbearbeitung
der Schieberbohrung kann eingespart werden. Beim Herstellen
des Ventilschiebers lassen sich zusätzliche Einrichtungen
anformen, die beim Umschalten des Wegeventils einem
schlagartigen Druckanstieg an den Dichtungsflanken
entgegenwirken. Ovale oder elliptische Kolbenquerschnitte
sind ohne Zusatzaufwand machbar. Ventilschieber aus
Kunststoff sparen Gewicht und erlauben geringste
Schaltdrücke bei hohen Schaltgeschwindigkeiten.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes
Wegeventil im Längsschnitt, in Fig. 2 ein Detail X dieses
Wegeventils nach Fig. 1 vergrößert dargestellt.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Fig. 3 und 4,
die einen Dichtkörper in der Draufsicht und in der
Seitenansicht zeigen, sowie in Fig. 5, die einen
Ventilschieber in der Seitenansicht zeigt, abgebildet.
Das in der Fig. 1 dargestellte Wegeventil 10 ist aus einem
Ventilgehäuse 12 und einer Vorsteuereinheit 14 aufgebaut,
die an einer Stirnseite des Ventilgehäuses 12 verankert ist.
Das Ventilgehäuse 12 weist eine in Längsrichtung
verlaufende, durchgehende Schieberbohrung 16 auf, die in
ihrem Innendurchmesser mehrfach abgesetzt ist. In die
Schieberbohrung 16 münden ein Zulaufkanal 18, Arbeitskanäle
20 und Rücklaufkanäle 22 rechtwinklig ein. Alle Kanäle 18
bis 22 enden gemeinsam an der Unterseite 24 des
Ventilgehäuses 12 und sind gegeneinander und zur Umgebung
hin mittels Dichtungen 26 abgedichtet. Das der
Vorsteuereinheit 14 gegenüberliegende Ende der
Schieberbohrung 16 ist von einem Deckel 17 druckdicht
verschlossen.
Zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen den
Kanälen 18 bis 22 ist in der Schieberbohrung 16 ein
Ventilschieber 28 beweglich geführt. Dieser Ventilschieber
28 weist exemplarisch insgesamt drei Kolben 30a, b, c auf,
zwischen denen zwei Koppeln 32a, b angeordnet sind. Deren
Außendurchmesser sind gegenüber denen der Kolben 30a, b, c
zurückgenommen. Zur Abdichtung der Kanäle 18 bis 22
gegeneinander sind ringförmige Dichtkörper 36 vorgesehen,
die mit den Kolben 30a, b, c des Ventilschiebers 28
zusammenwirken. Die Dichtkörper 36 werden von
hohlkastenförmigen Stützkörpern 38, die von außen in die
Kanäle 18 bis 22 eingeschoben sind, gehäuseseitig in
Position gehalten. Diese Stützkörper 38 haben an ihren
gegenüberliegenden Seitenflächen koaxial zueinander
angeordnete Öffnungen, so daß sich vom Ventilschieber 28
durchdringbar sind.
An den beiden Enden des Ventilschiebers 28 sind
Betätigungskolben 40a, b vorgesehen, die in Zylindern 42a, b
des Ventilgehäuses 12 geführt sind. Zur Ausbildung der
Zylinder 42a, b ist die Schieberbohrung 16 in ihrem
Innendurchmesser entsprechend erweitert. Über die
Vorsteuereinheit 14 sind diese Zylinder 36 pneumatisch
beaufschlagbar, um den Ventilschieber 28 in zwei
verschiedene Schaltstellungen umzuschalten. In Fig. 1
befindet sich der Ventilschieber 28 in einer
Übergangsstellung zwischen diesen Schaltstellungen, in der
sämtliche Druckmittelverbindungen zwischen den Kanälen 18
bis 22 unterbrochen sind. Demgegenüber ist in der ersten
Schaltstellung der Zulaufkanal 18 mit einem der
Arbeitskanäle 20 und der Rücklaufkanal 22 mit dem anderen
Arbeitskanal 20 verbunden; in der zweiten Schaltstellung
sind diese Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Beim
beschriebenen Wegeventil 10 handelt es sich demnach um ein
vorgesteuertes, pneumatisches 5/2-Wege-Schaltventil.
Zur Verankerung dieses Wegeventils 10 an einer nicht
dargestellten Grundplatte, über die die elektrische
Ansteuerung und die Druckmittelversorgung des Wegeventils 10
erfolgt, ist eine Befestigungsschraube 44 etwa in der Mitte
des Ventilgehäuses 12 vorgesehen. Eine elektrische
Kontaktierung des Wegeventils 10 erfolgt mittels eines
abgedichteten Steckers 46; zur Zentrierung des
Ventilgehäuses 12 ragt aus der Unterseite 14 des Wegeventils
10 ein Zapfen 48 hervor.
Die spezielle Formgebung des Ventilschiebers 28 ist anhand
des in Fig. 2 dargestellten Details X nach Fig. 1
erkennbar. Dieses Detail X zeigt vergrößert das eine Ende
eines in Wirkverbindung mit einem der Dichtkörper 36
stehenden Kolbens 30 des Ventilschiebers 28. Der Dichtkörper
36 liegt mit seiner dem Kolben 30 zugewandten Flanke an
einer gehäuseseitigen Schulter 50 an, die sich aufgrund
einer Durchmesseränderung der Schieberbohrung 16 ergibt. An
der dazu gegenüberliegenden Seite bildet ein
hohlkastenförmiger Stützkörper 38 eine zweite Anlage für den
Dichtkörper 36.
Der Dichtkörper 36 selbst ist einteilig ausgeführt und
besteht aus zwei massiven, konzentrisch ineinanderliegenden
und über einen Verbindungssteg 52 miteinander verbundenen
Dichtringen 54a, b. Der dem Ventilschieber 28 zugewandte und
den Innendurchmessern des Ventilkörpers 36 bestimmende
innere Dichtring 54a ist damit aus Gründen einer wirksameren
Abdichtung relativ beweglich zu dem den Außendurchmesser
bildenden äußeren Dichtring 54b. Die Außenkontur des
Dichtkörpers 36 als Ganzes entspricht im wesentlichen der
Kontur einer Acht.
Unter Verweis auf die Fig. 1 ist davon auszugehen, daß die
der gehäuseseitigen Schulter 50 zugewandte Flanke des
Dichtkörpers 36 nach Fig. 2 vom Druck im Zulaufkanal 18 und
die dem Stützkörper 38 zugewandte Flanke des Dichtkörpers 36
vom Druck des Arbeitskanals 20 beaufschlagt ist. Die
Bewegungsrichtung des Ventilschiebers 28 ist durch den
Richtungspfeil R angedeutet. Sobald der Ventilschieber 28
den zunächst offenen Strömungsquerschnitt zwischen beiden
Kanälen 18 und 20 mit zunehmender Annäherung an den
Dichtkörper 36 verschließt, entstehen, insbesondere beim
langsamen Umschalten des Wegeventils 10 bei maximaler
Durchströmung, Druckunterschiede an den beiden Flanken des
Dichtkörpers 36. Auf der, der Schulter 50 zugewandten Seite
des Dichtkörpers 36 baut sich aufgrund strömungsdynamischer
Effekte ein höherer Druck als auf der dem Stützkörper 38
zugewandten Flanke auf. Dieser Druckunterschied kann ein
Herausdrücken des Dichtkörpers aus seiner von der Schulter
50 und dem Stützkörper 38 gebildeten Führung hervorrufen,
wobei mit fortgesetzter Bewegung des Ventilschiebers 28 der
Dichtkörper 36 beschädigt werden kann. Um dies zu
verhindern, ist die mit dem Dichtkörper 36 in Wirkverbindung
tretende Stirnfläche des Kolbens mit einer erfindungsgemäßen
Dichtungsauflaufzone 56 versehen. Diese Dichtungsauflaufzone
56 wird von einem zylindrischen Stützabschnitt 58 und einer
sich daran, entgegen der Bewegungsrichtung des
Ventilschiebers 28, anschließenden Einlaufphase 60 gebildet.
Die Einlaufphase 60 stellt einen Übergang vom
Außendurchmesser des Stützabschnitts 58 zu dem des Kolbens
30 her und geht mit einer imaginären Waagerechten einen
Winkel von maximal 20° ein. Der größte Außendurchmesser des
Stützabschnitts 58 entspricht maximal dem kleinstmöglichen
Innendurchmesser, den der Dichtkörper 36 im eingebauten
Zustand annehmen kann. Ferner ist die axiale Ausdehnung des
Stützabschnitts 58 so bemessen, daß dieser sich zu einem
Zeitpunkt, zu dem die Einlaufphase 60 am Dichtkörper 36
anliegt, bis über die Mittelachse 62 dieses Dichtkörpers 36
hinaus erstreckt. Mit dieser Ausgestaltung des
Ventilschiebers 28 kann der Dichtkörper 36 nur noch minimal,
das heißt bis zur Anlage am Stützabschnitt 58, aus seiner
Führung herausgedrückt werden. Die beschriebene Gefahr des
Abscherens des Dichtkörpers 36 ist damit minimiert.
Wie erläutert, ist das Herausdrücken des Dichtkörpers 36 aus
seiner Führung auf das Entstehen von Druckunterschieden an
den beiden Flanken des Dichtkörpers 36 im Falle eines
langsamen Umschaltens des Ventilschiebers 28 unter maximaler
Druckmittelströmung zurückzuführen. Dieser Effekt kann
zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen am Ventilschieber
28 durch besonders ausgebildete Dichtkörper 36 abgemildert
werden. Einen dahingehend weitergebildeten Dichtkörper 36
zeigt Fig. 3 in einer Draufsicht. Dieser Dichtkörper 36
weist zumindest an der in direkter Wirkverbindung mit dem
Ventilschieber 28 stehenden Außenseite des den
Innendurchmesser bildenden inneren Dichtrings 54a nutförmige
Ausnehmungen 64 auf. Diese sind in regelmäßiger Anordnung
über den Umfang des Dichtkörpers 36 verteilt und verlaufen
in radialer Richtung. Aus der Seitenansicht des Dichtkörpers
36 gemäß Fig. 4 ist zu ersehen, daß die Ausnehmungen 64 in
ihrer Tiefe zum Innendurchmesser hin abnehmen und kurz vor
diesem Innendurchmesser enden. Sie erstrecken sich über die
Wölbung des Dichtrings 54a hinweg und verlaufen geradlinig
an dessen Außenflanke entlang, bis sie in den vom
Verbindungssteg 52 gebildeten Raum zwischen Dichtring 54a
und 54b rechtwinklig einmünden. Die Funktion dieser
Ausnehmungen 64 besteht darin, Einrichtungen zu schaffen,
die kurz vor dem Erreichen einer Stellung des
Ventilschiebers 28, in der zwei Kanäle 18 bis 22 vollständig
gegeneinander abgedichtet sind, eine Druckmittelverbindung
zwischen diesen Kanälen 18 bis 22 offenhalten. Durch diese
Druckmittelverbindung strömt Druckmittel ab, so daß sich
allenfalls ein geringer Druckunterschied zwischen den beiden
Flanken des Dichtkörpers 36 ausbilden kann. Die hohen
Strömungsgeschwindigkeiten in den Ausnehmungen 64 halten
dieses Druckgefälle niedrig, wodurch die oben beschriebenen
dynamischen Effekte nicht auftreten.
Dieselbe Wirkung ist auch mittels nutförmiger Ausnehmungen
66 erreichbar, die gemäß Fig. 5 anstelle an den
Dichtkörpern 36 an den mit den Dichtkörpern 36 in
Wechselwirkung stehenden Dichtungsauflaufzonen 56 des
Ventilschiebers 28 ausgebildet sind. Diese Ausnehmungen 66
beginnen an der Stirnfläche des Stützabschnitts 58 und
erstrecken sich bis kurz vor den Außendurchmesser der Kolben
30a, b, c des Ventilschiebers 28. Die Ausnehmungen 66 sind,
vergleichbar zu den Ausnehmungen 64 an den Dichtkörpern 36
nach Fig. 3 und 4, über den Umfang des Ventilschiebers 28
verteilt angeordnet und verlaufen ebenfalls in radialer
Richtung. Bei einer Herstellung eines Ventilschiebers 28 in
Kunststoff sind diese Nuten 66 ohne nennenswerten
Zusatzaufwand direkt anformbar. Auch diese Ausnehmungen 66
halten kurz vor dem endgültigen Abdichten einer
Druckmittelverbindung zwischen zwei Kanälen 18 bis 22 eine
Drosselverbindung offen, so daß die für die Haltbarkeit der
Dichtkörper 36 kritischen strömungsdynamischen Effekte nicht
im schädlichen Umfang entstehen können.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den
beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich ohne vom
Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
Claims (10)
1. Wegeventil (10) mit einem eine Schieberbohrung (16)
aufweisenden Ventilgehäuse (12), das einen Zulaufkanal (18),
wenigstens einen Rücklaufkanal (22) und wenigstens einen
Arbeitskanal (20) hat, die in die Schieberbohrung (16)
einmünden, mit einem Ventilschieber (28) der zur Steuerung
von Druckmittelverbindungen zwischen den Kanälen (18) bis
(22) in der Schieberbohrung (16) beweglich geführt ist, der
Kolben (30a, b, c) und dazwischenliegende Koppeln (32a, b)
mit gegenüber den Kolben (30a, b, c) zurückgenommenen
Außendurchmesser aufweist und der zur gegenseitigen
Abdichtung der Kanäle (18, 22) mit Dichtkörpern (36)
zusammenwirkt,
wobei die Dichtkörper (36) in Aufnahmen des Ventilgehäuses
(12) eingesetzt sind und wobei zumindest die beim Umschalten
des Ventilschiebers (16) wirkenden Stirnseiten der Kolben
(30a, b, c) mit Dichtungsauflaufzonen (56) ausgestattet
sind, die wenigstens einen Stützabschnitt (58), dessen
größter Außendurchmesser maximal dem kleinsten
Innendurchmesser des Dichtkörpers (36) im eingebauten
Zustand entspricht und wenigstens eine sich in Gegenrichtung
zur Bewegungsrichtung (R) des Ventilschiebers (16) an den
Stützabschnitt (58) anschließende Einlaufphase (60) für den
Dichtkörper (36) aufweist, die einen Übergang vom
Außendurchmesser des Stützabschnitts (58) zu dem des Kolbens
(30a, b, c) schafft.
2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stützabschnitt (58) der Dichtungsauflaufzone (56) ein
Zylinderabschnitt ist, dessen axiale Ausdehnung darauf
abgestimmt ist, daß der Stützabschnitt (58) sich beim
Anlegen der Einlaufphase (60) am Dichtkörper (36) bis über
die Mittelachse (62) des Dichtkörpers (36) hinaus erstreckt.
3. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einlaufphase (60) mit einer
gedachten Waagerechten einen Winkel von maximal 20°
einschließt.
4. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wegeventil (10) mit Einrichtungen
(64, 66) ausgestattet ist, die beim Umschalten des
Ventilschiebers (28) einem schlagartigen Druckanstieg an
einer Flanke des Dichtkörpers (36) entgegenwirken, indem sie
kurz vor dem Erreichen einer Stellung des Ventilschiebers
(28), in der eine gegenseitige Abdichtung zweier Kanäle (18
bis 22) erfolgt, Druckmittelverbindungen zwischen diesen
Kanälen (18 bis 22) schaffen.
5. Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtungen (64, 66) nutförmige Ausnehmungen sind, die
radial ausgerichtet an wenigstens einer der beiden
Außenflanken der Dichtkörper (36) ausgebildet sind und daß
sich die Ausnehmungen entlang dieser Flanke bis kurz vor den
Innendurchmesser des Dichtkörpers (36) erstrecken.
6. Wegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtungen (64, 66) nutförmige Ausnehmungen sind, die
radial ausgerichtet an wenigstens einer der beiden
Stirnseiten der Kolben (30a, b, c) des Ventilschiebers (28)
ausgebildet sind und sich bis kurz vor den Außenradius der
Kolben (30a, b, c) erstrecken.
7. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kolben (30a, b, c) und die Koppeln
(32a, b) des Ventilschiebers (28) von separaten Bauteilen
gebildet sind.
8. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens die Kolben (30a, b, c) des
Ventilschiebers (28) aus Kunststoff hergestellt sind.
9. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest die Kolben (30a, b, c) des
Ventilschiebers (28) einen ovalen oder einen elliptischen
Querschnitt haben.
10. Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wegeventil (10) ein pneumatisches
5/2-Wege-Schaltventil ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000107687 DE10007687A1 (de) | 2000-02-19 | 2000-02-19 | Wegeventil |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000107687 DE10007687A1 (de) | 2000-02-19 | 2000-02-19 | Wegeventil |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10007687A1 true DE10007687A1 (de) | 2001-06-07 |
Family
ID=7631599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000107687 Ceased DE10007687A1 (de) | 2000-02-19 | 2000-02-19 | Wegeventil |
Country Status (1)
Country | Link |
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