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Die
Erfindung betrifft ein zum Schalten eines Druckluftflusses zwischen
mehreren, an einem Ventilgehäuse
angeordneten äußeren Anschlüssen mittels
mindestens eines Ventilschiebers, der innerhalb einer korrespondierenden
Schieberbohrung des Ventilgehäuses
axial verschiebbar angeordnet ist und über einen an einer Stirnseite
angeordneten Steuerdruckkolben axial bewegbar ist.
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Gewöhnlich werden
im Rahmen einer Ventilbaureihe Wegeventile mit einer Palette von
allen denkbaren Ventilfunktionen angeboten. In monostabiler oder
bistabiler Variante sind u.a. 3/2-, 2 × 3/2-, 4/2-, 5/2-, oder 5/3-Wegeventile
erhältlich.
Die vorliegende Erfindung ist für
3/2- und 2 × 3/2-Wegeventile besonders
geeignet.
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Sind
innerhalb eines pneumatischen Systems eine Vielzahl von einzelnen
Ventilen zur Ansteuerung nachgeschalteter Druckmittelaggregate erforderlich,
so werden diese meistens innerhalb einer kompakten Ventileinheit örtlich zusammengefasst.
Alle Ventile einer solchen Ventileinheit können so einen gemeinsamen Speisedruck-
und Entlüftungsanschluss
nutzen. Die elektrische Ansteuerung der einzelnen pneumatischen
Wegeventile lässt
sich bei einer Ventileinheit mit minimalem Verdrahtungsaufwand bewerkstelligen.
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Der
Trend in der Technik geht mehr und mehr zu immer kompaktbauenderen
Ventileinheiten, welche möglichst
kleinbauende, pneumatische Wegeventile erfordern. Der zunehmenden
Verkleinerung sind Grenzen gesetzt durch erforderliche Durchflussraten
oder einem erforderlichen Vorsteuerdruck, welcher in der Lage sein
muss, den innenliegenden Ventilschieber trotz Reibung sicher von
einer Schaltposition in die andere Schaltposition zu bewegen.
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Aus
der
DE 102 18 759
A1 geht ein pneumatisches Wegeventil hervor, das als monostabiles 5/2-Wegeventil
ausgeführt
ist. Es verfügt
insoweit über
fünf äußere Anschlüsse, von
denen ein zentraler Speisedruckanschluss zur Druckluftversorgung vorgesehen
ist. In der Längserstreckung
der Schieberbohrung ist zum zentralen Speisedruckanschluss beidseits
je ein Arbeitsanschluss benachbart angeordnet, zu welchen wiederum
je ein Entlüftungsanschluss
benachbart angeordnet ist. Bei dem so aufgebauten Wegeventil erfolgt
in der ersten Schaltposition eine Entlüftung des einen Arbeitsanschlusses, wogegen
der andere Arbeitsanschluss mit Speisedruck belüftet wird; in der anderen Schaltposition
wird der erstgenannte Arbeitsanschluss belüftet, wogegen der zweitgenannte
Arbeitsanschluss entlüftet wird.
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Zur
Realisierung dieser Wegeventilfunktion ist innerhalb des Ventilgehäuses eine
Schieberbohrung zur Aufnahme eines hierin axial bewegbaren Ventilschiebers
vorgesehen. Zur Abdichtung gegenüber
dem Ventilgehäuse
und teilweise zur Ausführung der
Schaltfunktion bedarf es hier insgesamt sieben Dichtringen, welche
am Ventilschieber angeordnet sind.
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Diese
Vielzahl von einzelnen Dichtringen erzeugt eine recht hohe Haftreibung,
welche zwecks Bewegen des Ventilschiebers durch den Vorsteuerdruck überwunden
werden muss. Wird nun der Ventilschieber trendgemäß immer
kleinbauender ausgeführt,
so reicht ab einer gewissen Grenze die am Steuerdruckkolben zur
Verfügung
stehende Fläche nicht
mehr aus, um den reibungsbehafteten Ventilschieber zuverlässig in
eine andere Schaltposition zu überführen.
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Aus
der
DE 1 855 597 U geht
ein pneumatisches Wegeventil hervor, dessen Ventilschieber an zwei
Stellen im Gehäuse,
und damit recht reibungsarm, gelagert ist. Andererseits ist hierdurch
lediglich eine einfache 3/2-Wege-Ventilfunktion umsetzbar und der
gleichzeitig als Steuerdruckkolben dienende Teil des Schiebers arbeitet
nach dem Schieberprinzip, so dass zum Schalten der außenliegenden
Anschlüsse
insgesamt ein recht hoher Reibungswiderstand zu überwinden ist.
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Die
DE 28 13 030 C2 offenbart
ein anderes Wegeventil, dessen steuerdruckbeaufschlagbarer Ventilschieber
jedoch an drei Stellen, nämlich über außenradiale
Dichtringe, in der Schieberbohrung geführt ist, was ebenfalls einen
noch hohen Reibwiderstand verursacht.
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Die
US 4,964,424 A offenbart
ein Mehrwegeventil, das als Schaltelement einen Steuerkolben mit Lippendichtring
offenbart, der über
den rückwärtigen Abschnitt
mit einem Sitzventil zusammenwirkt. Ein weiteres Dichtelement wirkt
mit einem weiteren Ventilsitz ebenfalls nach Art eines Sitzventils
zusammen. Es handelt sich hier daher um die Umsetzung eines reinen
Sitzventilprinzips.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Wegeventil
der gattungsgemäßen Art
dahingehend weiter zu verbessern, dass selbst ein sehr geringer
Vorsteuerdruck ausreicht, um den Ventilschieber zuverlässig axial
zu bewegen.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem pneumatischen Wegeventil gemäß des Oberbegriffs von
Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die
nachfolgenden abhängigen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass der mindestens eine Steuerdruckkolben
einen rückwärtigen Abschnitt
zum Verschließen
eines zwischen zwei äußeren Anschlüssen angeordneten Ventilsitzes
aufweist, wobei die axiale Führung
des mindestens einen Ventilschiebers an nur zwei Stellen derart
erfolgt, dass die eine Stelle durch eine Schieberdichtung zum Schalten
des Druckluftflusses zwischen mindestens zwei äußeren Anschlüssen gebildet
ist und dass die andere Stelle durch eine am Steuerdruckkolben angeordnete
Kolbendichtung gebildet ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass durch die Reduzierung der Anzahl der Dichtungen
auch die Reibung zwischen Ventilschieber und Ventilgehäuse reduziert worden
ist. Es reichen lediglich zwei Dichtungen zwischen Ventilschieber
und Ventilgehäuse
aus, welche sowohl die erforderliche Dichtfunktion als auch die Führungsfunktion
des Ventilschiebers innerhalb der Ventilbohrung in funktionsintegrierter
Weise erfüllen. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es natürlich möglich, die Schieberdichtung
entweder ortsfest am Ventilschieber oder ortsfest am Ventilgehäuse anzuordnen.
Vorzugsweise eignet sich die erfindungsgemäße Lösung zum Aufbau eines monostabilen
3/2-Wegeventils. Aufgrund der durch die erfindungsgemäße Lösung erzielten
geringen Reibung kann der Durchmesser des Steuerdruckkolbens reduziert
werden, so dass sich sehr schmalbauende Wegeventile mit relativ
großem
Durchfluss erzeugen lassen. Dementsprechend können auch Vorsteuerventile
mit nur geringer pneumatischer Leistung verwendet werden, welche
dementsprechend auch mit einer geringen elektrischen Leistung auskommen. Eine
geringe elektrische Leistung wiederum lässt extreme Temperaturprobleme
erst gar nicht aufkommen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet
sich ganz besonders zur Bildung einer 2 × 3/2-Wege-Ventilfunktion, indem zwei Ventilschieber
koaxial innerhalb der Schieberbohrung angeordnet sind, deren einander
zugewandten Stirnseiten mit mindestens einer Rückstellfeder beaufschlagt sind,
um jeweils eine monostabile Ventilfunktion zu realisieren. Durch
diese Maßnahme
können
praktisch zwei unabhängig voneinander
ansteuerbare 3/2-Ventile in einem einzigen Ventilgehäuse untergebracht
werden, was eine besonders kompakte Bauweise ergibt.
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Gemäß einer
die Erfindung verbessernden Maßnahme
wird vorgeschlagen, bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform
jedem der beiden Ventilschieber eine eigene Rückstellfeder zuzuordnen, welche
sich an dem einander zugewandten Ende beidseits an einem die Schieberbohrung
durchquerenden und ortsfest zum Ventilgehäuse angeordneten Gehäusesteg
abstützen.
Alternativ hierzu ist es auch möglich,
die einander zugewandten Stirnseiten der beiden Ventilschieber über eine
einzige Rückstellfeder
zu beaufschlagen, um auf beide Ventilschieber die Rückstellkraft
aufzubringen. Allerdings hängt
bei dieser Ausführungsform
die Größe der Rückstellkraft
ab von der aktuellen Stellung des jeweils anderen Ventilschiebers.
Dieser Nachteil tritt bei der erstgenannten Ausführungsform mit Gehäusesteg
nicht auf. Der Gehäusesteg
kann zum Einen einstückig
mit dem Ventilgehäuse
ausgebildet sein oder auch als entfernbares Bauteil in die Schieberbohrung
einbringbar ausgestaltet sein. Letzterenfalls lässt sich das Ventilgehäuse auch
für einen
durchgehenden Ventilschieber, beispielsweise zur Realisierung einer
5/2-Ventilfunktion, nutzen.
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Das
Ventilgehäuse
und/oder der Ventilschieber sind vorzugsweise aus Kunststoff bestehend durch
Spritzgießen
hergestellt, was eine besonders einfache Fertigung gewährleistet.
Dabei können
die innerhalb der Schieberbohrung eingebrachten Ventilsitze im Zuge
des Spritzgießens
gleich mit angeformt werden. Insoweit entfallen separate von Kunststoff
zu umspritzende Ventilsitzbuchsen.
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Vorzugsweise
ist die Kolbendichtung des Steuerkolbens nach Art einer Radiallippendichtung ausgebildet,
deren Vorteil es ist, dass diese sich bei Beaufschlagung des Steuerdruckkolbens
mit dem (Vor-) Steuerdruck an die Innenwandung der Steuerkammer
mit ihren Dichtlippen anlegt und somit eine besonders zuverlässige Dichtwirkung
erzeugt. Daneben ist es jedoch auch möglich, die Kolbendichtung des
Steuerdruckkolbens – genauso
wie die der Schieberbohrung zugeordnete Schieberdichtung – als Schieberdichtung
auszubilden. Geringfügige Überströmverluste
können
insbesondere dann hingenommen werden, wenn benachbart zu der Schieberdichtung
am Steuerdruckkolben der Entlüftungsanschluss
des pneumatischen Wegeventils angeordnet ist, worin etwa überströmende Steuerluft
dann ausgelassen werden kann, ohne dass diese den Arbeitsdruck beeinträchtigt.
Gemäß einer
weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass
zwischen dem Ventilsitz und dem hiermit zusammenwirkenden rückwärtigen Abschnitt
des Steuerdruckkolbens ein entfernbarer Anschlagring mit radialem
Durchbruch zum benachbarten äußeren (Entlüftung-)
Anschluss einsetzbar ist. Mit dem Anschlussring lässt sich
in einfacher Weise aus der NC-(normal-close) Ventilfunktion eine
NO-(normal-open) Ventilfunktion realisieren. Weil der Anschlagringbereich
des benachbarten Anschlusses einen Durchbruch aufweist, ist die
Verbindung zu dem Anschluss gewährleistet.
Der Anschlagring braucht keine Dichtsitzfunktion aufweisen, er soll
lediglich verhindern, dass der rückwärtige Abschnitt
des Steuerdruckkolbens auf den Ventilsitz zur Anlage kommt und die
Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss und dem Entlüftungsanschluss
verschließt.
Der Anschlagring kann ebenfalls aus Kunststoff bestehen. Eine Lagefixierung
gegenüber
dem Ventilgehäuse kann
durch Einpressen in die Steuerdruckkammer realisiert werden, welche
die Schieberbohrung fortbildet und den Steuerdruckkolben aufnimmt.
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Vorteilhafterweise
sollte die Steuerdruckkammer über
einen stirnseitig angeordneten Verschlussdeckel verschließbar sein,
um die Montage der Ventilschieber zu gewährleisten. Der Verschlussdeckel
kann lösbar über eine
Schraubverbindung am Ventilgehäuse
befestigt sein. Es ist jedoch auch denkbar, den Verschlussdeckel
auf andere Weise am Ventilgehäuse
zu fixieren.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 ein
pneumatisches Wegeventil mit 2 × 3/2-NC/NC-Ventilfunktion
und gemeinsamer Rückstellfeder,
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2 ein
pneumatisches Wegeventil mit 2 × 3/2-NO/NO-Ventilfunktion
mit zwei getrennten Rückstellfedern,
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3 ein
pneumatisches Wegeventil mit 2 × 3/2-NO/NO-Ventilfunktion
mit einer Schieberdichtung als Kolbendichtung, und
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4 ein
pneumatisches Wegeventil mit 2 × 3/2-NO/NO-Ventilfunktion
und gemeinsamer Rückstellfeder.
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Gemäß 1 weist
das monostabile 2 × 3/2-Wegeventil
ein Ventilgehäuse 1 auf,
das von einer entlang der Längsachse
des Ventilgehäuses 1 sich
erstreckenden Schieberbohrung 2 durchzogen ist. Die Schieberbohrung 2 ist
beidseits mit Verschlussdeckeln 3 – hier nur ein Verschlussdeckel
exemplarisch bezeichnet – verschlossen.
Innerhalb der Schieberbohrung 2 sind zwei koaxial hintereinander liegende
und axial verschiebbare Ventilschieber 4a und 4b angeordnet,
welche je von einer Stirnseite her mittels eines hieran angeformten
Steuerdruckkolben 5a bzw. 5b durch Steuerdruck
X, Y bewegbar sind. Jedem Steuerdruckkolben 5a und 5b ist
eine Steuerdruckkammer 6a bzw. 6b zugeordnet,
welche je endseitig der Schieberbohrung 2 angeordnet ist.
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Im Übergangsbereich
zwischen der Schieberbohrung 2 und den Steuerdruckkammern 6a und 6b ist
jeweils ein Ventilsitz 7a bzw. 7b am Zylindergehäuse 1 angeformt.
Die beiden Steuerdruckkolben 5a und 5b verschließen über einen
jeweils rückwärtigen Abschnitt 8a bzw. 8b die
zugeordneten Ventilsitze 7a bzw. 7b bei Beaufschlagung
der Steuerdruckkammern 6a bzw. 6b mit Steuerdruck
X bzw. Y. Bei Verschluss des Ventilsitzes 7a wird die Verbindung zwischen
dem Arbeitsanschluss A und dem Entlüftungsanschluss R geschlossen,
so dass Druckluft vom Speisedruckanschluss P an den Arbeitsanschluss
A gelangen kann. Eine ebenfalls am Ventilschieber 4a angeordnete
Schieberdichtung gibt im letztgenannten Fall die Verbindung zwischen
dem Speisedruckanschluss P und dem Arbeitsanschluss A frei (analog
dasselbe gilt für
die Be- bzw. Entlüftung des
anderen, vom Ventilschieber 4b betätigten Arbeitsanschlusses B über den
Speisedruckanschluss P sowie den zugeordneten Entlüftungsanschluss
S).
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Bei
beiden Ventilschiebern 4a und 4b erfolgt die axiale
Führung
gegenüber
der Schieberbohrung 2 allein über die Schieberdichtung 9 sowie
die Kolbendichtung am Steuerdruckkolben 5a bzw. 5b.
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Die
Rückstellung
beider Ventilschieber 4a und 4b erfolgt über eine
gemeinsame Rückstellfeder 10,
welche zwischen den beiden einander zugewandten Stirnseiten der
Ventilschieber 4a und 4b platziert ist.
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Gemäß der in 2 dargestellten
Ausführungsform
sind im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform
zwei je zugeordnete Rückstellfedern 10a und 10b zur
Rückstellung
der Ventilschieber 4a und 4b vorgesehen, welche
sich an einen die Schieberbohrung 2 durchquerenden und ortsfest
zum Ventilgehäuse 1 angeordneten
Gehäusesteg 11 abstützen.
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In 3 ist
eine Ausführungsform
dargestellt, bei welcher im Unterschied zur erstgenannten Ausführungsform
am Steuerdruckkolben 5a (hier exemplarisch für beide
Ventilschieber 4a und 4b) eine Schieberdichtung 12a als
Kolbendichtung vorgesehen ist. Somit ist der Ventilschieber 4a über zwei Schieberdichtungen 9 und 12 geführt.
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Gemäß 4 ist
im Unterschied zur erstgenannten Ausführungsform zwischen dem Ventilsitz 7a (hier
exemplarisch für
beide Ventilschieber 4a und 4b) und dem hiermit
zusammenwirkenden rückwärtigen Abschnitt 8a des
Steuerdruckkolbens 5a ein entfernbarer Anschlagring 13 vorgesehen.
Der Anschlagring 13 besitzt einen radialen Durchbruch,
um die Verbindung zum benachbarten Anschluss R zur Entlüftung zu
gewährleisten.
Der Anschlagring 13 stellt ein Zubehör dar, mit welchem dem Wegeventil eine
NO-Ventilfunktion
verliehen werden kann. Im übrigen
entspricht diese Ausführungsform
des erfindungsgemäßen pneumatischen
Wegeventils der erstgenannten Ausführungsform.
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Schieberbohrung
- 3
- Verschlussdeckel
- 4
- Ventilschieber
- 5
- Steuerdruckkolben
- 6
- Steuerdruckkammer
- 7
- Ventilsitz
- 8
- rückwärtiger Abschnitt
- 9
- Schieberdichtung
- 10
- Rückstellfeder
- 11
- Gehäusesteg
- 12
- Schieberdichtung
- 13
- Anschlagring