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Mehrwegeventil für druckmittelbetätigte Verbraucher Die Erfindung
betrifft ein elektromagnetisch vorgesteuertes Mehrwegeventil für druckmittelbetätigte
Verbraucher, mit einem Gehäuse, das eine Einlaßöffnung, zwei Arbeitsöffnungen und
zwei Auslaßöffnungen aufweist, einer in dem Gehäuse verschiebbar angeordneten Spindel,
auf der ein mittlerer und zwei äußere mit Dichtungen versehene Ventilteller sitzen,
wobei der mittlere Teller in einer mit der Einlaßöffnung verbundenen Kammer angeordnet
und wechselweise mit Sitzen zwischen der Einlaß Öffnung und den Arbeitsöffnungen
in Eingriff bringbar isto Bei Ventilen der vorgenannten Art werden gleichzeitig
und gleichsinnig zwei Ventilsitze durch zwei Ventilteller geschlossen, wobei die
Sitze in Bewegungsrichtung der Ventilteller hintereinander angeordnet sind. Infolge
der Fertigungstoleranzen treten bei Ventilen dieser Bauart Schwierigkeiten hinsichtlich
der Abdichtung auf 0 Es sind bereits Vorschläge zur Behebung dieser Schwierigkeiten
gemacht worden und es ist ein Ventil bekannt geworden, bei dem ein
Ventilelement
auf einer Ventilspindel beweglich angeordnet ist, so daß es relativ zu der Ventilspindel
axial beweglich ist und in Schließstellung gebracht werden kanne Der Aufbau dieses
bekannten Ventiles ist relativ aufwendig0 Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein
Ventil der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Aufbaues, der Zahl seiner
Teile und der Austauschbarkeit zu vereinfachen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der mittlere Teller
einstückig mit der Spindel ausgebildet ist und daß diese mit axialem Spiel in axialen
Bohrungen der beiden äußeren Teller gelagert isto Zwischen den Enden der Spindel
und den Bohrungen der äußeren Teller kann vorteilhafterweise jeweils eine Druckfeder
angeordnet sein, die über einen Zapfen am jeweiligen Ende der Spindel geschoben
ist, dessen Länge geringer ist als die unbelastete Länge der Druckfeder0 Zweckmäßigerweise
sind die äußeren Teller über einen Schaft fest mit einem Arbeitakolben verbunden,
wobei der Schaft abgedichtet im Gehäuse geführt isto Die Arbeitskolben selbst können
z. B. als Membrankolben ausgebildet sein0 Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Figuren 1 und 2 ein erfindungsgemäßes
Ventil in zwei untersohiedlichen Schaltstellungen zeigte Figuren 3 und 4 zeigen
weitere Ausführungsformen der Erfindungo Fig. 5 zeigt einen in Form einer Membrane
ausgebildeten Arbeitskolben0
Das Ventil 10 nach den Fig. 1 und 2
besteht aus einem Gehäuse 12, mit einer Einlaßöffnung 16, zwei Irbeitsöffnungen
18, 20 und zwei Rücklauföffnungen 22, .24. In dem Gehäuse ist axial beweglich eine
Ventilspindel 14 angeordnet, auf der ein Ventilteller 26 sitzt. Der leere ist entweder
fest mit der Spindel 14 verbunden oder einteilig mit dieser ausgebildet0 Der Teller
26, der auf beiden Seiten mit nicht näher bezeiohneten Dichtungen versehen ist,
ist in einer mit der Einlaßöffnung 16 in Verbindung stehenden Kammer 28 angeordnet0
Er wirkt mit Ventilsitzen 30 und 32 zusammen, von denen je einer auf jeder Seite
des Tellers 26 liegt0 Die Enden der Spindel 14 sind in axialen Bohrungen von zwei
äußeren Ventiltellern 34 und 36 gelagert, die mit Dichtungen versehen sind, welche
entsprechend mit Ventilsitzen 38 und 40 zusammenwirken0 Der Teller 34 ist über einen
Schaft 42 mit einem Arbeitskolben 46 und der Teller 36 ist über einen Schaft 44
mit einem Arbeitskolben 48 verbunden. Die Schäfte 42 und 44 sind im Gehäuse 12 mittels
Dichtungen 50 und 52 abgedichtet geführt.
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Das Ventil 10 wird durch ein elektromagnetisches Vorsteuerventil,
das einen Anker 54 und eine Wicklung 56 umfaßt, gesteuert. Das Vorsteuerventil hat
einen Auslaß 60 und einen Ventilsitz 58, der über einen Kanal 62 und die rammer
28 mit dem Einlaß 16 in Verbindung stehti'Übes einen Kanal 64, der vom Kanal 62
abzweigt, steht ferner eine Kammer 66 vor dem Arbeitskolben 48 ständig in Verbindung
mit dem Einlaß. Eine Kammer 68 hinten dem Arbeitskolben 48 und eine Kammer 70 vor
dem Arbeitskolben 46 stehen über Kanäle 72 in Verbindung mit dem Vorsteuerventil0
Die Kammer 74 hinter dem Arbeitskolben 46 ist entlüftet, Das Ventil nach den Fig.
1 und 2 arbeitet folgendermaßen.
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Da die Kammer 66 ständig an den Einlaß 16 angeschlossen ist, ist der
Arbeitskolben 48 ständig druckbeaufschlagt. In der Stellung nach Fig. 1 sind die
Kammern 68 und 70 über den Kanal 72 und den Auslaß 60 des Vorsteuerventilee entlüftet,
so daß der Arbeitskolben 48 den Teller 36 gegen dessen Ventilsitz 40 drückt0 Der
mittlere Teller 26 wird von dem Arbeitskolben 48 nach rechts in Figur 1 bewegt bis
unmittelbar vor den Ventilsitz 30. Eine weitere Bewegung des Arbeitskolbens 48 ist
nicht möglich, da sein Teller 36 bereits auf seinem Ventilsitz 40 aufsitzt0 Die
restliche Hubbewegung des mittleren Tellers 26 wird nun durch die Strömungskräfte
bewirkt, d.h. auf der dem Sitz 32 zugewandten Seite des Tellers 26 entsteht ein
Überdruck und auf der dem Sitz 30 zugewandten Seite ein Unterdruck. Durch den hierdurch
entstehenden Differenzdruck wird der Teller 26 vollends auf seinen Sitz 30 gedrückt.
Der Teller 26 und die Spindel 14 bewegen sich hierbei relativ zu dem Teller 36,
so daß zwischen dem Ende der Spindel 14 und dem Teller 36 ein axialer Spalt 76 entsteht.
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Wird das Ventil umgeschaltot, wie in Fig. 2 gezeigt ist, so werden
die Kammern 70 und 68 mit dem vollen Arbeitsdruck beaufschlagt, wodurch der Arbeitskolben
46, dessen Fläche größer ist als die des Tellers 26, den letzteren von seinem Sitz
30 abhebt.
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Wenn der Spalt 76 durchlaufen ist, so wird auch der Teller 36 von
seinem Sitz 40 abgehoben, da auf die rückwärtige Ringfläche des Arbeitskolbens 48
nunmehr auch der volle Arbeitsdruck (in der rammer 68) wirkt, wodurch ein Teil der
auf die Vorderseite des Arbeitskolbens 48 (in der Kammer 66) wirkend Kraft kom pensiert
wird.
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Der Arbeitskolben 46 bewegt sich nach links bis sein Teller 34 auf
seinem Ventilsitz 38 aufsitzt, wobei wiederum der mittlere Teller 26 bis in unmittelbare
Nähe seines Ventilsitzes 32 gebracht wird. Der restliche Hub des Tellers 26 wird
wie oben beschrieben durch die Strömungekräfte aber dieses Mal in umgekehrter
Richtung
bewirkt, wobei zwischen dem in der Zeichnung rechten Ende der Spindel 14 und dem
Teller 34 ein axialer Spalt 78 entsteht0 Bei der dargestellten Ausführungsform ist
die Fläche jedes der Arbeitskolben 46 bzw. 48 größer als die des mittleren Tellers
26. Die Fläche der äußeren Teller 34 und 36 ist gleich oder kl.einer als die des
Tellers 26o Fig0 3 zeigt ein Ventil in ImpulsausführungO Es ist mit zwei Vorsteuerventilen
82, 84 versehen, deren Ventilsitze 83 geöffnet und über einen Kanal 86 mit der Kammer
28 un damit mit dem Einlaß 16 in Verbindung stehend Die beiden Ausläße 60 der Vorsteuerventile
sind geschlossen0 Über Kanäle 88 steht die Kammer 66 vor dem Arbeitskolben 48 und
die Kammer 74 hinter dem Arbeitskolben 46 mit dem Vorsteuerventil 84 und über dessen
Ventilsitz 83 mit dem Einlaß in Verbindung, während die Kammer 68 hinter dem Arbeitskolben
48 und die Kammer 70 vor dem Arbeitskolben 46 über Kanäle 90 mit dem Vorsteuerventil
82 und über dessen Ventilsitz 83 ebenfalls mit dem Einlaß in Verbindung steht0 In
der Stellung nach Fig0 3 wirkt der Arbeitsdruck beidseitig auf jeden der beiden
Arbeitskolben, ferner einseitig auf den Teller 34 und den Teller 260 Die am Arbeitskolben
46 angreifenden Differenzkräfte sind größer als die auf den Teller 34 wirkende Kraft,
so daß der letztere geschlossen bleibt0 Andererseits ist die auf den Teller 26 wirkende
Kraft größer als die auf den Arbeitskolben 48 wirkenden Differenskräfte, so daß
der mittlere Teller 26 geschlossen und der Teller 36 geöffnet bleibt0 Wird das Vorsteuerventil
82 geschlossen, so werden die Kammern 68 und 70 entlüftet, worauf der Arbeitskolben
48 den Teller 26 von seinem Sitz 32 abhebt0 Der Arbeitskolben 48 bewegt sich nach
rechts in Figo 3 bis sein Teller 36 auf seinem Sitz 40 aufsitzt0 Der Teller 34 wird
zunächst durch den Arbeitsdruck abgehoben um
dann durch den in der
Kammer 74 weiterhin rrkenden Arbeitsdruck, durch den der Arbeitskolben 46 beaufschlagt
wird, nach rechts bewegt, wobei nunmehr der Teller 36 zum Anliegen an seinem Ventilsitz
40 gelangte Der restliche Hub des mittleren Tellers 26 wird, wie oben beschrieben,
durch die Strömungskräfte bewirkt6 Die Ventilspindel 14 befindet sich nunmehr in
der nicht gezeigten zweiten Schaltstellung, in der der mittlere Teller 26 auf seinem
Ventilsitz 30 und der Teller 36 auf seinem Ventilsitz 40 aufsitzen, während der
Teller 34 geöffnet ist, Das Vorsteuerventil 82 ist, da es sich um eine Impuisbetätigung
handelt, wieder in seine in Fig. 3 gezeigte Stellung zurückgegangen. Zur Umschaltung
in die Schaltstellung eins wird nunmehr das Vorsteuerventil 84 betätigt, wobei die
entsprechenden Schaltbewegungen in umgekehrter Folge ablaufend Figur 4 zeigt eine
weitere Ausführungsform eines impulsbetätigten Ventiles.
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In der gezeigten Stellung, in der die Vorsteuerventile geschlossen
sind, sind die Kammern 94 inid ti6 hinter den beiden Arbeitskolben, die hier als
Stufenkolben 136 108 ausgebildet sind, über Kanäle 98 bzw. 100 und uber die Ausläße
60 der beiden Vorsteuerventile entlüftet, während die Kammern 66 und 70 vor den
beiden Arbeitskolben 48 zld 46 über den Kanal 62 und einen Kanal .92 ständig an
die Kammer 28 und damit an den Einlaß angeschlossen sind, so daß die beiden Arbeitskolben
ständig mit dem Betriebsdruck beaufschlagt sind. Die Kammern 102, 104 sind standig
entlüftet In Fig. 4 sitzt der mittlere Teller 26 auf seinem rechten Ventilsitz 30
auf. Der Teller 26 wird von rechts durch den Arbeitskolben 46 beaufschlagt, dessen
wirksame Fläche größer ist als die wirksame Fläche des Tellers 26 der von links
ebenfalls durch den Arbeitsdruck beaufschlagt wird, wobei das Druckmittel durch
eine Nut 80 in der Ventilepindel 14 in die Bohrung 11§ Sm Schaft 44 eindringt, so
daß die Stirnfläche des
Endes 112 der Ventilspindel auch vom Arbeitsdruck
beaufschlagt wird. Obwohl also, wie gesagt, der Arbeitskolben 46 größer ist als
der Teller 26, wird der letztere nicht abgehoben, weil auf das Ende 112 er Ventilspindel
noch eine zusätzliche Kraft wirkt, nämlich die Differenzkraft, die sich aus den
auf den Arbeitskolben 48 und den Teller 36 wirkenden Kräften ergibt (der Arbeitskolben
48 und der Teller 36 sind beide durch den Betriebsdruck beaufschlagt) und diese
Differdnzkraft wird durch eine in der Bohrung 110 angeordnete Druckfeder 1i6 auf
das Ende 112 der Ventilspindel übertragen0 Zum Umschalten wird nun das Vorsteuerventil
84 geöffnet, wodurch über den Kanal 98 das Druckmittel in die Kammer 94 strömt;
so daß der Stufenkolben 106 mit dem Betriebsdruck beaufschlagt wird. Der Arbeitskolben
48 bewegt sich nach links und der Teller 98 hebt von seinem Ventilsitz ab. Der mittlere
Teller 26 wird aus seiner linken Seite entlastet und durch den nach wie vor weiterhin
mit dem Arbeitsdruck beaufschlagten Arbeitskolben 46 nach links bis unmittelbar
vor seinen Ventilsitz 32 gebracht, Die Bewegung des Arbeitskolben 46 nach links
endigt mit dem Aufliegen seines Tellers 94 auf dessen Ventilsitz. Die restliche
Hubbewegung des Tellers 26, wird wie oben erläutert, durch die Strömungskräfte bewirkt,
Das Vorsteuerventil 84 ist, da es sich um eine Impulsbetätigung handelt, wieder
in seine ursprüngliche, geschlossene, Stellung zurückgegangen. Soll das Ventil wieder
in die Fig.4 gezeigte Stellung umgeschaltet werden, so wird jetzt das Vorsteuerventil
82 betätigt, d.ho geöffnet9 Die vorstehend beschriebenen Schalt- und Bewegungsvorgänge
laufen dann entsprechend in umgekehrter Folge abO An die Enden 112 der Ventilspindel
14 schließen sich bei der Ausführungsform nach Fig0 4 je ein Zapfen 114 an, über
den jeweils die Feder 116 geschoben ist. Die Länge der Ventilspindel 14 einschließlich
der beiden Zapfen 116 ist so gewählt, daß sich in der jeweiligen Schaltstellung
zwischen dem
Ende des jeweiligen Zapfens und der Stirnfläche der
Bohrung 110 der axiale Spalt 76 (bzw. 78) ergibt. Die Länge der Druckfeder 116 ist
größer ale die Lange des Zapfens 114, so daß sie in der Lage ist, die oben genannte
Differenzkraft auf die Ventil spindel, d.h. auf deren Ende 112 (bei der Stellung
nach Fig. 4) zu übertragen.
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Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Arbeitakolbens
die hier in Form von Membrankolben 118 ausgebildet sind, wobei eine elastische Membran
120 an ihrem Außenumfang im Gehäuse 12 fest und dicht gehalten ist, während sie
in ihrem zentralen Bereich geeignet (z.3. durch Scheiben und Gewindemutter) mit
dem Schaft 42 verbunden ist.