DE4226499C2 - Keramik-Schieberventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schieberventil für Druckmedien, insbesondere für Druckluft, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 38 32 481 A1 bzw. der parallelen EP 0 361 183 B1 bekannt ist.

Bei derartigen Schieberventilen ist es vorteilhaft, die Durchgangsöffnung der bzw. - bei der sogenannten Dreischeibentechnik, wobei eine verschiebbare Ventilscheibe zwischen zwei ortsfesten Ventilscheiben angeordnet ist - jeder ortsfesten Ventilscheibe als längliche Schlitzöffnung auszubilden, um so einerseits einen großen Strömungsquerschnitt, andererseits aber auch einen möglichst geringen Ventilhub (Verschiebestrecke der verschiebbaren Ventilscheibe) zu erreichen. Dies führt nun aber dazu, dass die jeweils zwischen Gehäuse und ortsfester Ventilscheibe angeordnete Dichtung in Anpassung an die schlitzförmige Durchgangsöffnung zu deren Umschließung einen langgstreckt ovalen Umfangsverlauf besitzt. Bei den bekannten Schieberventilen wird hierzu eine O- Ringdichtung verwendet, die ursprünglich einen kreisförmigen Verlauf aufweist und erst nach dem Einlegen in das Ventilgehäuse - bedingt durch ihre Anlage an der äußeren Gehäuse-Umfangsfläche - oval wird. Dies führt jedoch dazu, dass in den Bereichen der stärksten Krümmung, d. h. in den Endbereichen des Ovals, eine starke Verformung des ursprünglich kreisförmigen Querschnittes der Dichtung in einen "hochkant" angeordneten, ovalen Querschnitt auftritt, weshalb eine sehr starke Verpressung der Dichtung erforderlich ist, um über den gesamten Umfangsbereich eine hinreichende Dichtwirkung zu erreichen. Die erforderliche starke Verpressung führt aber nachteilgerweise auch zu einer sehr hohen Anlagekraft der Ventilscheiben und damit zu einer hohen Verschiebekraft bzw. Betätigungskraft des Ventils. Zudem entsteht bei einer Druckbeaufschlagung der Dichtung durch eine elastische Verformung (Stauchung) der Dichtung eine zusätzliche Kraftkomponente, die auf die Ventilscheiben wirkt, was somit zu einer weiteren, druckabhängigen Vergrößerung der Anlagekraft der Ventilscheiben und damit nachteiligerweise auch der Verschiebekraft des Ventils führt.

Es sind auch Schieberventile bekannt, bei denen die bzw. jede ortsfeste Ventilscheibe mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, die dann durch eine gemeinsame, d. h. einstückige Formdichtung gegen die entsprechenden Gehäuseanschlüsse abgedichtet sind. Derartige Dichtungen erfordern aufgrund ihres Rundquerschnittes ebenfalls eine starke Verpressung, und zudem wirkt sich auch die insgesamt sehr große Anlagefläche bei Druckbeaufschlagung besonders nachteilig aus.

Die EP 0 463 209 A1 beschreibt ein Schaltventil, bei dem an einem ortsfesten Ventilelement gar keine Dichtung anliegt. Vielmehr ist dieses Ventilelement innerhalb eines Ventilgehäuses gelagert, wobei dieses Ventilgehäuse innerhalb einer Radnabe angeordnet ist. Zur Abdichtung ist einerseits ein Dichtring zwischen dem Gehäuse und der Radnabe vorgesehen. Andererseits sind zur beidseitigen Abdichtung eines das verschiebbare Ventilelement tragenden Betätigungselementes zwei Membrandichtungen vorgesehen.

Das Fachbuch "Fluidtechnik von A bis Z", EBERTSHÄUSER, Vereinigte Fachverlage Kraussskopf/Ingenieur Digest, Mainz 1989, behandelt auf der Seite 208 sehr allgemein, d. h. unabhängig von Schaltventilen, eine "Lippendichtung". Bei dieser beschriebenen Lippendichtung handelt es sich ganz offensichtlich um einen rotarionssymmetrischen Ring mit einer radial inneren Dichtlippe und einer radial äußeren Dichtlippe. Beide Dichtlippen dienen demzufolge zur dichtenden Anlage an umfangsgemäßen, z. B. zylindrischen Dichtflächen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Schieberventil der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass die Anlage- und Verschiebekräfte gering sind und auch in allen Druckverhältnissen zumindest annähernd konstant bleiben.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Demnach ist die bzw. jede elastische Dichtung als Profil-Lippendichtung mit einem etwa mittig und jeweils mit Abstand zwischen den Dichtflächen des Gehäuses und der Ventilscheibe angeordneten und sich im Außenumfangsbereich an der Gehäuse-Anlagefläche abstützenden Basisabschnitt und zwei - vorzugsweise im inneren, der Anlagefläche abgekehrten Bereich - an den Basisabschnitt angeformten, einander abgekehrten und jeweils an einer der Dichtflächen anliegenden Dichtlippen ausgebildet. Hierbei ist zudem erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Profil-Lippendichtung mit dem ovalen, zum Umschließen der länglichen Ventilscheiben-Durchgangsöffnung an diese angepaßten Umfangsverlauf vorgeformt ist, was beispielsweise durch Vulkanisieren oder Spritzgießen erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Lippendichtung gewährleistet eine hinreichende Abdichtung bereits bei sehr geringer Verpressung, da die Dichtlippen mit sehr geringen Kräften elastisch verformbar sind. Durch die Vorformung in eine ovale Form liegen die Dichtkanten der Dichtlippen stets, d. h. auch schon vor einem Verpressen zwischen den Dichtflächen, in zueinander parallelen Ebenen, was ebenfalls dazu beiträgt, dass die Dichtung nur mit sehr geringer Anpreßkraft beaufschlagt zu werden braucht, aber dennoch eine gute Dichtwirkung erreicht wird. Bei einer Druckbeaufschlagung der Dichtung stützt sich diese vorteilhafterweise hauptsächlich über den Basisabschnitt an der Anlagefläche des Ventilgehäuses ab; es tritt nur eine ganz unwesentliche elastische Verformung im Bereich der Dichtlippen auf, die aber vorteilhafterweise praktisch keine Erhöhung der Anpreßkraft der Ventilscheiben zur Folge hat. Das erfindungsgemäße Ventil besitzt daher auch bei Druckbeaufschlagung eine praktisch gleichbleibend geringe Betätigungsraft.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Schieberventils,

Fig. 2 einen Schnitt in der Schnittebene II-II gemäß Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lippen­ dichtung in der Schnittebene III-III gemäß Fig. 2, jedoch in einem demontierten, nicht verpreßten Zustand,

Fig. 4 einen Schnitt der Lippendichtung analog zu Fig. 3, wobei jedoch schematisch der eingebaute, ver­ preßte Zustand unter Druckbeaufschlagung darge­ stellt ist,

Fig. 5 eine Ansicht analog zu Fig. 2, jedoch in einer vorteilhaften Weiterbildung, und

Fig. 6 einen Schnitt in der Schnittebene VI-VI gemäß Fig. 5.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet; jede eventuell nur einmal vorkommende Beschreibung eines Teils gilt daher analog auch für die jeweils anderen Zeichnungs­ figuren, in denen dieses Teil mit der entsprechenden Bezugsziffer ebenfalls zu erkennen ist.

Die in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schieberventils 1 ist in der soge­ nannten Dreischeibentechnik ausgeführt, wobei in einem Ventilgehäuse 2 zwei Ventilscheiben 4, 6 ortsfest gelagert sind und eine dritte Ventilscheibe 8 zwischen den erstge­ nannten Ventilscheiben 4, 6 verschiebbar geführt ist. Die Ventilscheiben bestehen vorzugsweise aus einem Keramikmate­ rial und liegen mit ihren extrem glatten Dichtflächen dich­ tend aneinander. Zudem ist das dargestellte Schieberventil 1 als 2/2-Wegeventil ausgebildet, wobei das Ventilgehäuse 2 zwei Anschlüsse 10, 12 für ein Druckmedium, insbesondere für Druckluft, aufweist. Jede ortsfeste Ventilscheibe 4, 6 besitzt eine mit einem der Anschlüsse 10, 12 verbundene, insbesondere längliche, schlitzartige und sich dabei etwa senkrecht zur Verschieberichtung (siehe den Doppelpfeil 14) der verschiebbaren Ventilscheibe 8 erstreckende Durchgangs­ öffnung 16, wobei die Durchgangsöffnung 16 der beiden ein­ ander gegenüberliegenden, ortsfesten Ventilscheiben 4 und 6 in zur Verschieberichtung 14 senkrechter Richtung fluch­ tend (kongruent) angeordnet sind. Auch die verschiebbare Ventilscheibe 8 weist eine entsprechende Schlitzöffnung 18 auf, die durch Verschieben der Ventilscheibe 8 aus der in Fig. 1 dargestellten Ruhe- bzw. Absperrstellung in Richtung des Pfeils 20 in einer Öffnungsstellung in Deckung mit den Durchgangsöffnungen 16 der beiden ortsfesten Ventilscheiben 4, 6 gebracht werden kann. Durch Verschieben der Ventil­ scheibe 8 können somit die Anschlüsse 10, 12 geschaltet, d. h. wahlweise miteinander verbunden oder gegeneinander ab­ gesperrt werden.

Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann das Schie­ berventil 1 durchaus auch beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein, wobei das Gehäuse 2 einen weiteren An­ schluß und die verschiebbare Ventilscheibe 8 eine weitere entsprechende Steueröffnung bzw. Steuervertiefung oder -ausnehmung aufweisen würden (nicht dargestellt).

Jede ortsfeste Ventilscheibe 4, 6 ist gegen das Ventilge­ häuse 2 über eine elastische Dichtung 22 abgedichtet, die in einer Ausnehmung 24 des Ventilgehäuses 2 derart sitzt, daß sie dichtend an einander gegenüberliegenden Dichtflä­ chen 26, 28 des Gehäuses 2 einerseits und der jeweiligen Ventilscheibe 4, 6 andererseits anliegt sowie sich mit ihrem äußeren Umfangsbereich an einer etwa senkrecht zu den Dichtflächen 26, 28 angeordneten Anlagefläche 30 des Gehäu­ ses 2 abstützt. Dabei umschließt jede Dichtung 22 die ein­ ander zugekehrten Mündungen der Durchgangsöffnung 16 der jeweiligen Ventilscheibe 4, 6 sowie des jeweiligen Gehäuse- Anschlusses 10, 12. Aufgrund der länglichen Schlitzform der Durchgangsöffnungen 16 weist jede Dichtung 22 einen ovalen Umfangsverlauf auf; siehe beispielsweise Fig. 2.

Jede der Dichtungen 22 ist als Profil- Lippendichtung 32 ausgebildet, die aus einem etwa mittig und jeweils mit Abstand zwischen den beiden gegenüberlie­ genden Dichtflächen 26, 28 angeordneten und sich in seinem äußeren Umfangsbereich an der Gehäuse-Anlagefläche 30 ab­ stützenden Basisabschnitt 34 sowie zwei im inneren, der Anlagefläche 30 abgekehrten Bereich an den Basisabschnitt 34 angeformten, in einander abgekehrte Richtungen weisenden Dichtlippen 36 besteht. Dabei kommt jeweils eine der Dicht­ lippen 36 zur Anlage an der Dichtfläche 26 des Gehäuses 2, während die andere, gegenüberliegende Dichtlippe 36 an der Dichtfläche 28 der jeweiligen Ventilscheibe 4 bzw. 6 an­ liegt. Es wird hierzu insbesondere auf Fig. 3 verwiesen.

Es ist jede der Profil-Lippendichtungen 32 zum Umschließen der Mündungsöffnung der jeweiligen Durch­ gangsöffnung 16 der Ventilscheibe 4 bzw. 6 mit einem an deren Form angepaßten Umfangsverlauf vorgeformt, beispiels­ weise aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material vulkani­ siert oder aus einem elastischen Kunststoff spritzgegossen. Im Falle der länglichen, schlitzförmigen Durchgangsöffnun­ gen 16 bedeutet dies, daß die Lippendichtungen 32 mit einer ovalen Form vorgeformt werden, wie dies in Fig. 2 und 5 erkennbar ist.

Wie sich insbesondere aus Fig. 3 und 4 ergibt, sind dabei die Dichtlippen 36 derart an den Basisabschnitt 34 ange­ formt, daß im inneren Umfangsbereich der Lippendichtung 32 von dem Basisabschnitt und den Dichtlippen eine gemeinsame Innenfläche 38 gebildet ist, die in einer zu den Dicht­ flächen 26, 28 (siehe hierzu Fig. 1 sowie auch Fig. 4, wo die Dichtflächen strichpunktiert angedeutet sind) senkrech­ ten Richtung in einem ungespannten Zustand der Lippendich­ tung 32 - siehe Fig. 3 - im wesentlichen geradlinig und in einem eingespannten Zustand - siehe Fig. 4 - vorzugsweise konkav gekrümmt verläuft. Der der Innenfläche 38 abgekehr­ te, äußere Übergang zwischen dem Basisabschnitt 34 und jeder Dichtlippe 36 verläuft - im Querschnitt der Lippen­ dichtung 32 gesehen - jeweils etwa konkav gekrümmt (Fig. 3 und 6).

In Fig. 4 ist veranschaulicht, welche Auswirkung eine Beaufschlagung der Dichtung mit einem Druck p hat. Der Druck p wirkt aus Richtung der Anschlüsse 10, 12 bzw. der Durchgangsöffnung 16 der entsprechenden Ventilscheibe auf die Innenfläche 38 der Lippendichtung 32. Dies ist in Fig. 4 durch Doppelpfeile veranschaulicht. Dieser Druck p wirkt nun in der Hauptsache auf den Basisabschnitt 34, der sich ja erfindungsgemäß ausschließlich an der Gehäuse-Anlage­ fläche 30 abstützt, so daß hierdurch keine in Richtung der Ventilscheiben wirkende Kraftkomponente erzeugt wird. Es tritt lediglich durch die Beaufschlagung mit dem Druck p eine sehr geringfügige elastische Verformung der Dicht­ lippen 36 auf, wodurch aber auch nur eine sehr geringe, in Richtung der Ventilscheiben wirkende Kraftkomponente F ent­ steht, zumal vorteilhafterweise die Anlageflächen der Dichtlippen 36 sehr gering, und zwar annähernd linienförmig sind.

In einer in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten, besonders vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens eine der Lippendichtungen 32 auf ihrer der Dichtfläche 28 der Ventilscheibe 4 (bzw. 6) zugekehrten Seite eine ein­ stückig angeformte Dichtlamelle 40 auf, die die Durchgangs­ öffnung 16 der Ventilscheibe 4 (6) überdeckend auf der Dichtfläche 28 aufliegt und derart bereichsweise einstückig an eine der Dichtlippen 36 der Lippendichtung 32 angeformt ist, daß diese Dichtlamelle 40 in Richtung des in Fig. 6 eingezeichneten Doppelpfeils 42 elastisch beweglich ist, so daß hierdurch ein die Durchgangsöffnung in Abhängigkeit von der Richtung einer Druckmittelströmung verschließendes oder öffnendes Rückschlagventil 44 gebildet ist. Dabei ist die Dichtlamelle 40 vorzugsweise nur in einem der längs verlau­ fenden Bereiche der ovalen Lippendichtung 32 mit dieser einstückig verbunden, und zwar über einen Verbindungsab­ schnitt 46, der gegenüber der Dichtlamelle 40 eine redu­ zierte Dicke besitzt (siehe Fig. 6), so daß er eine Art "Filmscharnier" bildet, welches die Beweglichkeit der Dichtlamelle 40 verbessert. Mit dieser speziellen Lippen­ dichtung nach Fig. 5 und 6 können "rückwärts gerichtete" Druckstöße innerhalb des von dem Schieberventil gesteuerten Drucksystems vermieden bzw. abgebaut werden.

Insbesondere ist nochmals darauf hinzuweisen, daß das Schieberventil durchaus auch in Zweischeibentechnik mit nur einer ortsfesten Ventilscheibe ausgebildet sein kann. Des weiteren ist im Grunde jedes beliebige Wegeventil reali­ sierbar, so z. B. auch ein 3/2-Wegeventil, wobei die bzw. jede ortsfeste Ventilscheibe durchaus auch zwei oder mehr Durchgangsöffnungen aufweisen können, denen dann jeweils eine erfindungsgemäße Lippendichtung 32 zuzuordnen wäre.

Claims (5)

1. Schieberventil (1) für Druckmedien, insbesondere für Druckluft, bestehend aus einem Ventilgehäuse (2) mit mindestens zwei Anschlüssen (10, 12) für das Druck­ medium sowie aus mindestens zwei in dem Ventilgehäuse (2) angeordneten, insbesondere aus Keramikmaterial bestehenden und dichtend aneinanderliegenden Ventil­ scheiben (4, 6, 8), wobei mindestens eine Ventilschei­ be (4, 6) ortsfest in dem Ventilgehäuse (2) gelagert ist und eine Ventilscheibe (8) zum Schalten der An­ schlüsse (10, 12) verschiebbar geführt ist, und wobei zumindest die bzw. jede ortsfeste Ventilscheibe (4, 6) mindestens eine mit einem der Anschlüsse (10, 12) ver­ bundene, längliche, schlitzartige und sich etwa senk­ recht zur Verschieberichtung der verschiebbaren Ven­ tilscheibe (8) erstreckenden Durchgangsöffnung (16) aufweist, und die/jede ortsfeste Ventilscheibe (4, 6) gegen das Ventilgehäuse (2) über eine elastische Dich­ tung (22) abgedichtet ist, die die einander zugekehr­ ten Mündungen der Durchgangsöffnung (16) der Ventil­ scheibe (4, 6) und des jeweiligen Gehäuse-Anschlusses (10, 12) umschließt, dichtend an einander gegenüber­ liegenden Dichtflächen (26, 28) des Gehäuses (2) und der Ventilscheibe (4, 6) anliegt sowie sich mit ihrem äußeren Umfangsbereich an einer etwa senkrecht zu den Dichtflächen (26, 28) angeordnete Anlagefläche (30) des Gehäuses (2) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede elastische Dichtung (22) als Profil-Lippen­ dichtung (32) mit einem jeweils mit Abstand zwischen den Dichtflächen (26, 28) angeordneten und sich an der Gehäuse-Anlagefläche (30) abstützenden Basisabschnitt (34) und zwei an den Basisabschnitt (34) angeformten und jeweils an einer der Dichtflächen (26, 28) anlie­ genden Dichtlippen (36) ausgebildet sowie zum Um­ schließen der länglichen Ventilscheiben-Durchgangs­ öffnung (16) mit einem an diese angepaßten, ovalen Umfangsverlauf vorgeformt ist.

2. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippen (36) derart an den Basisabschnitt (34) angeformt sind, dass die Profil-Lippendichtung (32) in ihrem inneren Umfangsbereich eine Innenfläche (38) aufweist, die in einer zu den Dichtflächen (26, 28) senkrechten Richtung in einem ungespannten Zustand der Profil-Lippendichtung (32) im wesentlichen geradlinig und in einem eingespannten Zustand vorzugsweise konkav gekrümmt verläuft.

3. Schieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem Basisabschnitt (34) und den Dichtlippen (36) - im Querschnitt der Profil- Lippendichtung (32) gesehen - jeweils konkav gekrümmt verläuft.

4. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profil-Lippendichtung (32) vorzugsweise auf ihrer der Dichtfläche (28) der Ventilscheibe (4/6) zugekehrten Seite eine die Durchgangsöffnung (16) der Ventilscheibe (4) überdeckend auf der Dichtfläche (28) aufliegende und derart bereichsweise einstückig an die Profil-Lippendichtung (32) angeformte Dichtlamelle (40) aufweist, dass diese Dichtlamelle (40) ein die Durchgangsöffnung in Abhängigkeit von der Richtung einer Druckmittelströmung verschließendes oder öffnendes Rückschlagventil (44) bildet.

5. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilgehäuses (2) zwei ortsfeste Ventilscheiben (4, 6) und die verschiebbare Ventilscheibe (8) zwischen diesen angeordnet sind, wobei jede der ortsfesten Ventilscheiben (4/6) über eine Profil-Lippendichtung (32) gegen das Gehäuse (2) abgedichtet ist.