DE7320079U - Mehrwegeventil - Google Patents

Description

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24. Mai 1973 G 4602 - rewe

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, Esslingen a.N.

Mehrwegeventil

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil mit einem in einer zentralen Bohrung im Gehäuse axial verstellbaren Schieber als Verschlußglied, dem eine Steuermembran an jedem axialen Ende zugeordnet ist, welche die bewegliche Wand eines mit der Steuerleitung in Verbindung stehenden Steuerraumes an der der zentralen Bohrung abgewandten Seite der Membran bildet und auf diese Weise vom Steuerdruck beaufschlagbar ist, und der im Bereich seiner beiden axialen Enden innerhalb der ihn enthaltenden Bohrung mit Hilfe von mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereich am Schieber befestigten, von der Mitte des Schiebers aus gesehen den jeweiligen Steuermembranen vorgeschalteten Halterungsmembranen

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schwebend aufgehängt ist, die so ausgebildet sind, daß sie den Schieber in den beiden Endstellungen feststellen und sich aus der einen Endstellung in die andere Endstellung unter Einfluß des Steuerdruckes schnappend überstellen, wobei die zentrale Bohrung im Ventilgehäuse bei "n" vom Ventil zu steuernden Wegen "n - 1" den Schieber in koaxialer Anordnung unter Freilassung eines Spiels umgebende Tellerventilsitze besitzt, denen "n - 2" am Schieber angebrachte Dichtungsringe zugeordnet sind, von denen einer als Doppelsitzverschlußstück ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, bei der das Doppelsitzverschlußstück einerseits seine abdichtende Funktion auch dann beibehält, wenn bei der Herstellung des Schiebers und Ventilgehäuses und bei der Anfertigung und Montage der Dichtungsringe und den diesen zugeordneten Ventilsitze keine zu große Genauigkeit eingehalten wird, wenn also relativ große Toleranzen zugelassen sind und bei der andererseits das Doppelsitzverschlußstück immer eine genau definierte Lage einnimmt.

Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß der als Doppelsitzverschlußstück ausgebildete, mit seinem zentralen Bereich am Schieber gehalterte Dichtungsring an seinem der Dichtungsfunktion zu-

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geordneten Außenumfang einen etwa keilförmigen Einschnitt besitzt, derart, daß er an seinem Außenumfang zwei Dichtlippen aufweist, die sich in Abstand zueinander radial nach außen erstrecken. Hierbei kann z.B. der als Doppelsitzverschlußstück ausgebildete Dichtungsring im Querschnitt die Gestalt eines mit der öffnung nach außen gerichteten U haben.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß bei ihrer Anwendung die Gefahr des Doppelsitzes eliminiert wird, also sicherer abgedichtet werden kann, und außerdem auch die Gefahr einer evtl. Rückstellung der Achse des Schiebers verringert wird. Bei alledem ist sichergestellt, daß der Dichtungsring immer eine genau definierte Lage einnimmt, es kann also nicht wie bei Dichtungsringen, die zwischen zwei Anschlägen axial verschieblich angeordnet sind, vorkommen, daß der Dichtungsring eine Mittellage zwischen den beiden Endanschlägen einnimmt, die die Abdichtungsfunktion in Frage stellt. Alle diese Vorteile werden bei einfachem Aufbau und denkbar leichter Montage erzielt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Mehrwegeventil gemäß der Erfindung in Seitenansicht in axialem Schnitt und

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Fig. 2 den als Doppelsitzverschlußstück ausgebildeten Dichtungsring der Anordnung nach Fig. 1 wiederum in einer Seitenansicht in einem axialen Schnitt.

Das erfindungsgemäße Mehrwegeventil besitzt in der zentralen Bohrung 3 eines Gehäuses 1 einen axial verstellbaren Schieber 2, der als Verschlußglied wirkt. Diesem Schieber ist einerseits an jedem axialen Ende eine Steuermembran 4·, 5 zugeordnet, welche die bewegliche Wand eines mit der Steuerleitung 6 bzw. 7 in Verbindung stehenden Steuerraumes 8 bzw. 9 darstellt, der sich an der der zentralen Bohrung 3 abgewandten Seite der Membran. 4 bzw., 5 befindet und der auf diese Waise vom Steuerdruck beaufschlagt werden kann. Der Schieber ist im Boreich seiner beiden axialen Enden innerhalb der ihn enthaltenden Bohrung 3 mit Hilfe von Halterungsmembranen 1C, 11 schwebend aufgehängt, die mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereich am Schieber befestigt sind und die von der Mitte des Schiebers aus gesehen den jeweiligen Steuermembranen 4·, 5 vorgeschaltet sind. Diese Halterungsmembranen sind hierbei so ausgebildet, daß sie den Schieber in den beiden Endstellungen feststellen und sich aus der einen Endstellung in die andere Endstellung unter Einfluß des Steuerdruckes schnappend überstellen. Diese Wirkungsweise der gewissermaßen als Schnappglieder wirkenden Halterungsmembranen ist an sich bekannt, sie wird z.B. in der Patentanmeldung P 21 25 170.1-12 beschrieben, die ein 'ihnliches Mehrwegeventil zum Gegenstand

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hat und dessen Funktion näher erläutert. Das Ventil nach Fig. 1 ist als Fünfwegeventil ausgebildet, die zentrale Bohrung im Ventilgehäuse besitzt also "n" vom Ventil zu steuernde Wege. Dem Schieber sind vier Tellerventilsitze 12, 13, 14, 15 zugeordnet, es sind also "n - 1" den Schieber in koaxialer Anordnung unter Freilassung eines Spiels umgebende Tellerventilsitze vorgesehen. Der Schieber trägt demgegenüber drei Dichtungsringe 16, I7, 18, also "n - 2" Dichtungsringe. Von diesen Dichtungsringen ist der Ring 17 als Doppelsitzverschlußstück ausgebildet, seine spezielle Ausführungsform bildet besonderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird weiter unten noch näher erläutert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der als Doppelsitzverschlußstück ausgebildete Dichtungsring 17 mit seinem zentralen Bereich 19 am Schieber 2 gehaltert ist, wie weiter noch dargestellt werden wird, und an seinem der Dichtungsfunktion zugeordneten Außenumfang 20 einen etwa keilförmigen Einschnitt 21 besitzt, derart, daß er an seinem Außenumfang zwei Dichtlippen 22, 23 aufweist, die sich in Abstand zueinander - der Abstand wird durch den keilförmigen Einschnitt 21 gebildet radial nach außen erstrecken, das Ganze so, daß der Dichtungsring im Querschnitt die Gestalt eines mit der öffnung nach außen gerichteten U hat. Wie bereits erwähnt, ist der Dichtungsring mit seinem zentralen Bereich 19 am Schieber gehaltert. Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, die z.B. einen

O-Ring aufweisen, der mit axialem Spiel zwischen zwei seine geweiligen Endlagen "bestimmenden Ringbunden am Schieber angeordnet ist und sich zwischen diesen beiden 'Ringbunden, die gewissermaßen Anschläge darstellen, hin und her bewegen kann, ist beim Erfindungsgegenstand vorgesehen, daß der Dichtungsring 17 unter axialer Vorspannung in eine Nut oder zwischen den beiden Ringbunden 24-, 25 am Umfang des Schiebers so sitzt, daß eine axiale Bewegung des Dichtungsringes zwischen den beiden Ringbunden nicht möglich ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Dichtungsring sich zwischen zwei Endstellungen hin und her verschieben kann und hierbei unter Umständen eine nicht genau definierte Mittelstellung einnehmen kann, die keiner eindeutigen Schließlage zugeordnet ist, auf diese Weise werden Störungen im Funktionsablauf des Ventils mit absoluter Sicherheit vermieden. Um diese axiale Vorspannung, die einen sicheren Sitz des Ventils, unverschieblich in axialer Richtung garantiert, zu erreichen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die dem Außenumfang des Schiebers zugeordnete Fläche am Innenumfang des Dichtungsringes leicht in radialer Richtung gemäß den Pfeilen 26a, 26b nach außen gewölbt ist, wobei zweckmäßigerweise die Fläche am Innenumfang den Dichtungsringes aus drei ringförmigen Teilflächen 27, 28, 29 besteht und zusammengesetzt ist. Zwei im Bereich der beiden axialen Enden vorgesehenen Endflächen, nämlich die Flächen 27 und 29 verlaufen schräg in einander entgegengesetzten Richtungen, wobei die dem jeweiligen axialen Ende des Dichtungs-

ringes zugeordnete Seite 27a bzw. 29a den geringsten Abstand in radialer Richtung zur Langsmittelachse des Dichtungsringes hat. Diese beiden Endflächen werden durch die Mantelfläche von Kegelstümpfen gebildet, die sie jeweils vom zugehörigen axialen Ende in axialer Richtung zur Mitte hin und in radialer Richtung nach außen erstrecken und zweckmäßigerweise mit de*r Langsmittelachse einen spitzen Winkel ⁰^ von z.B. 15° bilden. Die mittlere Fläche 28 ist von einer Zylindermantelfläche gebildet, ihr Abstand in radialer Richtung zur Langsmittelachse des Dichtungsringes ist gleichbleibend und am größten. Auf diese Weise wird die gewünschte Wölbung der Fläche am Innenumfang des Dichtungsringes erreicht, die zum Teil dafür sorgt, daß die erwünschte Vorspannung erzielt wird. An seinen beiden axialen Enden weist der Dichtungsring jeweils eine Ringnut 30 bzw. 31 auf, die beiden Ringnuten verlaufen hierbei koaxial zueinander, sind mit dem gleichen Radius zur Längsmittelachse des Dichtungsringes beschrieben und sind in zueinander parallelen Ebenen enthalten, die rechtwinklig zur Langsmittelachse des Dichtungsringes verlaufen. Diese Ringnuten, die im Querschnitt etwa rechteckig sind, besitzen einen Abstand zum Innenumfang (Flache 27-28-29)»der sich gegenüber dem Abstand zum Außenumfang 20 des Dichtungsringes etwa wie 1:3-5 verhalten kann, wobei die Breite der Ringnut einerseits annähernd de? Nuttiefe und andererseits etwa dem Abstand a zwischen dem Innenumfang des Dichtungsringes und der diesem zugewandten Kante der Ringnut entspricht. Auch diese Maßnahme dient zur

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Erzielung der gewünschten Vorspannung auf einfache Art und Weise. Es ergibt sich dannäLs zweckmäßig, daß die Flächenpartien 32 zwischen der Ringnut JO "bzw. 31 und dem Innenumfang 27-28-29 den beiden axialen Enden des Dichtungsringes schräg verlaufen und hierbei mit dessen Längsmittelachse einen spitzen Winkel /S von z.B. 65 - 80°, vorzugsweise 75 bilden.

Um nun auch zu erreichen, daß der Dichtungsring die gewünschte Abdichtungsfunktion in beiden Endstellungen des Schiebers einwandfrei erfüllt, also mit den Ventilsitzen 13 und 14 in einwandfreier Weise zusammenwirkt, ist vorgesehen, daß die zwischen der Ringnut und dem Außenumfang enthaltenen Flächenpartien 33₅ 34 an den beiden axialen Enden des Dichtungsringes zueinander parallel verlaufen und genau rechtwinklig zu der Längsmittelachse des Dichtungsringes orientiert sind. Außerdem ist vorgesehen, daß die Tiefe des keilförmigen Einschnittes in radialer Richtung gesehen, also die Abmessung t_y etwa der halben Breite B des Dichtungsringes entspricht bzw. sich zweckmäßigerweise zur Breite wie 6-7 : 11 - 12 verhält. Der keilförmige Einschnitt 21 verjüngt sich vom Außenumfang zur Mitte hin und ist an den beiden Längsseiten durch schräg verlaufende Flächen 35, 36 begrenzt, die mit einer rechtwinklig zur Längsmittelachse des Dichtungsringes verlaufenden Ebene jeweils einen Winkelfvon 5 - 15°, vorzugsweise 10° bilden. Es ergibt sich hierbei die erforderliche Flexibilität für die

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Dichtungslippen des Ringes, die es gestattet, daß man bei der Anfertigung des Schiebers, der Ventilsitze am Gehäuse und des Dichtungsringes auf Einhaltung einer absoluten Genauigkeit bzw. kleinster Toleranzen verzichten kann, weil die Nachgiebigkeit der Dichtungslippen in jedem Fall eine ausreichende Abdichtung an den beiden Tellerventilsitzen 13, 14 gestattet.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die axiale Länge des Dichtungsringes L sich zu dessen Innendurchmesser d wie 1 : 5~75 vorzugsweise 1 : 6, und zu dessen Außendurchmesser D Vtie 1:7-8 verhält. Vorzugsweise wird der neue Dichtungsring aus Kunststoffmaterial mit gummiähnlichen Eigenschaften oder aus Gummi hergestellt.

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Claims (13)

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1. Mehrwegeventil mit einem in einer zentralen Bohrung im Gehäuse axial verstellbaren Schieber als Verschlußglied, dem eine Steuermembran an Jedem axialen Ende zugeordnet ist, welche die beweglich -> Wand eines rait der Steuerleitung in Verbindung stehenden Steuerraumes an der der zentralen Bohrung abgewandten Seite der Membran bildet und auf diese Weise vom Steuerdruck beaufschlagbar ist, und der im Bereich seiner beiden axialen Enden innerhalb der ihn enthaltenden Bohrung mit Hilfe von mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereich am Schieber befestigen, von der Mitte des Schiebers aus gesehen den geweiligen Steuermembranen vorgeschalteten Halterungsmembranen schwebend aufgehängt ist, die so ausgebildet sind, daß sie den Schieber in den beiden Endstellungen feststellen und sich aus der einen Endstellung in die andere Endstellung unter Einfluß des Steuerdruckes schnappend überstellen, wobei die zentrale Bohrung im Ventilgehäuse bei "n" vom Ventil zu steuernden Wegen "n - 1" den Schieber in koaxialer Anordnung unter Freilassung eines Spiels umgebende Tellerventilsitze besitzt, denen "n - 2" am Schieber angebrachte Dichtungsringe zugeordnet sind, von denen einer als Doppelsitzverschlußstück ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Doppelsitzverschlußstück ausgebildete, mit seinem zentralen Bereich am Schieber gehalterte Dichtungsring an seinem der Dichtungsfunktion zugeordneten Außenumfang einen

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etwa keilförmigen Einschnitt besitzt, derart, daß er an seinem Außenumfang zwei Dichtlippen aufweist, die sich in Abstand zueinander radial nach außen erstrecken.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Doppelsitzverschlußstück ausgebildete Dichtungsring im Querschnitt die Gestalt eines mit der Öffnung nach außen gerichteten U hat.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Doppelverschlußstück ausgebildete Dichtungsring unter axialer Vorspannung in einer Nut oder zwischen zwei Ringbunden am Umfang des Schiebers sitzt, derart, daß eine axiale Bewegung des Dichtungsringes zwischen den beiden Ringbunden verhindert wird.

4. Mehrwegeventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die dem Außenumfang des Schiebers zugeordnete Fläche am Innenumfang des Dichtungsringes leicht in radialer Richtung nach außen gewölbt ist.

5- Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche am Innenumfang des Dichtungsringes aus drei ringförmigen Teilflächen zusammengesetzt ist, nämlich aus zwei im Bereich der beiden axialen Enden schräg in einander entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Endflächen, deren

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dem jeweiligen axialen Ende des Dichtungsringes zugeordnete Seite den geringsten Abstand in radialer Richtung zur Längsmittelachse des Dichtungsringes hat, und aus einer mittleren Fläche, deren gleichbleibender Abstand in radialer Richtung zur Längsmittelachse des Dichtungsringes am größten ist.

6. Mehrwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Fläche von einer Zylindermantelfläche gebildet wird, während die beiden Endflächen durch die Mantelflächen von Kegelstümpfen gebildet werden, die sich jeweils am zugehörigen axialen Ende in axialer Richtung zur Mitte hin und in radialer Richtung nach außen erstrecken und zweckmäßigerweise mit der Längsmittelachse einen spitzen Winkel von 15° bilden.

7. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring an seinen beiden axialen Enden jeweils eine Ringnut aufweist, deren Abstand zum Innenumfang sich gegenüber dem Abstand zum Außenumfang des Dichtungsringes wie 1 : 3 bis 5 verhält, wobei die Breite der Ringnut einerseits annähernd der Nuttiefe und andererseits etwa dom Abstand zwischen dem Innenumfang des Dichtungsrings· und der diesem zugewandten Kante der Ringnut entspricht.

8. Mehrwegeventil nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß die Leiden Ringnuten an den beiden axialen Enden des Dich-

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tungsrings koaxial zueinander verlaufen, mit dom gleichen Radius zur Längsmittelachse des Dichtungsrings beschrieben sind und in zueinander parallelen Ebenen enthalten sind, die rechtwinklig zur Längsmittelachse des Dichtungsrings verlaufen.

9. Mehrwegeventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Ringnut und dem Innenumfang enthaltenen Flächenpartien an den beiden axialen Enden des Dichtungsringes schräg verlaufen und hierbei mit dessen Längsmittelachse einen spitzen Winkel von z.B. 65 - 80 , vorzugsweise 75° bilden.

10. Mehrwegeventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Ringnut und dem Außenumfang enthaltenen Flächenpartien an den beiden axialen Enden des Dichtungsringes zueinander parallel sind und genau rechtwinklig zu der Längsmittelachse des Dichtungsringes verlaufen.

11. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des keilförmigen Einschnittes in radialer Richtung gesehen etwa der halben Breite das Dichtungsringes entspricht bzw. sich zweckmäßigerweise ^rjur Breite wie 6 bis 7 '· 11 *>is 12 verhält.

12. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch

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gekennzeichnet, daf der keilförmige Einschnitt sich vom Außenumfang zur Mitte hin verjüngt und an den beiden Längsseiten durch schräg verlaufende Flächen begrenzt ist, die mit einer rechtwinklig zur Längsmittelachse des Dichtungsringes verlaufenden Ebene jeweils einen Winkel von 5 "bis 15°> vorzugsweise 10° bilden.

13. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Dichtungsringes sich zu dessen Innendurchmesser wie 1 .i 5 bis 7, vorzugsweise 1 : and zu dessen Außendurchmesser wie 1 : 7 his 8 verhält.

Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring aus Zunststoffmaterial mit gummiähnlichen Eigenschaften oder aus Gummi besteht.