DE2406986A1 - Hydraulik- und/oder pneumatikventil - Google Patents

Description

Artur Fischer, 7241 Tümlingen

"Hydraulik- und/oder Pneumatikventil"

Die Erfindung betrifft ein Hydraulik- und/oder Pneumatikventil, vorzugsweise als Bestandteil eines Konstruktionsbaukastens, bestehend aus einem Gehäuseteil mit einer Ventilkammer und mit Anschlüssen für das Druckmedium sowie einem in der Ventilkammer axial verschiebbaren Ventilschieberteil.

In der Großtechnik ist die Anwendung der Hydraulik und/oder der Pneumatik zur Steuerung und als Antrieb für Werkzeugmaschinen, Anlagen od. dgl. allgemein gebräuchlich. Die wichtigsten Teile innerhalb eines Hydraulik- oder Pneumatiksystems sind die verschiedenen zur Steuerung und Regelung notwendigen Ventile. Die Vielfalt der Steuerungs- und Regelungsaufgaben macht auch eine entsprechend große Anzahl von verschiedenen Ventilarten notwendipj, vom einfachen Zweiwegventil bis hin zum Servo- Und Druck-

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regelventil. Jede Ventilart liegt als fertige Baugruppe vor und wird über ihre Anschlüsse mit den Übrigen Bauteilen eines Hydraulik- oder Pneumatik- ' systems verbunden.

An vielen Schulen, insbesondere Berufsschulen und Ingenieurschulen, ist Hydraulik und Pneumatik Lehrfach. Die Vermittlung von Kenntnissen erfolgt in der Regel anhand von fertigen Schaltungssystemen, die zwar die Wirkung einzelner Ventilbaugruppen, jedoch nicht die in den Ventilbaugruppen selbst ablaufenden Funktionen erkennen lassen. Damit fehlt eine wesentliche Voraussetzung für das Verständnis von hydraulischen bzw. pneumatischen Effekten. Vor allem auf dem Lehrsektor besteht aber das Bestreben, den Schüler in Theorie und Praxis mit allen möglichen Ventilarten bekannt zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine · Möglichkeit zu schaffen, um Hydraulik- und/oder Pneumatikventile der verschiedensten Ventilarten aus wenigen, einfachen Bauteilen baukastenartig zusammensetzen zu können. ■

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Ventil der eingangs angegebenen Art dadurch, daß das Gehäuseteil und/oder das Ventilsohieberteil jeweils aus einer Anzahl von koaxial dicht aneinandergereihten und einander zumindest mit Teilflächen dicht berührenden Grundelementen bestehen und zwar das Gehäuseteil aus scheibenartigen EIementen mit je einer zentralen Durchbrechung zur Bildung der Ventilkammer und Durchbrechungen zur Bildung von Kanälen für das Druckmedium und das Ventilschieberteil aus blockförmigen Elementen, die axial von einer Ventilschieberstange durchsetzt sind.

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Dabei bilden die zentralen Durchbrechungen der Grundelemente des Qehäuseteils zweckmäßig Steuerkänten, mit. denenentspre.cheride Steuerkanten an den- . Steuerelementen des Ventilschieberteils zusammenwirken. Außer den Steuerelementen des Ventilschieberteils sind zweckmäßig Distanzelemente mit geringerem Querschnitt vorgesehen.

Die zentralen Durchbrechungen der Grundelemente des Gehäuseteils haben vorteilhaft kreisförmigen Umriß, während die Grundelemente des Ventilschieberteils zylindrisch ausgebildet sind. Die Durchbrechungen zur Bildung von Kanälen sind zweckmäßig radial zu der zentralen Durchbrechung im äußeren Bereich der Grundelemente des Gehäuseteils angeordnet. Die radial angeordneten Durchbrechungen weisen zweckmäßig rechteckförmigen, vorzugsweise flach rechteckigen Umriß auf.

Mindestens eine der radial angeordneten Durchbrechungen bei mindestens einem der Grundelemente des Gehäuseteils kann mit der zentralen Durchbrechung desselben Elements verbunden sein. Dabei kann die zentrale Durchbrechung einseitig bis in den Bereich einer der äußeren Durchbrechungen - diese einschliessend - schlüssellochartig erweitert sein. Bei diesen Grundelementen ist der Innendurchmesser der zentralen Durchbrechung zweckmäßig etwas größer als der Außendurchrnesser der Steuerelemente des Ventilschieberteils.

Bei mindestens einem der«Grundelemente des Gehäuseteils kann als Anschluß für das Druckmedium eine von der zentralen Durchbrechung nach außen führende Öffnung vorgesehen ,sein. Diese öffnung ist zweckmäßig mit einem Anschlußstutzen versehen.

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Zum Abschluß des Gehäuseteils können .Endelemente mit einer zentrischen Lagsrbohrung für die Ventilschieberstange vorgesehen sein. Diese Endelemente sind vorteilhaft mit einem Dichtungsring zur Abdichtung der Ventilkammer versehen.

Die Grundelemente des Gehäuseteils können auch mit weiteren, miteinander fluchtenden Durchbrechungen zum Hindurchführen von Zuggliedern zur dichtenden Verbindung der Grundelemente mittels axialen Drucks versehen sein.

Sowohl die Grundelemente des Gehäuseteils, wie auch des Ventilschieberteils bestehen zweckmäßig aus Kunststoff, vorzugsweise aus glasklarem Styrol-Acryl-Nitril (SAN).

An den Außenflächen der Grundelemente des Gehäuseteils, vorzugsweise an den Endelementen, können Mittel zur Verbindung derselben mit den Bausteinen des Konstruktionsbaukastens z.B. hinterschnittene Verbindungszapfen und/oder hinterschnittene Nuten vorgesehen sein.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Ventils aus einzelnen Grundelementen, die axial hintereinander in beliebiger Reihenfolge zusammengesetzt werden können, ist es möglich, mit einigen wenigen Grundelementen alle nur denkbaren Ventilarten bzw. Ventilkombinationen zusammenzusetzen. Entsprechend der Ausgestaltung der Grundelemente und entsprechend ihrer Anordnung zueinander können sowohl die fünf Grundbauarten von Ventilen, nämlich Wege-, Drossel-, Druckregel-, Mengenregel- und Druckdifferenzventile, als auch Kombinationen dieser Ventile zusammengestellt werden. Dabei ist

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die Kostenersparnis groß, da wenige Grundelemente ausreichen, das jeweils gewünschte Ventil durch entsprechendes Aneinanderreihen der Grundelemente herzustellen. Dieser Vorteil kommt vor allem auf dem Lehr- und Spielsektor zur Geltung, da hier die Benutzungsdauer der einzelnen Ventile für bestimmte Zwecke sehr kurz ist und es demgemäß auf die Variationsmöglichkeiten noch stärker ankommt .

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die beträchtliche Erhöhung des Lerneffekts, der nicht erst bei der fertigen Ventilbaugruppe, sondern schon eine Stufe vorher, nämlich beim Ventil selbst beginnt. Diese Stufe ist für das Verständnis des hydraulischen Effekts sehr wesentlich, da im Ventil z.B. der Drosselvorgang stattfindet, der die Regelung von Druck, Druckkraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung im System erst ermöglicht.

Durch die Aufteilung eines Ventils in einfach herstellbare Grundelemente wurden auch die Schwierigkeiten ausgeräumt, die bi'slang einer Herstellung von hydraulischen und pneumatischen Kleinbauteilen für einen Baukasten entgegenstanden. Das Zusammenstecken der Grundelemente kann in einfachster Weise über einen Montagedorn erfolgen, dessen Außendurchmesser demjenigen der Ventilkaramerbohrung entspricht. Nach Befestigen der Grundelemente kann der Montagedorn wieder entfernt werden.

Die Zusammensetzbarkeit auch des Ventilschieberteils bedeutet einen weiteren Vorteil, da es dadurch entsprechend der gewünschten Ventilart auf den Gehäuseteil abstimmbar ist. Hierzu ist

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lediglich eine für alle Ventilarten gleiche Ventilschieberstange notwendig, auf die die Steuerelemente mit den Steuerkanten und zwischen diesen Jeweils die Distanzelemente aufschiebbar und beispielsweise mit Muttern festsetzbar sind.

Die Auswahl glasklaren Werkstof fs hat den Vorteil, daß auch das Innere des zusammengebauten Ventils und damit der Funktionsablauf sichtbar ist, was wiederum eine Steigerung des Lerneffekts bedeutet. Der Werkstoff Styrol-Acryl-Nitril nimmt keine Flüssigkeit auf, so daß bei Verwendung dieses Werkstoffs für die Herstellung der Grundelemente diese nicht aufquellen können; es sind also keine Beeinträchtigungen im Betrieb zu befürchten.

Die Anordnung von Verbindungsmitteln vorzugsweise an den Endelementen ermöglicht die Integration des Ifydraulik- bzw. Pneumatikventils in bestehende Konstruktionsbaukastensysteme zur Erweiterung der Modellgestaltung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein aus den Grundelementen zusammengesetztes Vier/ Drei-Wegeventil,

Fig. 2 ein Distanzelement mit innerer Zuführung und einer Durchlauföffnung,

Fig. 5 ein Distanzelement mit innerer und äußerer Zuführung und einer Durchlauföffnung,

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, Fig. 4 ein Steuerelement mit Steuerkanten und drei Durchlauföffnungen und

Fig. 5 ein Endelement mit zentrischer Lagerbohrung und Dichtungsring.

Fig. 1 zeigt als Beispiel für eine mit den.. Grundelementen nach der Erfindung zusammensetzbare Ventilart ein Vier/Drei-Wegeventil 1. Dieses Ventil 1 besteht aus dem Gehäuseteil 2 und dem Ventilschieberteil 3» Sowohl das Gehäuseteil 2, als auch das Ventilsohieberteil 3 setzen sich jeweils aus einer Anzahl von Grundelementen 2a, 2b, 2c, 2d bzw. J>2l, yo zusammen, die in axialer Richtung aneinandergereiht sind. Die gewünschte Ventilart bzw. Ventilkombination ergibt sich aus der jeweiligen Zuordnung und Aneinanderreihung der verschiedenen Grundelemente des Gehäuseteils 2 und des Ventilschieberteils J>.

Die verschiedenen Arten von Grundelementen für das Gehäuseteil 2 sind in den Fig. 2 bis 5 jeweils in Draufsicht dargestellt. Sie besitzen sämtlich quadratischen Umriß, so daß sich insgesamt eine prismatische Gestalt des Gehäuseteils 2 ergibt. In den vier Ecken des Quadrats weisen die Grundelemente kreisförmige Durchbrechungen 12 auf, die bei Aneinanderreihung der Grundelemente miteinander fluchten. Durch diese Durchbrechungen 12 können Zugstangen 11 gesteckt werden, die zumindest an den Enden mit Gewinden versehen sind, so daß Muttern 13 aufgeschraubt werden können, mit denen die Grundelemente in axialer Richtung zusammengepreßt werden.

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Als Normalelement ist gewissermaßen das in Fig. h dargestellte Steuerelement 2c anzusehen. Es hat eine zentrale, kreisförmige Durchbrechung 6, die Steuerkanten bildet» Radial zu dieser zentralen Durchbrechung 6 sind parallel zu den Außenkanten des Elements weitere Durchbrechungen 10 mit re.phteckigem Umriß angeordnet, die bei Anainanderreihung mehrerer gleichartiger Grundelernente miteinander fluchten und durchgehende Kanäle für das Druckmedium bilden.

In Fig. 2 ist ein Distanzelement 2a mit innerer Zuführung dargestellt. Bei diesem Element ist ebenfalls eine zentrale Durchbrechung 6 vorhanden, die allerdings einen etwas größeren Durchmesser hat, als die Durchbrechung des Steuerelements 2c. Außerdem ist sie einseitig schlüssellochartig erweitert, so daß von dieser Erweiterung 9 der Bereich der sonst an dieser Stelle befindlichen Durchbrechung 10 erfaßt wird. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, das Druckmittel aus dem durch die Durchbrechungen 10 gebildeten Kanal in die aus den Durchbrechungen 6 gebildete Ventilkammer zu bringen. Außerdem weist dieses Grundelement 2a noch eine äußere Durchbrechung 10 auf.

Eine weitere Art von Grundelementen, nämlich das Distanzelement 2b (Fig, 3) besitzt neben der inneren Zuführung wie das Grundelement 2a noch eine mit einem Anschlußstutzen 15 versehene Verbindung nach außen, um über eine unter Spannung aufgeschobene Druckleitung 18 eine Pumpe, einen Tank oder Verbraucher anschließen zu können. Im übrigen entspricht das Distanzelement 2b dem Distanzelement 2a.

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: Als Abschluß des Ventils, also zur äußeren Begrenzung der Kanäle und der Ventilkararner sind Endelemente 2d vorgesehen (Fig. 5)· Diese besitzen eine Lagerbohrung 5 für die Ventilstange 14. Zur Abdichtung der Ventilkarnnier sind die Lagerbohrungen 5 noch zusätzlich mit je einem Dichtungsring 7 ausgekleidet. Die Endelemente 2d weisen im Bereich der Durchbrechungen 12 an der Innenseite Ausnehmungen Ιβ auf, die zur Aufnahme von Muttern Ij? bestimmt sind, um so eine satte Anlage der Endelernente 2d an die übrigen Grundelemente zu erreichen.

Das Ventilschieberteil J5 besteht lediglich aus zwei verschiedenen Schieberelementen, nämlich Schiebers teuerelernenten Ja und Schieberdistanze lementen Jb. Entsprechend der kreisförmigen Ventilkammer sind die Schieberelemente zylindrisch ausgebildet. Der Durchmesser der Schiebersteuerelemente ;5a entspricht demjenigen der Durchbrechung 6 der Steuerelemente 2c und wirkt mit den dadurch gebildeten Steuerkanten zusammen. Die Schieberdistanzelemente JJb haben geringeren Durchmesser. Die Grundelemente des Ventilschieberteils J5 werden in der entsprechenden Reihenfolge auf die Ventilschieberstange 14 aufgeschoben und auf dieser in geeigneter Weise befestigt.

Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Vier/ Drei-Wegeventil besteht aus insgesamt fünfundzwanzig Grundelementen 2a, 2b, 2c und 2d für das Gehäuseteil 2 und neun Grundelementen ^a, ;5b für den Ventilschieberteil J5. Unter diesen befinden» sich vier Grundelemente 2b mit Anschlußstutzen 15, wovon einer für e.ine Pumpe, einer für einen Tank und zwei für den Anschluß von Verbrauchern Vl und V2 dienen. Den Abschluß des Ventils bildet je ein Endelement 2d, das zum Anfügen von

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Bauteilen eines Konstruktionsbaukastens noch mit Verbindungszapfen 8 oder ähnlichen Verbindungsmitteln versehen ist.

Für den Zusammenbau des Ventils wird ein Montagedorn verwendet, dessen Außendurchmesser demjenigen der Schieberelemente und damit dem Durchmesser der Ventilkammer 6 entspricht. Auf diesen Montagedorn werden in der entsprechenden Reihenfolge die Grundelemente des Gehäuseteils außer den Endelementen 2d aufgeschoben. Dann werden in die aus den Durchbrechungen 12 gebildeten Kanäle die Zugstangen 11 eingeschoben und die Grundelemente 2a, 2b und 2c mittels der inneren Muttern 1? verspannt. Nach der so erfolgten Fixierung der Grundelemente wird der Montagedorn entfernt und an dessen Stelle das Ventilschieberteil j5 eingeschoben. Als letztes werden dann die Endelemente 2d auf die Ventilstange Ik aufgeschoben, wobei die Aussparungen 16 sich über die inneren Muttern 1J> legen, und mit weiteren, von außen auf die Zugstangenenden aufgeschraubten Muttern 1^' mit den übrigen Grundelementen verspannt.

Wenn die Schlauchleitungen 18 an den äußeren Anschlüssen 15 befestigt sind, dann kann durch Verschieben des Ventilschieberteils 3 in axialer Richtung der Druckmittelstrom geregelt werden. Von besonderem Vorteil für den Lerneffekt ist dabei, wenn zumindest die Grundelemente des Gehäuseteils 2, aber auch die Grundelemente des Ventilschieberteils 5 aus

glasklarem Material bestehen, weil dann der Druckmittelstrom, insbesondere, wenn er gefärbt ist, im Inneren des Ventils beobachtet werden kann.

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Claims (16)

- ii - Patentansprüche

1.l/Hydraulik- und/oder Pneumatikventil, vorzugsweise als Bestandteil eines Konstruktionsbaukastens, bestehend aus einem Gehäuseteil mit einer Ventilkammer und mit Anschlüssen ,für das Druckmedium sowie einem in der Ventilkammer axial verschiebbaren Ventilschieberteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (2) und/oder das Ventilschieberteil (3) jeweils aus einer Anzahl von koaxial dicht aneinandergereihten und einander zumindest mit Teilflächen dicht berührenden Grundelementen bestehen und zwar das Gehäuseteil (2) aus scheibenartigen Elementen (2a, 2b, 2c) mit je einer zentralen Durchbrechung (6) zur Bildung der Ventilkammer und Durchbrechungen (10) zur Bildung von Kanälen für das Druckmedium und das Ventilschieberteil (3) aus blockförmigen Elementen (Ja, 5b), die axial von einer Ventilschieberstange (14) durchsetzt sind.

2.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchbrechungen (6) der Grundelemente (2c) des Gehäuseteils (2) Steuerkanten bilden, mit denen entsprechende Steuerkanten an den Steuerelementen (5a) des Ventilschieberteils (3) zusammenwirken.

3.) Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Steuerelementen (3a) des Ventilschieberteils (3) Distanzekmente (3b) mit geringerem Querschnitt vorgesehen sind.

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4.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Durchbrechungen (6) der Grundelemente (2a, 2b, 2c) des Gehäuseteils (2) kreisförmigen Umriß aufweisen und die Grundelemente (^a, J5b) des Ventilschieberteils zylindrisch ausgebildet sind.

5.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (10) zur Bildung von Kanälen radial zu der zentralen Durchbrechung (9) im äußeren Bereich der Grundelemente (2a, 2b, 2c) des Gehäuseteils (2) angeordnet sind.

6.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die radial angeordneten äußeren Durchbrechungen (10) rechteckförmigen, vorzugsweise flachrechteckigen, Umriß aufweisen.

7.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der radial angeordneten äußeren Durchbrechungen (10) bei mindestens einem der Grundelemente (2a, 2b) des Gehäuseteils (2) mit der zentralen Durchbrechung (6) desselben Elements verbunden ist.

8.) Ventil nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Durchbrechung (6) einseitig bis in den Bereich einer der äußeren Durchbrechungen (10) - diese einschließend - sohlüssellochartig erweitert ist.

9.) Ventil nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der zentralen Durchbrechung (6) der Grundelemente (2a, 2b) des Gehäuseteils (2) etwas größer ist als der Außendurchmesser der Steuerelemente (j5a) des Ventilschieberteils (5).

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10.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem der Grundelemente (2b) des Gehäuseteils (2) als Anschluß für das Druckmedium eine von der zentralen Durchbrechung (6) nach außen führende öffnung (17) vorgesehen ist.

11.) Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (17) mit einem Anschlußstutzen (15) versehen ist.

12.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschluß des Gehäuseteils (2) Endelemente (2d) mit einer zentrischen Lagerbohrung (5) für die Ventilschieberstange (14) vorgesehen sind.

13·) Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelernente (2d) mit einem Dichtungsring (7) zur Abdichtung der Venti!kammer (β) versehen sind.

14.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grnndelemerite (2a, 2b, 2c, 2d) des Gehäuseteils (2) mit weiteren, miteinander fluchtenden Durchbrechungen (12) zum Hindurchführen von Zuggliedern (11) zur dichtenden Verbindung der Grundelemente (2a, 2b, 2c, 2d) mittels axialen Drucks versehen sind.

15·) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundelemente des Gehäuseteils wie auch des Ventilschieberteils aus Kunststoff, vorzugsweise aus glasklarem Styrol-Acryl-Nitril (SAN) bestehen.'

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16.) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenflächen der Grunde Ie rnente des Gehäuseteils (2), vorzugsweise an den Endelementen (2d), Mittel zur Verbindung derselben mit den Bausteinen des Konstruktionsbaukas-tens, z.B. hinterschnittene Verbindungszapfen und/oder
hinterschnittene Nuten vorgesehen sind.

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