DE2553250C3 - Membranbetätigtes 5/2-Mehrwegeventil - Google Patents

Description

der Membran aus ihrer Ruhestellung nach unten stetig erfolgt, oder aber so, daß der Ringansatz 32 bei dieser Bewegung einen Schnappeffekt bewirkt, der die Bewegung der Membran etwa nach dem halben Wege in diese Richtung unterstützt Die Memb/an weist einen mit ihr einstückigen Nabenabschnitt 28 auf, der mit einer radialen Lippendichtung 33 versehen ist, die sich an den betreffenden Wandungsbereich der mehrstufigen Bohrung 23 dichtend anlegt Der Nabenabschnitt 28 besitzt stirnseitig eine ringförmige Dichtfläche 34, die sich im in der Zeichnung nicht dargestellten eingeschalteten Zustand des Mehrwegeventils 11 an einem ersten Ventilsitz 36 anlegt, welcher am Übergang von der Gewindebohrung 16 für die Entlüftung zu einem mit der Gewindebohrung 18 für den Verbraucher A in Verbindung stehenden Ringraum 37 angeordnet ist. Im Bereich des Ringraumes 37 ist das Verstellglied 22 mit einer Querbohrung 35 versehen. Am Übergang von diesem Ringraum 37 zu einem mit der Gewindebohrung 14 verbundenen zweiten Ringraum 38 ist ein zweiter Ventilsitz 39 vorgesehen, an den die eine ring- oder tellerförmige Dichtlippe 41 eines Dcppelsitz-Verschlußstücks 42 im dargestellten Ruhezustand des Ventils 11 dichtend anliegt.

Das Doppelsitz-Verschlußstück 42, das als Dichtring ausgebildet ist, weist an seinem anderen axialen Ende eine weitere ring- oder tellerförmige Dichtlippe 43 auf, die bezüglich der Quermittelebene spiegelbildlich zur Dichtlippe 41 angeordnet ist Die beiden Dichtlippen 41 und 43 sind durch eine im unverformten Zustand etwa keilförmige Außenumfangsnut 44 im Doppelsitz Verschlußstück 42 getrennt und nehmen entsprechend der keilförmigen Nut 44 zu ihrem Außenrand hin stetig ab. Ihre parallelen Außenflächen an den Dichtlippen 41, 42 verlaufen in unverformtem Zustand senkrecht zur Längsmittelachse und besitzen nahe der Innenbohrung je eine kleine Ringnut Das Doppelsitz-Verschlußstück 42 ist zwischen zwei am Verstellglied 22 befestigten Scheiben 46 eingeklemmt und damit am Verstellglied 22 sowohl axial als auch radial unbewegbar gehalten. Das Doppelsitz-Verschlußstück 42 besteht entweder aus einem Kunststoff mit gummiähnlichen Eigenschaften oder aus einem Gummi. Das Material und die Dicke der Dichtlippen 41, 43 sind so gewählt, daß sich die Dichtlippen 41, 43 bei Anlegen an den betreffenden Ventilsitz 39, 47 elastisch verformen, wie dies anhand der Dichtlippe 41 und des Ventilsitzes 39 dargestellt ist. Der Grund der Umfangsnut 44 besitzt dabei einen wesentlich kleineren Durchmesser als der ihm zugeordnete zweite bzw. dritte Ventilsitz 39, 47. Dadurch ist es möglich, daß sich die Dichtlippen 41, 43 in die öffnung innerhalb des ringförmigen Ventilsitzes 39 bzw. 47 zumindest teilweise einziehen lassen, wodurch sie sich unter Vorspannung an dem betreffenden Ventilsitz anlegen. Dieses Anlegen wird dadurch noch verstärkt, daß sie vom Ringraum 38 her von der Druckluft beaufschlagt sind. Unabhängig von Herstellungstoleranzen und Toleranzen, die bei der Betätigung auftreten, hat das Doppelsitz-Verschlußstück mit jeder seiner Dichtlippen eine stets sichere Anlage am betreffenden Ventilsitz.

Der dritte ringförmige Ventilsitz 47 ragt an einem gehäusefesten Vorsprung in den zweiten Ringraum 38 und begrenzt zwischen sich einen dritten Ringraum 48, der mit der Gewindebohrung 19 für den Verbraucher B in Verbindung steht. In Höhe des dritten Ringraumes 48 besitzt das Verstellglied 22 eine Verdickung 49, die über ihren Umfang verteilt mit mehreren axial durchgehenden Schlitzen 51 versehen ist Im dargestellten Ruhezustand des Ventils 11 strömt also Druckluft von der Gewindebohrung 14 am Druckluftanschluß P durch den zweiten Ringraum 38, die Schlitze 51 und den dritten Ringraum 48 zur GewiwJebohrung 19, während der zweite Ringraum 38 wegen der dichtenden Anlage der ersten Dichtlippe 41 am zweiten Ventilsitz 39 keine Verbindung zur anderen Gewindebohrung 18 für den Verbraucher A besitzt Am unteren Ende des dritten Ringraumes 48 ist dem dritten Ventilsitz 47 abgewandt ein vierter ringförmiger Ventilsitz 52 vorgesehen, an dem ein Dichtring 53 in Ruhestellung des Ventils 11 ebenso wie die Dichtlippe 41 am zweiten Ventilsitz 39 unter der Wirkung der Druckfeder 27 luftdicht anliegt Der Dichtring 53 ist in einer Nut eines Ringbundes 54 eingelassen, mit dem sich das Verstellglied 22 an der Druckfeder 27 abstützt. Zwischen dem Ringbund 54 und der Wandung der Steuerbohrung 23 besteht ein vierter Ringraum 56, in den die Gewindebohrung 17 für die Entlüftung mündet

Wird nun ausgehend von der dargestellten Ruhelage das Verstellglied 22 in Richtung des Pfeiles D nach unten bewegt, so legt sich die stirnseitige Dichtfläche 34 des Nabenabschnitts 28 an den ersten Ventilsitz 36 und die zweite Dichtlippe 43 des Doppelsitz-VerschluL' Stücks 42 an den dritten Ventilsitz 47 luftdicht an. Die zweite Dichtlippe 43 kann dabei, wie die von ihrem Ventilsitz 39 freikommende Dichtlippe 41, in die öffnung des ringförmigen Ventilsit/es 47 hineingezogen werden. Nach dieser Bewegung hat auch der Dichtring 53 den vierten Ventilsitz 52 freigegeben, so daß, wie strichpunktiert durch Pfeile angedeutet, eine Druckluftverbindung von der Gewindebohrung 14 des Druckluftanschlusses P durch die Ringräume 38 und 37 bzw. die Querbohrung 35 zur Gewindebohrung 18 für den Verbraucher A und ein Entlüftungsweg von der Gewindebohrung 19 für den Verbraucher B durch die Ringräume 48 und 56 zur Gewindebohrung 17 für die Entlüftung besieht. Die dichtende Anlage der Dichtelemente an den betreffenden Ventilsitzen erfolgt in diesem Zustand unter der Wirkung eines von einer Betätigungseinrichtung geschalteten Druckes so lange, wie dieser anhält Bei Wegnahme dieses Druckes wird das Verstellglied 22 durch die Druckfeder 27 wieder in seine Ausgangslage zurückbewegt. Der Druck für die Verstellung des Verstellgliedes 22 wird am Druckluftanschluß P entnommen. Dazu ist die Gewindebohrung 14 über eine absperrbare Impulsleitung 59 mit einem im Gehäuse 12 angeordneten Sleuerraum 67 über der Membran verbunden. Die Impulsleitung 59 geht von einer kleinen Bohrung 61 an einer Stelle des Umfanges der Gewindebohrung 14 aus und mündet über nicht dargestellte, im Gehäuse 12 angeordnete Kanäle oder Bohrungen in einer weiteren Bohrung 62 und einem — mit Bezug auf die Zeichnung — nach oben gerichteten und in der Längsmittelachse angeordneten düsenförmigen Mundstück 63 in eine mit diesem koaxiale Sacklochbohrung 64, die von der Oberseite 29 des Gehäuses 12 her eingearbeitet ist und dem elektromagnetischen Antrieb 31 gegenüberliegt. Exzentrisch zum Mundstück 63 mündet am Grund der Sacklochbohrung 64 ein zum ringförmigen Steuerraum 67 führender weiterer Kanal 66 der Impulsleitung 59. In der Sacklochbohrung 64 ist ein kolbenartiges Verschlußorgan 68 axial verschiebbar und über einen O-Ring 70 dichtend gelagert, das mit dem elektromagnetischen Antrieb 31 in Wirkverbindung ist. Im Ruhezustand liegt das Verschlußorgan 68, beispielsweise unter der

Wirkung einer im elektromagnetischen Antrieb 31 angeordneten Druckfeder, mittig dicht an der öffnung des Mundstücks 63 an, so daß von der Gewindebohrung 14 durch die Impulsleitung 59 zum Steuerraum 67 kein Druckluftsteuerimpuls gelangen kann. Wird dann zur Umsteuerung des Verstellglieds der elektromagnetische Antrieb 31 betäugt, so zieht sein Anker das Verschlußorgan 68 in Richtung des Pfeiles C nach oben, so daß es sich vom Mundstück 63 abhebt. Dadurch gelangt Druckluft von der Gewindebohrung 14 durch die nicht dargestellten Kanäle, das Mundstück 63, den Raum 69 zwischen dem Grund der Sacklochbohrung 64 und dem Verschlußorgan 68 und durch den Kanal 66 der Impulsleitung 59 in den Steuerraum 67, so daß sich die Membran und damit das Verstellglied 22 unter Wirkung der Druckluft in P.ichtun⁰' des Pfeiles D nach unten bewegen. Wird der elektromagnetische Antrieb 31 entregt, so wird das Verschlußorgan 68 wieder dichtend gegen das Mundstück 63 gepreßt, so daß an der Membran kein Druck mehr ansteht und das Verstellglied 22 sich unter Wirkung der Druckfeder 27 wieder nach oben in seine Ausgangsstellung bewegen kann.

Am Grund der Sacklochbohrung 64 ist an der dem Kanal 66 abgewandten Seite eine Vertiefung 71 vorgesehen, in die eine radiale Bohrung 72 mündet. In die radiale Bohrung 72, die bis zur Außenseite reicht, ist ein Bolzen 73 unverschiebbar, jedoch drehbar und durch einen O-Ring dichtend gelagert. Der Bolzen 73 weist ein in die Vertiefung 71 ragendes, als Exzenter ausgebildetes abgeflachtes Ende 74 auf. Das Ende 74 ist so weit, vorzugsweise bis zur Längsmittelebene, abgeflacht, daß es gerade in die Vertiefung 71, die einen kreisförmigen Boden besitzt, paßt. Im Ruhezustand liegt die ebene, abgeflachte Fläche des Endes 74 dem Verschlußorgan 68 gegenüber. Ist beispielsweise der elektromagnetische Antrieb 31 defekt, so kann das Verschlußorgan 68 von Hand dadurch angehoben werden, daß der Bolzen 73 von außen mittels eines in seinen Betätigungsschlitz steckbaren Schraubenziehers gedreht wird, wodurch

ίο das abgeflachte Ende 74 mit seinem kreisförmigen Umfang am Verschlußorgan 68 zur Anlage kommt und dieses anheben kann. Sobald das Verschlußorgan 68 etwas angehoben ist, kann Druckluft durch die Impulsleitung 59 strömen und das Mehrwegeventil 11 in vorstehend beschriebener Weise betätigen.

Es versteht sich, daß als Arbeitsmedium und/oder Steuermedium statt Druckluft auch ein anderes unter Druck stehendes gasförmiges Medium oder auch ein flüssiges Medium Verwendung finden kann. Ferner ist es möglich, das Absperren der Impulsleitung 59 beispielsweise durch eine durch einen Luftimpuls betätigbare Klappe od. dgl. zu bewirken.

Stirnseitig am mit der Membran einstückigen Nabenabschnitt 28 ist schließlich noch ein als Stützscheibe dienender Stabilisierungsring 60 vorgesehen, der z.B. aus Metall bestehen und federnd-elastisch ausgebildet sein kann. Dieser Ring befindet sich an der der Impulsleitung zugewandten Seite und kann zweckmäßigerweise mit der Membran durch Vulkanisierung verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Membranbetätigtes 5/2-Wegeventil für eine fluidische, vorzugsweise druckluftbetätigte SteUeinheit, dessen Gehäuse eine ein Verstellglied aufnehmende Bohrung aufweist, in der eine Mehrzahl von Ventilsitzen ausgebildet ist, die mit am axial in der Bohrung verschiebbaren Verstellglied vorgesehenen Verschlußstücken zusammenwirken, von denen ι ο mindestens eines ein Doppelsitz-Verschlußstück ist, wobei das Verstellglied in einer im Gehäuse eingespannten Membran aus Gummi oder Kunststoff mit gummiähnlichen Eigenschaften aufgehängt ist, die zusammen mit einem Endabschnitt der Bohrung einen über eine Steuerimpulsleitung, zweckmäßigerweise mittels eines Elektromagnetventils, betätigbaren Antrieb für das Verstellglied bildet und die einen mit ihr einstückigen Nabenabschnitt hat, der mit einer Stirnfläche ein Verschlußstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenabschnitt (28) an seinem Mantelumfang eine den zur Atmosphäre entlüfteten Ringraum an der ihm zugewandten Membranseite gegen den Rückströmdruck aus der SteUeinheit abschirmende und Führungsfunktion für das Verstellgüed (22) ausübende, mit dem Nabenabschnitt einstückige Lippendichtung (33) aufweist.

   30

   Die Erfindung bezieht sich auf ein membranbetätigtes 5/2-Mehrwegeventil für eine fluidische, vorzugsweise druckluftbetätigte SteUeinheit, dessen Gehäuse eine ein Verstellglied aufnehmende Bohrung aufweist, in der eine Mehrzahl von Ventilsitzen ausgebildet ist, die mit am axial in der Bohrung verschiebbaren Verstellglied vorgesehenen Verschlußstücken zusammenwirken, von denen mindestens eines ein Doppelsitz-Verschlußstück ist, wobei das Verstellgüed in einer im Gehäuse eingespannten Membran aus Gummi oder Kunststoff mit gummiähnlichen Eigenschaften aufgehängt ist, die zusammen mit einem Endabschnitt der Bohrung einen über eine Steuerimpulsleitung, zweckmäßigerweise mittels eines Elektromagnetventils, betätigbaren Antrieb für das Verstellglied bildet und die einen mit ihr einstückigen Nabenabschnitt hat, der mit einer Stirnfläche ein Verschlußstück bildet.

   Ein Mehrwegeventil mit den oben aufgezählten Merkmalen ist z.B. aus Fig.4 der FR-PS 2103 982 bekannt geworden, bei dem der an die Membran angeformte Nabenabschnitt in dem ihm zugeordneten Teil der Gehäusebohrung unter Freilassung eines Zwischenraumes zur Bohrungswandung verstellbar ist und bei dem, weil der an die Membran angeformte Nabenabschnitt nicht zur Führung herangezogen und in die Bohrung eingepaßt werden kann, das Verstellglied der Führung wegen in zwei Membranen aufgehängt ist. Anderenfalls würde sich wegen evtl. Verschmutzungen, materialbedingten Quellens des Verwendung findenden Kunststoffs sowie wegen der Temperatureinflüsse, die in vielen Anwendungsfällen nicht zu vermeiden sind, eine hohe Reibung zwischen dem Nabenabschnitt und der ihn führenden Bohrungswandung ergeben, so daß sich auch eine Verringerung der Schaltfrequenz ergeben würde. Der Nabenabschnitt könnte in der Führungsbohrung sogar festklemmen, was die Funktiorisfähigkeit des Mehrwegeventils bedeutet Bei der erwähnten bekannten Ausführung wird der hauptsächliche Nachteil darin gesehen, daß der Rückströmdruck aus der SteUeinheit auf die Membranunterseite einwirken und damit das Ansprechverhalten und die Schaltfrequenz des Mehrwegeventils ungünstig beeinflussen kann.

   Es liegt die Aufgabe vor, das Mehrwegeventil der eingangs genannten Art hinsichtlich des Schaltverhaltens und der Führungsverhältnisse für das Verstellglied zu verbessern und damit einhergehend die Schalthäufigkeit, also die Schaltfrequenz zu vergrößern.

   Zu dem vorstehenden Zweck wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Nabenabschnitt an seinem Mantelumfang eine den zur Atmosphäre entlüfteten Ringraum an der ihm zugewandten Membranseite gegen den Rückströmdruck aus der SteUeinheit abschirmende und Führungsfunktion für das Verstellglied ausübende, mit dem Nabenabschnitt einsiückige Lippendichtung aufweist

   Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß das Verstellgüed bei minimaler Reibung einwandfrei geführt ist und auch die Membranunterseite gegen den Rückströmdruck aus der SteUeinheit abgeschirmt wird. Diese Vorteile könnten mit einem O-Ring am Mantelumfang des Nabenabschnitts wegen der hohen Reibung nicht und auch deswegen nicht erzielt werden, weil eine Quellung des Nabenabschnitts dessen Festklemmen und damit die Funktionsunfähigkeit des Mehrwegeventils zur Folge hätten. Insgesamt gesehen zeichnet sich das erfindungsgemäße Wegeventil durch eine hohe Schalthäufigkeit und Leichtgängigkeit bei relativ einfachem Aufbau aus.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen axialen Längsschnitt durch ein membranbetätigtes 5/2-Mehrwegeventil.

   Das dargestellte membranbetätigte Mehrwegeventil 11, das einen etwa rechteckförmigen Querschnitt besitzt, weist ein mehrteiliges Gehäuse 12 auf, an dessen einer Schmalseite 13 Gewindebohrungen 14, 16 und 17 für den Druckluftanschluß P bzw. die Entlüftungen R und 5 und an dessen gegenüberliegender Schmalseite 21 Gewinuebohrungen 18 und 19 zum Anschluß zweier die SteUeinheit bildender Verbraucher A bzw. B. Je nach Stellung eines Verstellgliedes 22, das in einer mehrstufi gen axialen, mittigen Bohrung 23 im Gehäuse 12 axial verschiebbar ist, ist entweder, wie in F i g. 1 dargestellt, der Druckluftanschluß P mit dem Verbraucher B und der Verbraucher A mit der Entlüftung R verbunden und die Entlüftung S verschlossen, oder der Druckluftanschluß P ist mit dem Verbraucher A und der Verbraucher B mit der Entlüftung S verbunden und die Entlüftung R verschlossen. Das Verstellgüed 22, das sich mit seinem einen Ende an einer in einem die Steuerbohrung 23 verschließenden Stopfen 26 gelagerten Druckfeder 27 abstützt, ist durch eine mit seinem anderen Ende unverschiebbar verbundene Membran gegen die Wirkung der Druckfeder 27 axial verschiebbar. Das Verstellgüed 22 wird mittels der Membran durch einen auf der Oberseite 29 des Gehäuses 12 befestigten elektromagnetischen Antrieb 31, von dem lediglich das Gehäuse, eine Durchführung und Befestigungsmittel dargestellt sind, betätigt.

   Die Membran besitzt an einem oberen Bereich einen Ringansatz 32, dessen verdicktes umfangsseitiges Ende formschlüssig zwischen zwei Gehäuseteilen gehalten ist. Der Ringansatz 32 kann entweder derart elastisch verformbar sein, daß diese Verformung beim Bewegen