DE19516980C1 - Ventil, insbesondere Kühlmittelventil für Werkzeugrevolver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, insbesondere ein Kühlmittelventil für Werkzeugrevolver, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Ein bekanntes Ventil dieser Art ist bei einem Werkzeugrevolver zwischen dem stehenden Teil des Werkzeugrevolvers und der Werkzeugscheibe vorgesehen. In den Arbeitsstellungen der Werkzeugscheibe überträgt das Ventil das zur Kühlung der Werkzeuge benötigte Kühlmittel, während es beim Drehen der Werkzeugscheibe die Kühlmittelzufuhr unterbricht. Hierzu weist das Ventil im stehenden Teil des Werkzeugrevolvers ein Ventilgehäuse auf, innerhalb dessen ein beweglicher Ventilkörper mit einem Durchlaß vorgesehen ist. Ein Aufsatz auf der Werkzeugscheibe oder die Werkzeugscheibe selbst ist als Ventilsitz mit je einem Ventilkanal für jede Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe ausgebildet, wobei in jeder Arbeitsstellung der Ventilkörper auf einen Ventilkanal ausge­ richtet ist. Die Mündungsfläche des Durchlasses des Ventilkörpers und die Mündungsfläche des Ventilkanales des Ventilsitzes sind als Dicht- bzw. Sitz­ fläche ausgebildet. Eine im Ventilgehäuse abgestützte Feder spannt den Ventil­ körper gegen den Ventilsitz, so daß die Dichtfläche und die Sitzfläche wenig­ stens teilweise in Anlage aneinander kommen. Bei einer Drehung der Werk­ zeugscheibe verschiebt sich der Ventilsitz in der Ebene der Sitzfläche, bis der Ventilkörper auf den nächsten Ventilkanal ausgerichtet ist. Es zeigt sich in der Praxis, daß bei diesem Verschiebevorgang leicht Verunreinigungen zwischen die Dichtfläche des Ventilkörpers und die Sitzfläche geraten, wodurch das Ventil nicht mehr vollständig dichtet. Ferner unterliegt der Ventilkörper durch diese Partikel einem großen Verschleiß.

Bekannt ist ferner ein Parallelschieber (DE 35 45 266 A1), dessen eine Schie­ berplatte enthaltendes Gehäuse in der Schieberebene geteilt ist. In jede Gehäu­ sehälfte ist ein Dichtungsring eingesetzt. Die einander zugekehrten, in zuein­ ander parallelen Ebenen liegenden Flächen der Dichtungsringe bilden je eine Gleitfläche für den Schieber, der in seiner Bewegungsrichtung neben einer Sperrfläche einen Durchlaß aufweist, wobei die Sperrfläche von größerer Abmessung ist als der die beiden Dichtungsringe durchdringende Ventilkanal. Bei einem solchen Parallelschieber können allenfalls Verunreinigungen, welche vom Fluid mitgeführt werden, dazu führen, daß Verschleiß und Undichtigkeiten auftreten, weil sich sowohl die Schieberplatte als auch die Dichtungsringe in dem geschlossenen Innenraum des Ventilgehäuses befinden. Ein derartiger, abgeschlossener Raum läßt sich bei einem Ventil der eingangs genannten Art nicht realisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Ventil zwi­ schen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen des An­ spruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß das Ventil einen Abstreifer aufweist, gelangen bei einer Bewe­ gung der zwei Teile weniger Verunreinigungen zwischen die Dichtfläche und die Sitzfläche. Da zugleich die Dichtfläche wenigstens in einem Teilbereich, welcher in Bewegungsrichtung der beiden Teile neben dem Durchlaß liegt, von größerer Abmessung als der Durchmesser des Ventilkanales ist, ergibt sich ein dichterer Verschluß des Ventilkanals während der Bewegung der beiden Teile. Zugleich tritt auch verringerter Verschleiß auf.

Das Ventil ist insbesondere als Kühlmittelventil für Werkzeugrevolver ausge­ bildet, kann aber auch für andere druckbeaufschlagte Medien in anderen Vorrichtungen eingesetzt werden.

Mit der Ausbildung des Durchlasses im Ventilkörper als Düse sind große Kühlmittelmengen mit im Vergleich zu bekannten Ventilen höheren Drücken in das Leitungssystem der Werkzeugscheibe übertragbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft für innengekühlte Werkzeuge, also solche, welche als Seele einen Kühlmittelkanal aufweisen und bis zu ihrer Spitze mit Kühlmittel versorgt werden müssen.

Vorzugsweise ist der Abstreifer im Ventilgehäuse vorgesehen und relativ zu diesem und zum Ventilkörper beweglich.

Ist der Ventilkörper in dem ihn umfassenden Abstreifer angeordnet, so hat dies den Vorteil, daß der Abstreifer unabhängig von der Drehrichtung der Werk­ zeugscheibe Verunreinigungen vom Ventilkörper abhalten kann.

Eine Federbelastung des Abstreifers und des Ventilkörpers hat den Vorteil, daß auch bei einem geringen statischen Druck im Ventil, also bei einem großen Kühlmitteldurchsatz, die Dicht- und die Sitzfläche gut aneinander anliegen.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem Ventilkörper und dem Abstreifer ein Hilfsraum vorgesehen, welcher mit dem Innenraum des Ventils strömungs­ gedrosselt verbunden ist und daher den Druckänderungen im Innenraum des Ventils nur verzögert folgt. Mit einem solchen Hilfsraum ist die Stärke der Andrückkraft von Abstreifer und Ventilkörper zeitlich unterschiedlich einstell­ bar.

Eine Fertigung des Abstreifers aus einem harten Werkstoff hat den Vorteil, daß die Lebensdauer des Abstreifers als vom Verschleiß am meisten betroffenes Bauteil größer ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel in axialer Richtung.

Das Ausführungsbeispiel betrifft ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Ventil für Kühlmittel zwischen dem stehenden Teil eines Werkzeugrevolvers und der relativ zu diesem Teil beweglichen Werkzeugscheibe.

Der stehende Teil des Werkzeugrevolvers weist ein vorzugsweise aus Alumini­ um gefertigtes, zylindrisches Ventilgehäuse 3 auf. Der stehende Teil des Werkzeugrevolvers kann auch direkt als Ventilgehäuse 3 ausgebildet sein. Die Längsrichtung des Ventilgehäuses 3 ist im folgenden als axiale Richtung be­ zeichnet. Diese axiale Richtung verläuft parallel zur Drehachse der Werkzeug­ scheibe. An einer der beiden senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Stirnseiten ist das Ventilgehäuse 3 offen. Mit dieser offenen Stirnseite ist das Ventilgehäuse 3 auf den Ventilsitz 5 ausgerichtet, welcher im Ausführungsbei­ spiel ein Teil der relativ zum stehenden Teil des Werkzeugrevolvers bewegli­ chen Werkzeugscheibe ist. Das Ventilgehäuse 3 weist im Mantel eine Eintritts­ öffnung 7 auf. Durch diese Eintrittsöffnung 7 gelangt das Kühlmittel in den Innenraum 9 des Ventilgehäuses 3. Der Innenraum 9 hat näherungsweise eine in axialer Richtung des Ventilgehäuses 3 orientierte, zylindrische Form. An dem vom Ventilsitz 5 abgewandten Ende des Innenraumes 9 weist das Ventilgehäu­ se 3 eine quer zur axialen Richtung verlaufende, mit einer Stufe versehene Stützfläche 3′ auf.

Im Ventilgehäuse 3 ist ein nahezu hohlzylindrischer Abstreifer 11 angeordnet, welcher relativ zum Ventilgehäuse 3 axial beweglich ist und weitgehend an der den Innenraum 9 begrenzenden Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 3 ge­ führt ist. Ein erster Dichtring 13 dichtet zwischen dem Abstreifer 11 und der Innenmantelfläche des Ventilgehäuses 3 ab. Durch eine erste Andrückfeder 15, die mit ihrem einen Ende an der Stufe der Stützfläche 3′ und ihrem anderen Ende am Abstreifer 11 anliegt, ist der Abstreifer 11 in axialer Richtung ge­ genüber dem Ventilsitz 5 vorgespannt. Der Abstreifer 11 ist aus einem harten Material gefertigt, beispielsweise aus Bronze.

Als weiteren Bestandteil weist das Ventil 1 einen innerhalb des Ventilgehäuses 3 in axialer Richtung beweglichen hohlen Ventilkörper 17 auf. Der vorzugs­ weise aus einem verschleißfesten Material gefertigte Ventilkörper 17 ist inner­ halb des Abstreifers 11 angeordnet und relativ zu letzterem in axialer Richtung beweglich. Die Form des Ventilkörpers 17 ist derart, daß der Ventilkörper 17 an der Innenmantelfläche des Abstreifers 11 geführt ist. Mittels eines zweiten Dichtringes 19 sind der Ventilkörper 17 und der Abstreifer 11 relativ zuein­ ander abgedichtet: Mittels einer zweiten Andrückfeder 21, welche an ihrem einen Ende an der Stützfläche 3′ und an ihrem andere Ende am Ventilkörper 17 anliegt, ist der Ventilkörper 17 gegenüber dem Ventilsitz 5 vorgespannt. An der dem Ventilsitz 5 zugewandten Stirnseite des Ventilkörpers 17 weist letzterer einen Durchlaß 23 auf, welcher die Form einer sich zur Stirnfläche des Ventilkörpers 17 hin verjüngenden Düse hat. Da sowohl der Abstreifer 11 als auch der Ventilkörper 17 an ihrer dem Ventilsitz 5 abgewandten Stirnfläche offen sind, steht der Durchlaß 23 in direkter Verbindung mit dem Innenraum 9. Die dem Ventilsitz 5 zugewandte Stirnfläche des Ventilkörpers 17 ist als Dichtfläche 25 ausgebildet. Die entsprechende Stirnfläche des Abstreifers 11 ist so ausgebildet, daß sie sich als weitere Dichtfläche 27 an die Dichtfläche 25 anschließen kann.

Die Fläche des Ventilsitzes 5, die dem Abstreifer 11 und dem Ventilkörper 17 zugewandt ist und die in den Arbeitsstellungen der Werkzeugscheibe den letztgenannten Teilen des Ventiles 1 gegenüberliegt, ist als Sitzfläche 29 ausge­ bildet. Für jede Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe ist eine Sitzfläche 29 vorgesehen. Solange in einer solchen Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe der Ventilsitz 5 relativ zum Ventilgehäuse 3 sich in Ruhe befindet, liegen die Dichtfläche 25 und die weitere Dichtfläche 27 an der Sitzfläche 29 dicht an. In jede Sitzfläche 29 mündet ein Ventilkanal 31, der in der Ebene der Sitzfläche 29 den gleichen Durchmesser wie der Durchlaß 23 des Ventilkörpers 17 aufweist und ebenfalls als Düse ausgebildet sein kann. In jeder Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe ist der Durchlaß 23 auf einen Ventilkanal 31 ausgerichtet.

Zwischen dem Abstreifer 11 und dem Ventilkörper 17 ist ein mit dem Ventil­ gehäuse 3 gleichachsiger, ringförmiger Hilfsraum 32 vorgesehen, welcher auf seiner Innenseite und auf seiner dem Ventilsitz 5 zugewandten Stirnseite vom Ventilkörper 17 begrenzt und auf seiner Außenseite und seiner vom Ventilsitz 5 abgewandten Stirnseite vom Abstreifer 11 begrenzt wird. Der Hilfsraum 32 steht über einen Verbindungsraum 33 mit dem Innenraum 9 in Verbindung. Die durch das Spiel zwischen dem Abstreifer 11 und dem Ventilkörper 17 in dem Abschnitt zwischen dem Hilfsraum 32 und dem Innenraum 9 bestimmte Querschnittsfläche des Verbindungsraumes 33 ist so gering, daß nur langsam Kühlmittel vom Innenraum 9 in den Hilfsraum 32 und umgekehrt fließen kann, die Strömung also gedrosselt ist.

In jeder Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe ist das Ventil 1 geöffnet. Die Dichtfläche 25 des Ventilkörpers 17 und die weitere Dichtfläche 27 des Ab­ streifers 11 liegen dabei dicht an der Sitzfläche 29 des Ventilsitzes 5 an. Aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlmittelleitung fließt das Kühl­ mittel von einer ebenfalls nicht dargestellten Pumpe aus dem stehenden Teil des Werkzeugrevolvers über die Eintrittsöffnung 7 in den Innenraum 9 des Ventilgehäuses 3. Dabei steht an der Eintrittsöffnung 7 der Druck p₀ an. Aus dem Innenraum 9 gelangt das Kühlmittel durch den stirnseitig offenen Abstrei­ fer 11 und den hohlen Ventilkörper 17 zum Durchlaß 23 des Ventilkörpers 17.

Aus dem Durchlaß 23 tritt das Kühlmittel über in den Ventilkanal 31 des Ventilsitzes 5. Durch den Ventilkanal 31 gelangt das Kühlmittel auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Weg zu dem Werkzeug. An dem dem Innen­ raum 9 zugewandten Ende greifen am Abstreifer 11 und am Ventilkörper 17 die erste Andrückfeder 15 bzw. die zweite Andrückfeder 21 an. Zusätzlich wirkt auf den Abstreifer 11 und den Ventilkörper 17 der Staudruck des fließen­ den Kühlmittels und der statische Druck p₁, welcher um den Staudruck gerin­ ger ist als der Druck p₀ an der Eintrittsöffnung 7. Im Hilfsraum 32 wirkt eben­ falls der statische Druck p₁, sobald über den Verbindungsraum 33 ein Aus­ gleich mit dem Innenraum 9 erfolgt ist.

Für den Übergang von einer Arbeitsstellung der Werkzeugscheibe zu einer anderen Arbeitsstellung wird der Ventilsitz 5 quer zur Achse des Ventiles 1 relativ zum Ventilgehäuse 3 bewegt. Dabei gelangt der Ventilkanal 31 zu dem Teil der Dichtfläche 25, der neben dem Durchlaß 23 liegt. Da dieser Teilbe­ reich der Dichtfläche 25 von größerer Abmessung ist als der Durchmesser des Ventilkanales 31, verschließt die Dichtfläche 25 den Ventilkanal 31 und verhin­ dert somit ein bei bekannten Ventilen auftretendes Überschlagen des Kühlmit­ tels in die Umgebung des Werkzeugrevolvers. Zugleich verschließt die neben dem Ventilkanal 31 gelegene Sitzfläche 29 den Durchlaß 23 des Ventilkörpers 17. Dadurch wird der Kühlmittelfluß unterbrochen. An den zum Innenraum 9 hingewandten Stirnflächen des Ventilkörpers 17 und des Abstreifers 11 steigt der statische Druck von p₁ auf p₀ an. Im Hilfsraum 32 hingegen steht zunächst noch aufgrund der drosselnden Verbindung über den Verbindungsraum 33 weiterhin der statische Druck p₁ an. Gegenüber dem Zustand bei geöffnetem Ventil 1 wird der Abstreifer 11 mit einer Kraft, die um das Produkt aus p₀-p₁ und der Größe der zum Innenraum 9 hingewandten Stirnfläche des Abstreifers 11 größer ist, gegen die Sitzfläche 29 gedrückt. Die durch die Bewegung der Werkzeugscheibe in den Wirkungsbereich des Abstreifers 11 gelangenden Verunreinigungen werden daher verstärkt vom Abstreifer 11 zurückgehalten. Die auf den Ventilkörper 17 wirkende Kraft vergrößert sich entsprechend um das Produkt aus p₀-p₁ und der Größe der zum Innenraum 9 hingewandten Stirnfläche des Ventilkörpers 17. Da diese Stirnfläche jedoch im Vergleich zur Stirnfläche des Abstreifers 11 geringer ist und auf den Ventilkörper 17 entlang der Begrenzungsfläche des Hilfsraumes 32 nur der Druck p₁ wirkt, ist die Vergrößerung der Kraft, die auf den Ventilkörper 17 wirkt, geringer als die Vergrößerung der Kraft, die auf den Abstreifer 11 wirkt. Durch die auf den Ventilkörper 17 wirkende geringere Kraft wird letzterer geringer belastet als der Abstreifer 11. Durch den sehr geringen Kühlmittelfluß über den Verbin­ dungsraum 33 steigt allmählich der statische Druck im Hilfsraum 32 auf den Wert p₀ an. Dies führt zu einer Verringerung der Kraft, welche auf den Abstrei­ fer 11 wirkt, und eine Erhöhung der Kraft, welche auf den Ventilkörper 17 wirkt.

Sobald der nächste Ventilkanal 31 in den Bereich des Durchlasses 23 gelangt, fließt wieder Kühlmittel durch das Ventil 1. Da nun im Hilfsraum 32 ein größe­ rer statischer Druck herrscht als im Innenraum 9, drückt die Dichtfläche 25 verstärkt gegen die Sitzfläche 29, was aber nicht zu einem größeren Verschleiß führt, da die Sitzfläche 29 vorher durch den Abstreifer 11 von Ver­ unreinigungen befreit wurde. Über den Verbindungsraum 33 erfolgt dann wieder der Ausgleich des statischen Druckes im Hilfsraum 32.

In einer anderen Ausführungsform ist das Ventil ohne Hilfsraum oder ohne beweglichen Abstreifer ausgebildet. Ferner ist die Erfindung nicht auf eine ebene Dichtfläche und eine ebene Sitzfläche beschränkt. Es sind beispielsweise auch zylindrisch gekrümmte Dicht- und Sitzflächen denkbar. Das erfin­ dungsgemäße Ventil ist auch nicht auf Kühlmittelventile für Werkzeugrevolver beschränkt. Es kann eingesetzt werden, sobald zwischen zwei relativ zuein­ ander beweglichen Teilen ein druckbeaufschlagtes Medium übertragen werden muß und diese Übertragung von Zeit zu Zeit zu unterbrechen ist. Denkbare Anwendungen hierfür sind Mehrwegventile, Mischbatterien, Abfüllautomaten oder Rasensprenger.

Claims (8)

1. Ventil zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, insbesonde­ re Kühlmittelventil für Werkzeugrevolver, bei dem der eine Teil

• a) ein Ventilgehäuse,
• b) einen innerhalb des Ventilgehäuses beweglichen Ventilkörper mit einer Dichtfläche und mit einem in der Dichtfläche mündenden Durchlaß und der andere Teil
• c) einen Ventilsitz mit einer Sitzfläche und einem in die Sitzfläche mündenden Ventilkanal aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) die Dichtfläche (25) wenigstens in einem Teilbereich, welcher in Bewegungsrichtung der beiden Teile neben dem Durchlaß (23) liegt, von größerer Abmessung als der Durchmesser des Ventilkanals (31) ist, und
• e) das Ventil (1) einen Abstreifer (11) aufweist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (23) des Ventilkörpers (17) als Düse ausgebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ streifer (11) im Ventilgehäuse (3) und relativ zu diesem und zum Ventil­ körper (17) beweglich vorgesehen ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (17) in dem ihn umfassenden Abstreifer (11) angeordnet ist.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstrei­ fer (11) und der Ventilkörper (17) durch Federn (15, 21) gegenüber dem Ventilsitz (5) vorgespannt sind.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abstreifer (11) und dem Ventilkörper (17) ein Hilfsraum (32) vorgesehen ist, welcher in strömungsdrosselnder Verbindung mit dem Innenraum (9) des Ventilgehäuses (3) steht.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstreifer (11) aus einem harten Material und der Ventilkörper (17) aus einem verschleißfesten Material gefertigt ist.