DE2428888C2

DE2428888C2 - Elektromagnetisch vorgesteuertes Mehrwegeventil für druckmittelbetätigte Verbraucher

Info

Publication number: DE2428888C2
Application number: DE19742428888
Authority: DE
Inventors: Erich 7055 Stetten Ruchser
Original assignee: HERION-WERKE KG 7012 FELLBACH DE
Current assignee: HERION-WERKE KG 7012 FELLBACH DE
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE2428888A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch vorgesteuertes Mehrwegeventil für druckmittelbetätigte Verbraucher, mit einem Gehäuse, das eine Einlaßöffnung, zwei Arbeitsöffnungen und zwei Auslaßöffnungen aufweist, einer in dem Gehäuse verschiebbar angeordneten Spindel, auf der ein mittlerer und zwei äußere mit Dichtungen versehene Ventilteller sitzen, wobei der mittlere Teller in einer mit der Einlaßöffnung verbundenen Kammer angeordnet und wechselweise mit Sitzen zwischen der Einlaßöffnung und den Arbeitsöffnungen und die beiden äußeren Teller wechselweise mit je einem Ventilsitz zwischen je einer der Arbeitsöffnungen und je einer der Auslaßöffnungen in Eingriff bringbar sind, sowie mit zwei Arbeitskolben zur Betätigung der Ventilspindel und der Teller.

Bei Ventilen der vorgenannten Art werden gleichzeitig und gleichsinnig zwei Ventilsitze durch zwei Ventilteller geschlossen, wobei die Sitze in Bewegungsrichtung der Ventilteller hintereinander angeordnet sind. Infolge der Fertigungstoleranzen treten bei Ventilen dieser Bauart Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung auf.

Es sind bereits Vorschläge zur Behebung dieser Schwierigkeiten gemacht worden und es ist ein Ventil bekanntgeworden, bei dem ein Ventilelement auf einer Ventilspindel beweglich angeordnet ist, so daß es relativ zu der Ventilspindel axial beweglich ist und in Schließstellung gebracht werden kann (US-PS 36 08 587).

Der Aufbau dieses bekannten Ventiles ist relativ aufwendig. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art hinsichtlich seines Aufbaues, der Zahl und der Austauschbarkeit seiner Teile zu vereinfachen und dabei eine einwandfreie Abdichtung an den Ventilsitzen zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der mittlere Teller einstückig mit der Ventilspindel ausgebildet ist und daß diese mit axialem Spiel in axialen Bohrungen der beiden äußeren Teller gelagert ist

Zwischen den Enden der Ventilspindel und den Bohle rangen der äußeren Teller kann vorteilhafterweise jeweils eine Druckfeder angeordnet sein, die über einen Zapfen am jeweiligen Ende der Spindel geschoben ist, dessen Länge geringer ist als die Länge der unbelasteten Druckfeder.

Zweckmäßigerweise sind die äußeren Teller über einen Schaft fest mit einem Arbeitskolben verbunden, wobei der Schaft abgedichtet im Gehäuse geführt ist Die Arbeitskolben selbst können z. B. als Membrankolben ausgebildet sein.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. I und 2 ein erfindungsgemäßes Ventil in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen zeigt F i g. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. 5 zeigt einen in Form einer Membrane ausgebildeten Arbeitskolben.

Das Ventil 10 nach den F i g. 1 und 2 besteht aus einem Gehäuse 12, mit einer Einlaßöffnung 16, zwei Arbeitsöffnungen 18, 20 und zwei Rücklauföffnungen 22, 24. In dem Gehäuse ist axial beweglich eine Ventilspindel 14 angeordnet, auf der ein Ventilteller 26 sitzt. Der letztere ist entweder fest mit der Spindel 14 verbunden oder einteilig mit dieser ausgebildet.

Der Teller 26, der auf beiden Seiten mit nicht näher bezeichneten Dichtungen versehen ist, ist in einer mit der Einlaßöffnung 16 in Verbindung stehenden Kammer 28 angeordnet. Er wirkt mit Ventilsitzen 30 und 32 zusammen, von denen je einer auf jeder Seite des Tellers 26 liegt.

Die Enden der Spindel 14 sind in axialen Bohrungen von zwei äußeren Ventiltellern 34 und 36 gelagert, die mit Dichtungen versehen sind, welche entsprechend mit Ventilsitzen 38 und 40 zusammenwirken.

Der Teller 34 ist über einen Schaft 42 mit einem Arbeitskolben 46 und der Teller 36 ist über einen Schaft 44 mit einem Arbeitskolben 48 verbunden. Die Schäfte 42 und 44 sind im Gehäuse 12 mittels Dichtungen 50 und 52 abgedichtet geführt.

Das Ventil 10 wird durch ein elektromagnetisches Vorsieucrventil. das einen Anker 54 und eine Wicklung 56 umfaßt, gesteuert. Das Vorsteuerventil hat einen Auslaß 60 und einen Ventilsitz 58, der über einen Kanal 62 und die Kammer 28 mit dem Einlaß 16 in Verbindung sieht. Über einen Kanal 64. der vom Kanal 62 abzweigt. steht ferner eine Kammer 66 vor dem Arbeitskolben 48 ständig in Verbindung mit dem Einlaß. Eine Kammer 68 hinter dem Arbeitskolben 48 und eine Kammer 70 vor b^r> dem Arbeitskolben 46 stehen über Kanäle 72 in Verbindung mit dem Vorsteuervcntil. Die Kammer 74 hinter dem Arbcitskolben 46 ist entlüftet.

Das Ventil nach den Fig. I und 2 arbeitet folgender-

maßen:

Da die Kammer 66 ständig an den Einlaß 16 angeschlossen ist, ist der Arbeitskolben 48 ständig druckbeaufschlagt. In der Stellung nach Fig, 1 sind die Kammern 68 und 70 über den Kanal 72 und den Auslaß 60 des Vorsteuerventiles entlüftet, so daß der Arbeifskolben 48 den Teller 36 gegen dessen Ventilsitz 40 drückt. Der mittlere Teller 26 wird von dem Arbeitskolben 48 nach rechts in F:g. 1 bewegt bis unmittelbar vor den Ventilsitz 30. Eine weitere Bewegung des Arbeitskolbens 48 ist nicht möglich, da sein Teller 36 bereits auf seinem Ventilsitz 40 aufsitzt. Die restliche Hubbewegung des mittleren Tellers 26 wird nun durch die Strömungskräfte bewirkt, d. h. auf der dem Sitz 32 zügewandten Seite des Tellers 26 entsteht ein Überdruck und auf der dem Sitz 30 zugewandten Seite ein Unterdruck. Durch den hierdurch entstehenden Differenzdruck wird der Teller 26 vollends auf seinen Sitz 30 gedrückL Der Teller 26 und die Spindel 14 bewegen sich hierbei relativ zu dem Teller 36, so daß zwischen dem Ende der Spindel i4 und dem Teller 36 ein axialer Spalt 76 entsteht

Wird das Ventil umgeschaltet, wie in Fig.2 gezeigt ist, so werden die Kammern 70 und 68 mit dem vollen Arbeitsdruck beaufschlagt, wodurch der Arbeitskolben 46, dessen Fläche größer ist als die des Tellers 26, den letzteren von seinem Sitz 30 abhebt. Wenn der Spalt 76 durchlaufen ist, so wird auch der Teller 36 von seinem Sitz 40 abgehoben, da auf die rückwärtige Ringfläche des Arbeitskolbens 48 nunmehr auch der volle Arbeitsdruck (in der Kammer 68) wirkt, wodurch ein Teil der auf die Vorderseite des Arbeitskolbens 48 (in der Kammer 66) wirkenden Kraft kompensiert wird.

Der Arbeitskolben 46 bewegt sich nach links, bis sein Teller 34 auf seinem Ventilsitz 38 aufsitzt, wobei wiederum der mittlere Teller 26 bis in unmittelbarer Nähe seines Ventilsitzes 32 gebracht wird. Der restliche Hub des Tellers 26 wird wie oben beschrieben durch die Strömungskräfte, aber dieses Mal in umgekehrter Riehtung, bewirkt, wobei zwischen dem in der Zeichnung rechten Ende der Spindel 14 und dem Teller 34 ein axialer Spalt 78 entsteht.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Fläche jedes der Arbeitskolben 46 bzw. 48 größer als die des mittleren Tellers 26. Die Fläche der äußeren Teller 34 und 36 ist gleich oder kleiner als die des Tellers 26.

F i g. S zeigt ein Ventil in Impulsausführung. Es ist mit zwei Vorsteuerventilen 82,84 versehen, deren Ventilsitze 83 geöffnet und über einen Kanal 86 mit der Kammer 28 und damit mit dem Einlaß 16 in Verbindung stehen, Die beiden Auslässe 60 der Vorsteuerventile sind geschlossen. Ü ber Kanäle 88 steht die Kammer 66 vor dem Arbeitskolben 48 und die Kammer 74 hinter dem Arbeitskolben 46 mit dem Vorsteuerventil 84 und über dessen Ventilsitz 83 mit dem Einlaß in Verbindung, während die Kammer 68 hinter dem Arbeitskolben 48 und die Kammer 70 vor dem Arbeitskolben 46 über Kanäle 90 mit dem Vorsteuerventil 82 und über dessen Ventilsitz 83 ebenfalls mit dem Einlaß in Verbindung steht.

In der Stellung nach F ig. 3 wirkt der Arbeitsdruck beidseitig auf jeden der beiden Arbeitskolben, ferner einseitig auf den Teller 34 und den Teller 26. Die am Arbeitskolben 46 angreifenden Differenzkräfte sind größer als die auf den Teller 34 wirkende Kraft, so daß der letztere geschlossen bleibt. Andererseits ist die auf den Teller 26 wirkende Kraft größer als die auf den Arbeitskolbcn 48 wirkenden Differenzkräfte, so daß der mittlere Teller 26 geschlossen und der Teller 36 geöffnet bleibt. Wird das Vorsteuerventil 82 geschlossen, so werden die Kammern 68 und 70 entlüftet, worauf der Arbeitskolben 48 den Teller 28 von seinem Sitz 32 abhebt Der Arbeitskolben48 bewegt sich nach rechts in Fig. 3, bis sein Teller 36 auf seinem Sitz 40 aufsitzt. Der Teller 34 wird zunächst durch den Arbeitsdruck abgehoben, um dann durch den in der Kammer 74 weiterhin wirkenden Arbeitsdruck, durch den der Arbeitskolben 46 beaufschlagt wird, nach rechts bewegt, wobei nunmehr der Teller 36 zum Anliegen an seinem Ventilsitz 40 gelangL Der restliche Hub des mittleren Tellers 26 wird, wie oben beschrieben, durch die Strömungskräfte bewirkt Die Ventilspindel 14 befindet sich nunmehr in der nicht gezeigten zweiten Schaltsteliung, in der der mittlere Teller 26 auf seinem Ventilsitz 30 und der Teller 36 auf seinem Ventilsitz 40 aufsitzen, während der Teller 34 geöffnet ist Das Vorsteuerventil 82 is'i, da es sich um eine Impulsbetätigung handelt, wieder in seinein Fi g.3 gezeigte Stellung zurückgegangen. Zur Umschaltung in die Schaltstellung eins wird nunmehr 6t-, Vorsteuerventi! 84 betätigt, wobei die entsprechenüin SchaStbewegungen in umgekehrter Folge ablaufen.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines impulsbetätigten Ventiles.

In der gezeigten Stellung, in der die Vorsteuerventile geschlossen sind, sind die Kammern 94 und 96 hinter den beiden Arbeitskolben, die hier als Stufenkolben 106, 108 ausgebildet sind, über Kanäle 98 bzw. 100 und über die Auslässe 60 der beiden Vorsteuerveatile entlüftet, während die Kammern 66 und 70 vor den beiden Arbeitskolben 48 und 46 über den Kanal 62 und einen Kanal 92 ständig an die Kammer 28 und damit an den Einlaß angeschlossen sind, so daß die beiden Arbeitskolben ständig mit dem Betriebsdruck beaufschlagt sind.

Die Kammern 102,104 sind ständig entlüftet.

In Fig.4 sitzt der mittlere Teller 26 auf seinem rechten Ventilsitz 30 auf. Der Teller 26 wird von rechts durch den Arbeitskolben 46 beaufschlagt, dessen wirki;ame Fläche größer ist als die wirksame Fläche des Tellers 26, der von links ebenfalls durch den Arbeitsdruck beaufschlagt wird, wobei das Druckmittel durch eine Nut 80 in der Ventilspindel 14 in die Bohrung UO im Schaft 44 eindringt, so daß die Stirnfläche des Endes 112 der Ventiispindel auch vom Arbeitsdruck beaufschlagt wird.

Obwohl also, wie gesagt, der Arbeitskolben 46 größer ist als der Teller 26, wird der letztere nicht abgehoben, weil auf das Ende 112 der Ventilspindel noch eine zusätzliche Kraft wirkt, nämlich die Differenzkraft, die sich aus den auf den Arbeitskolben 48 und den Teller 36

so wirkenden Kräften ergibt (der Arbeitskolben 48 und der Teller 36 sind beide durch den Betriebsdruck beaufschlagt) und diese Differer.zkraft wird durch eine in der B.of?rui»g ilO angeordnete Druckfeder 116 auf das Ende 112 der Ventilspindel übertragen.

Zum Umschalten wird nun das Vorsteuerventil 84 geöffnet, wodurch über den Kanal 98 das Druckmittel in die Kammer 94 strömt, so daß der Stufenkolben 106 mit dem Betriebsdruck beaufschlagt wird. Der Arbeitskolben 48 bewegt sich nach links, und der Teller 98 hebt

eo von seinem Ventilsitz ab. Der mittlere Teller 26 wird aus seiner linken Seite entlastet und durch den nach wie vor weiterhin mit dem Arbeitsdruck beaufschlagten Arbeitskolben 46 nach links bis unmittelbar vor seinen Ventilsitz 32 gebrach'. Die Bewegung des Arbeitskolbens 46 nach links endigt mit dem Aufliegen seines TeI-lers 34 auf dessen Ventilsitz. Die restliche Hubbewegung des Tellers 26. wird wie oben erläutert, durch die Strömlingskräfte bewirkt. Das Vorsteuerventil 84 ist, da

es sich um eine Impuisbetätigung handelt, wieder in seine ursprüngliche, geschlossene, Stellung zurückgegangen. Soll das Ventil wieder in die F i g. 4 gezeigte Stellung umgeschaltet werden, so wird jetzt das Vorsteuerventil 82 betätigt, d. h. geöffnet. Die vorstehend be- schriebenen Schalt- und Bewegungsvorgänge laufen dann entsprechend in umgekehrter Folge ab.

An die Enden 112 der Ventilspindel 14 schließen sich bei der Ausfuhrungsform nach F i g. 4 je ein Zapfen 114 an, über den jeweils die Feder 116 geschoben ist. Die Länge der Ventilspindel 14 einschließlich der beiden Zapfen 116 ist so gewählt, daß sich in der jeweiligen Schaltstellung zwischen dem Ende des jeweiligen Zapfens und der Stirnfläche der Bohrung 110 der axiale Spalt 76 (bzw. 78) ergibL Die Länge der Druckfeder 116 ist größer als die Länge des Zapfens 114, so daß sie in der Lage ist, die oben genannte Differenzkraft auf die Ventilspindel, d. h. auf deren Ende 112 (bei der Stellung nach F i g. 4) zu übertragen.

F i g. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Arbeitskolben, die hier in Form von Membrankolben 118 ausgebildet sind, wobei eine elastische Membran 120 an ihrem Außenumfang im Gehäuse 12 fest und dicht gehalten ist, während sie in ihrem zentralen Bereich geeignet (z. B. durch Scheiben und Gewindemut- ter) mit dem Schaft 42 verbunden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

30

40

45

Claims

24 Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch vorgesteuertes Mehrwegeventil für druckmittelbetätigte Verbraucher, mit einem Gehäuse, das eine Einlaßöffnung, zwei Arbeitsöffnungen und zwei Auslaßöffnungen aufweist, einer im Gehäuse verschiebbar angeordneten Ventilspindel, auf der ein mittlerer und zwei äußere mit Dichtungen versehene Teller sitzen, wobei der mittlere Teller in einer mit der Einlaßöffnung verbundenen Kammer angeordnet und wechselweise mit Sitzen zwischen der Einlaßöffnung und den Arbeitsöffnungen und die beiden äußeren Teller wechselweise mit je einem Ventilsitz zwischen je einer der Arbeitsöffnungen und je einer der Auslaßöffnungen in Eingriff bringbar sind, sowie mit zwei Arbeitskolben zur Betätigung der Ventilspindel und der Teller, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teller (26) einstückig mit der Ventilspindel (14) ausgebildet isj und daß diese mit axialem Spiel in axialen Bohrungen (UO) der beiden äußeren Teuer (34, 36) gelagert ist.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der äußeren Teller (34,36) durch einen Schaft (42,44) mit einem der Arbeitskolben (46,48) verbunden ist und daß jeder Schaft (42, 44) abgedichtet im Gehäuse (12) geführt ist.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden (112) der Ventilspindel (14) und den zugeordneten Stirnflächen der Bohrungen (110) der äußeren Teller (34,36) jeweils eine Druckfeder (116) angeordnet ist, die über einen Zapfer (114) an jedem der Enden (112) der Ventilspindel (K) ges itoben ist.

4. Mehrwegeventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs des Zapfens (114) geringer ist als die Länge der unbelasteten Druckfeder (116).