Aus der
US 5 341 846 A geht eine
Ventileinrichtung hervor, die mehrere, zu einer batterieartigen Einheit
zusammengefasste Ventile enthält,
die nach dem Vorbild der
EP
0 643 811 B1 ausgeführt
sein können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine montagefreundliche und dennoch kompakte Ventileinrichtung zu
schaffen, die auch für anspruchsvollere
Steuerungsaufgaben geeignet ist und bei der die jeweiligen Funktionselemente
optimal platziert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine
Ventileinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, bei der
als weitere Funktionselemente zur Betätigung des mindestens einen
Ventilgliedes mindestens zwei elektrisch aktivierbare Ventilantriebe
vorgesehen sind, die jeweils sich diagonal gegenüberliegenden Eckzonen des Teilungsbereichs
zugeordnet sind.
Auf diese Weise liegt eine Ventileinrichtung vor,
die ein oder mehrere Ventile enthält, deren Ventilgehäuse über mehrere,
in einem Teilungsbereich längsseits
aneinandergesetzte Gehäusekörper verfügen, die
beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder durch Verkleben oder
durch sonstige Verbindungsmaßnahmen
fest miteinander verbunden sind. Die die Ventilkanäle bildenden
und auch zur Aufnahme der Funktionselemente dienenden Hohlräume lassen
sich sehr einfach dadurch realisieren, dass die Gehäusekörper vor
dem Zusammenbau an ihrer dem Teilungsbereich zugeordneten Fügefläche mit
Vertiefungen versehen werden, die sich im aneinandergesetzten Zu stand
der Gehäusekörper zu
den Hohlräumen
ergänzen.
Die Funktionselemente wie auch sonstige gewünschte Bestandteile des Ventils können somit
bei der Montage sehr einfach vor dem Zusammenbau der Gehäusekörper in
die Vertiefungen des einen Gehäusekörpers eingesetzt
werden. Dabei ist mindestens ein Ventilglied vorgesehen, dem zur
Betätigung
zwei elektrisch aktivierbare Ventilantriebe zugeordnet sind, die
ebenfalls in Hohlräumen
des Ventilgehäuses
untergebracht sind, so dass sich ein externer Anbau erübrigt. Weil
sich die die Hohlräume
bildenden Vertiefungen sehr einfach realisieren lassen, kann eine
optimal platzsparende Verteilung des oder der Ventilglieder und
der Ventilantriebe im Teilungsbereich erfolgen, um alle notwendigen
Komponenten auf engstem Raume unterzubringen.
Durch den weiteren elektrisch aktivierbaren Ventilantrieb
lassen sich auch anspruchsvollere Ventilbauarten bzw. Steuerungsaufgaben
bewältigen.
In beiden Schaltrichtungen kann das Ventilglied aktiv betätigt werden.
Die Funktionselemente, insbesondere die elektrisch aktivierbaren
Ventilantriebe, befinden sich in diagonal gegenüberliegenden Eckzonen und somit
relativ weit voneinander entfernt. Dies hat beispielsweise thermische
Vorteile, weil die durch die Ventilantriebe gebildete Abwärme besser
abführbar ist.
Bei einer aus der
DE 43 24 939 A1 bekannten
Ventileinrichtung ist ebenfalls ein längsgeteilter Ventilgehäuseaufbau
vorgese hen. Zum Antrieb des Ventiltriebes werden zwei Ventilantriebe
vorgeschlagen, die jedoch als separate Baueinheiten ausgeführt und
von außen
an das Ventilgehäuse
angesetzt sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das Ventilgehäuse verfügt zweckmäßigerweise über zwei aneinandergesetzte
plattenähnliche Gehäusekörper, so
dass sich eine sehr schmale Bauweise realisieren lässt.
Bei den Ventilantrieben kommen insbesondere
solche Bauformen zum Einsatz, die über einen oder mehrere Elektromagnete
oder Piezoaktoren verfügen.
Mit solchen Ventilantrieben kann bei Bedarf eine Direktbetätigung des
zugeordneten Ventilgliedes realisiert werden. Vorteilhaft ist aber
auch eine vorgesteuerte Ventilbetätigung, zu welchem Zweck die
Ventilantriebe zumindest teilweise als Magnetventile oder als Piezoventile
ausgeführt
sein können.
Mit einem einzigen Ventilglied und
zwei diesem Ventilglied zugeordneten Ventilantrieben lässt sich
ohne weiteres ein 5/2-Ventil oder ein 5/3-Ventil realisieren. Vorzugsweise
liegt eine Bauform als Impulsventil vor.
Als besonders vorteilhafte Gestaltungsvariante
hat sich erwiesen, die Ventilgehäuse
derart auszuführen,
dass der Tei lungsbereich einen rechteckförmigen Umriss aufweist, wobei
vorzugsweise eine längliche
Gestaltung vorliegt, bei der die Eckenbereiche auch abgerundet sein
können.
Jedenfalls ist es bei einer derartigen Bauform von Vorteil, wenn
die beiden im Bereich zweier sich diagonal gegenüberliegender Eckzonen des Teilungsbereiches
platzierten Ventilantriebe beidseits des zugeordneten Ventils liegen,
das seinerseits auf der anderen Diagonale liegt und vorzugsweise
in deren Längsrichtung
orientiert ist.
Mehrere Ventile können zu einer batterieartigen
Ventileinheit zusammengefasst sein, wobei ihnen zweckmäßigerweise
ein Fluidverteiler und ein Signalverteiler zugeordnet ist, um eine
einfache Versorgung mit Druckmedium und elektrischen Betätigungssignalen
zu ermöglichen.
Die Ventile können auf
den Fluidverteiler und/oder den Signalverteiler aufgesetzt sein.
Vorzugsweise sind der Fluidverteiler und der Signalverteiler in
einer gemeinsamen Verteilereinheit zusammengefasst.
In allen Fällen bietet es sich an, den
betreffenden Verteiler mit einem längsgeteilten Gehäuse zu versehen,
wobei die notwendigen Fluidkanäle und/oder
elektrischen Leiter im Teilungsbereich verlaufen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
1 eine
bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung mit zu
einer batterieartigen Einheit zusammengefaßten Ventilen und in einer
Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil I aus 2,
2 einen
Schnitt durch die Ventileinrichtung aus 1 gemäß Schnittlinie
II-II, wobei die Schnittlinie durch den Teilungsbereich eines Ventils verläuft, und
3 einen
Teilquerschnitt aus der Anordnung gemäß 2 gemäß dortiger
Schnittlinie III-III.
Die Zeichnungen zeigen eine Ventileinrichtung 1,
die mit einer Mehrzahl zu einer batterieartigen Einheit zusammengefaßter Ventile 2 ausgestattet
ist, die an einer bevorzugt plattenartigen Aufbau besitzenden Verteilereinheit 3 montiert
sind.
Jedes Ventil 2 verfügt über ein
plattenähnliches
Ventilgehäuse 4,
wobei die Ventile 2 in einer durch Doppelpfeil angedeuteten
Aufreihungsrichtung 5 derart aufeinanderfolgend angeordnet
sind, daß die Haupt-Ausdehnungsebenen 6 ihrer
Ventilgehäuse 4 rechtwinkelig
zu der Aufreihungsrichtung 5 und untereinander parallel
verlaufen. Die Ventilgehäuse 4 können mit
den einander zugewandten Außenflächen unmittelbar
aneinander anliegen.
Die Ventilgehäuse 4 der Ventile 2 sind
jeweils längsgeteilt,
wobei sich die beim Ausführungsbeispiel
vorhandene Zweiteilung empfiehlt, so daß sich jedes Ventilgehäuse 4 aus
zwei längsseits
aneinandergesetzten und vorzugsweise plattenähnlichen Gehäusekörpern 7, 7' zusammensetzt.
Der beim Ausführungsbeispiel
als Teilungsebene ausgeführte Teilungsbereich 8 erstreckt
sich parallel zur Haupt-Ausdehnungsebene 6 oder fällt vorzugsweise mit
dieser zusammen, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Zur Bildung des Ventilgehäuses 4 sind
die Gehäusekörper 7, 7' unter
Abdichtung fest miteinander verbunden, was zweckmäßigerweise
durch Verkleben oder Verschweißen
erfolgt. Es bietet sich an, die Gehäusekörper 7, 7' aus
Kunststoffmaterial herzustellen und durch Ultraschallschweißen zusammenzufügen.
Die 2 zeigt
einen Schnitt durch die Ventileinrichtung 1 aus 1, wobei die Schnittebene
bei dem geschnittenen Ventil 2 mit dem Teilungsbereich 8 zusammenfällt. Die 2 zeigt daher eine Ansicht auf
die dem Teilungsbereich 8 zugewandte Fügefläche 11 des ersten
Gehäusekörpers 7 des
betreffenden Ventilgehäuses 4.
Ihr liegt die in 2 nicht
ersichtliche Fügefläche 11' des
zweiten Gehäusekörpers 7' oberhalb
der Zeichnungsebene gegenüber.
Das Ventilgehäuse 4 der Ventile 2 ist
zweckmäßigerweise
so ausgeführt,
daß der
aus 2 ersichtliche Teilungsbereich 8 einen
länglichen,
rechteckförmigen
Umriß hat.
Jede Fügefläche 11, 11' hat also
einen entsprechenden rechteckförmigen
Randverlauf. Im Vergleich zu einer quadratischen Rechteckform ermöglicht diese
Gestaltung eine besonders kompakte Bauweise, wobei aber durchaus
vorgesehen sein kann, fließende Übergänge zwischen
den einzelnen Außenflächenabschnitten
zu schaffen, beispielsweise indem die Eckenbereiche abgerundet werden.
Jedes Ventilgehäuse 4 hat zwei einander entgegengesetzte,
zur Haupt-Ausdehnungsebene 6 parallele Haupt-Außenflächen 12, 12' und
eine dem Umriß des
Teilungsbereiches 8 folgende schmale Umfangsfläche 13,
die beim Ausführungsbeispiel durch
die vier Eckbereiche des Ventilgehäuses 4 in vier Umfangsflächenabschnitte
unterteilt wird. Einer dieser Umfangsflächenabschnitte bildet eine
Montagefläche 14,
mit der das betreffende Ventil 2 an eine als Bestückungsfläche 15 ausgeführte Außenfläche der
Verteilereinheit 3 angesetzt ist. Letzere ist dabei so
orientiert, daß ihre
Haupt-Ausdehnungsebene 16 rechtwinkelig zu den Haupt-Ausdehnungsebenen 6 der
Ventile 2 verläuft,
wobei sich die Bestückungsfläche 15 an
einer der beiden großflächigen Außenflächen der
Verteilereinheit 3 befindet.
Nachfolgend erfolgt eine bevorzugte
Erläuterung
des Aufbaues der einzelnen Ventile 2.
Jeder Gehäusekörper 7, 7' verfügt an seiner Fügefläche 11, 11' über eine
Mehrzahl von Vertiefungen 17, 17', wie dies exemplarisch
aus 3 hervorgeht. In 2 sind nur die in der Fügefläche 11 des ersten
Gehäusekörpers 7 ausgebildeten
Vertiefungen 17 ersichtlich. Die beiderseitigen Vertiefungen 17,17' sind
bezüglich
dem Teilungsbereich 8 bzw. bezüglich der Haupt-Ausdehnungsebene 6 spiegelbildlich
angeordnet, so daß sie
sich bei zusammengefügten
Gehäusekörpern 7, 7' zu
im Teilungsbereich liegenden Hohlräumen 18 ergänzen. Jede
Vertiefung 17, 17' repräsentiert somit ein Teilvolumen
des betreffenden Hohlraumes 18.
Einige der Hohlräume 18 bildett Aufnahmekammern 21 für hinsichtlich
der Ventilfunktion relevante Funktionselemente 22. Andere
Hohlräume 18 stellen
Ventilkanäle 23 dar,
die zum Teil eine fluidische Verknüpfung zwischen einzelnen der
Funktionselemente 22 bewirken können.
Beim Ausführungsbeispiel ist eine der
Aufnahmekammern 21 als längliche Ventilglied-Aufnahmekammer 24 ausgebildet,
in der ein linear bewegliches Ventilglied 25 aufgenommen
ist. Das Ventilglied 25 ist beim Ausführungsbeispiel kolbenartig
ausgebildet.
Umfangsseitig münden in die Ventilglied-Aufnahmekammer 24 mehrere
Ventilkanäle 23 ein.
Beim Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Speisekanal 26, zwei Arbeitskanäle 27 und
zwei Abluftkanäle 28.
Der Speisekanal 26 und die Abluftkanäle 28 münden zur
Montagefläche 14 aus
und kommunizieren dort mit den Öffnungen
eines in der Verteilereinheit 3 integrierten Speisekanalsystems 31 und
Abluftkanalsystems 32.
Die Arbeitskanäle 27 sind zu einer
anderen Stelle der Umfangsfläche 13 geführt und
münden beim
Ausführungsbeispiel
zu dem der Montagefläche 14 entgegengesetzt
orientierten Umfangsflächenabschnitt
aus, der zur besseren Unterscheidung nachfolgend als Anschlußfläche 33 bezeichnet
sei. Den Arbeitskanälen 27 sind
im Bereich der Anschlußfläche 33 geeignete
Anschlußmittel 34 zugeordnet,
beispielsweise Steckverbindungsmittel, die das lösbare Anschließen von
Fluidleitungen 35 ermöglichen,
die zu einem nicht näher
dargestellten Verbraucher führen,
beispielsweise zu einem fluidisch betätigbaren Antrieb.
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die beispielsgemäße Ventileinrichtung 1 für einen
Betrieb mit Druckluft vorgesehen ist. Allerdings wäre auch ein
Betrieb mit einem hydraulischen Medium möglich.
Das vorliegende Ventil ist als 5/2-Impulsventil
ausgestaltet. Sein Ventilglied 25 ist zwischen zwei Schaltstellungen
umschaltbar, in denen es verharrt bis es einen entgegengesetzten
Umschaltimpuls erfährt.
In der einen Schaltstellung ruft es eine Verbindung vom Speisekanal 26 zu
dem einen Arbeitskanal 27 hervor, während gleichzeitig der andere
Arbeitskanal 27 mit einem der Abluftkanäle 28 verbunden wird.
In der anderen Schaltstellung ergibt sich eine umgekehrte Kanalzuordnung.
Denkbar wäre beispielsweise aber auch
die Realisierung eines Ventils mit 5/3-Funktionalität, wobei
das Ventilglied 25, beispielsweise durch eine ebenfalls
in die Ventilglied-Aufnahmekammer 24 eingesetzte
Federeinrichtung, auch eine Mittelstellung einnehmen kann.
Die Einspeisung des Druckmediums
erfolgt über
das Speisekanalsystem 31 der Verteilereinheit 3.
Es enthält
zumindest einen parallel zu der Aufreihungsrichtung 5 in
der Verteilereinheit 3 verlaufenden zentralen Speisekanal 35,
der zu einer Außenfläche der
Verteilereinheit 3 ausmündet,
wo eine zu einer Druckquelle führende
Fluidleitung 36 angeschlossen werden kann. Das Abluftkanalsystem 32 enthält ebenfalls
einen oder mehrere zentrale Abluftkanäle 39, die in vergleichbarer
Weise zu einer Außenfläche der
Verteilereinheit 3 ausmünden,
wo sie zweckmäßigerweise
mit einer Schalldämpfeinrichtung
bestückt
sind (nicht dargestellt).
Zur Betätigung des Ventilgliedes 25 sind zwei
als Ventilantriebe 37 ausgestaltete Funktionselemente 22 vorgesehen,
die in geeigneten Ventilantrieb-Aufnahmekammern 38 eingesetzt
sind. Diese Ventilantriebe 37 sind beim Ausführungsbeispiel
als Magnetventile ausgeführt
und enthalten einen durch elektrische Betätigungssignale aktivierbaren
Elektromagnet 42. Dieser steuert das eine Ventilgliedfunktion
ausübende
Steuerglied 43 des Magnetventils, welches je nach Schaltstellung
den Fluiddurchgang durch einen Betätigungskanal 45 freigibt
oder unterbricht. Der Betätigungskanal 45,
der zur Vermeidung von Kollisionen mit anderen Ventilkanälen 23 zumindest
partiell in einer eigenen Kanalebene verlaufen kann – in 2 ist dies in gestrichelten
Linien dargestellt – verläuft zwischen
dem Speisekanal 26 und einem vom stirnseitigen Endabschnitt
der Ventilglied-Aufnahmekammer 24 gebildeten Beaufschlagungsabschnitt 44.
Da ein jeweiliger Beaufschlagungsabschnitt 44 von einer
mit dem Ventilglied 25 zusammenwirkenden Beaufschlagungsfläche 46 begrenzt
wird, hat die Druckbeaufschlagung zur Folge, daß sich das Ventilglied 25 in
die eine oder andere Richtung verlagert.
Jeder Ventilantrieb 37 mit
zugeordnetem Betätigungskanal 45 ist
zur Bewegung des Ventilgliedes 25 in eine der bei den möglichen
Richtung zuständig.
Anstelle von Magnetventilen könnten als Ventilantriebe 37 beispielsweise
auch Piezoventile vorgesehen sein. Auch wäre es denkbar anstelle der beim
Ausführungsbeispiel
vorhandenen vorgesteuerten Betätigungsweise
eine direkte mechanische Betätigung
des Ventilgliedes 25 vorzunehmen, wobei man als Ventilantriebe
Elektromagnete oder Piezoaktoren einsetzen könnte.
Ihre elektrischen Betätigungssignale
erhalten die Ventilantriebe 37 über elektrische Leiter 47, die
in Signalkanälen 48 verlaufen,
die ebenfalls von den Hohlräumen 18 gebildet
sind. Die elektrischen Leiter 47 können von eingelegten Drähten oder
Kabeln gebildet sein. Zweckmäßigerweise
erstrecken sie sich von den Ventilantrieben 37 bis zur
Montagefläche 14,
wo ihnen erste Kontaktmittel 51 zugeordnet sind, die lösbar einen
elektrischen Kontakt mit an der Verteilereinheit 3 vorgesehenen
zweiten Kontaktmitteln 52 herstellen können.
Die zweiten Kontaktmittel 52 sind
Bestandteil einer beim Ausführungsbeispiel
zwei Leiterplattenanordnungen enthaltenden Signalleiteranordnung 53, die
in der Verteilereinheit 3 insbesondere in der Aufreihungsrichtung 5 verläuft und
zu einer Außenfläche der
Verteilereinheit 3 geführt
ist. Dort besteht über geeignete
Anschlußmittel
die Möglichkeit
zur Verbindung mit einer elektronischen Steuereinrichtung, beispielsweise
unter Zwischenschaltung eines elektrischen Kabels 54. Es
kann sich hier um eine Feldbusverbindung handeln. Eine Steuereinrichtung
kann auch als unmittelbarer Bestandteil der Ventileinrichtung 1 vorgesehen
werden.
Die Ventile 2 des Ausführungsbeispiels zeichnen
sich durch eine sehr platzsparende Unterbringung der Funktionselemente 22 in
der den Teilungsbereich 8 definierenden Fläche aus.
Erreicht wird dies dadurch, daß die
beiden Ventilantriebe 37 im Bereich zweier sich diagonal
gegenüberliegender Eckzonen
des Teilungsbereiches 8 angeordnet sind, wobei die zugeordnete
erste Diagonale mit Bezugsziffer 55 bezeichnet ist. Die
Ventilglied-Aufnahmekammer 24 ist zwischen den beiden Ventilantrieben 37 plaziert,
wobei sie zweckmäßigerweise
so ausgerichtet ist, daß ihre
Längsachse
mit der die erste Diagonale 55 kreuzenden zweiten Diagonale 56 des
Teilungsbereiches 8 zusammenfällt oder etwa parallel zu dieser
verläuft.
Bevorzugt ist also das Ventilglied 25 auf
einer der Diagonalen plaziert, während
die beiden zugeordneten Ventilantriebe beidseits des Ventilgliedes 25 auf
der anderen Diagonalen liegen.
Anstelle lediglich eines Ventilgliedes 25 könnten auch
mehrere Ventilglieder im Innern des Ventilgehäuses 4 vorgesehen
sein, insbesondere zwei Ventilglieder, die auch in ein und derselben
Ventilglied-Aufnahmekammer 24 untergebracht sein könnten. In
einem solchen Fall könnten
auch mehr als zwei Ventilantriebe 37 vorgesehen sein, wobei
die Möglichkeit
bestünde,
jeweils zwei Ventilantriebe zu einem Doppelantrieb zusammenzufassen,
so daß wiederum
die aus 2 ersichtliche
Verteilung der Funktionselemente möglich wäre.
Zur Befestigung der Ventile 2 auf
der Verteilereinheit 3 sind geeignete Befestigungsmittel
vorgesehen, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Zweckmäßigerweise
ist die Anordnung so getroffen, daß durch Ansetzen und Entfernen
eines Ventils 2 gleichzeitig die fluidischen und elektrischen Verbindungen
zwischen diesem Ventil 2 und der Verteilereinheit 3 hergestellt
oder aufgehoben werden. Allerdings wäre es beispielsweise auch möglich, die ersten
Kontaktmittel 51 an einem anderen Umfangsflächenabschnitt
des Ventilgehäuses 4 als
der Montagefläche 14 vorzusehen.
Durch die Integration des Speisekanalsystems,
des Ablaufkanalsystems und der Signalleiteranordnung 53 repräsentiert
die Verteilereinheit 3 eine aus einem Fluidverteiler und
einem Signalverteiler zusammengesetzte Baueinheit. Dabei kommt vorzugsweise
ein mit dem Aufbau der Ventile 2 vergleichbares Konstruktionsprinzip
zur Anwendung, indem auch die Verteilereinheit 3 längsgeteilt
ist und zwei in einem weiteren Teilungsbereich 57 aneinandergesetzte
Verteilerkörper 58 aufweist.
Der weitere Teilungsbereich 57 erstreckt sich zweckmäßigerweise
parallel zur Haupt-Ausdehnungsebene 16 der Verteilereinheit 3 oder
fällt mit
dieser zusammen. Zur Bildung zumindest des zentralen Speisekanals 35 und der
zentralen Abluftkanäle 39,
und vorzugsweise auch zur Bildung der die Signalleiteranordnung 53 und
einer eventuell vorhandenen Steuereinrichtung aufnehmenden Hohlräume, sind
die Verteilerkörper 58 vergleichbar
dem Gehäusekörpern 7, 7' im
weiteren Teilungsbereich 57 mit sich ergänzenden
Vertiefungen ausgestattet.
Bevorzugt bestehen auch die Verteilerkörper 58 aus
Kunststoffmaterial und sind durch Verkleben oder durch Ultraschallschweißen fest
miteinander verbunden.
Die Ventileinrichtung 1 kann
sowohl gleichzeitig mehrere, zu einer Einheit zusammengefaßte Ventile 2 enthalten
oder auch nur ein einziges derartiges Ventil 2 umfassen,
wobei im Falle einer Verwendung als Einzelventil auf eine Verteilereinheit 3 verzichtet
werden kann. Die fluidischen und elektrischen Verbindungen können in
diesem Falle unmittelbar am Ventilgehäuse 4 vorgenommen
werden.