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Impulsgesteuertes Schieberventil Die erfindung betrifft ein impulsgesteuertes
Schieberventil mit einem in der Ventilgehäusebohrung durch Umsteuerimpulse wechselseitig
und axial zwischen zwei Schaltstellungen verstellbaren Steuerschieber und mit einer
Halteeinrichtung zur zeitweiligen Fixierung des Steuerschiebers in seiner augenblicklichen
Schaltstellung.
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Da die relativ leichtgängigen Steuerschieber solcher Schieberventile
ödurch impulsförmige Betätigungssignale in Form von Druckimpulsen an- und umgesteuert
weden, besteht naturgemäß die Gelahr, daß nach dem Löscnen des jeweiligen Umsteuerimpulses
auf den in einer der möglichen Schaltstellungen befindlichen Steuerschieber äußere
Einflüsse In Forn von Erschütterungen, Stößen, Schwingungen und dgl. einwirken können,
die als unkontrollierte Signale den Steuerschieber in eine indifferente lage und
eine ungewollte Verstellbewegung bringen, wodurch es neben einer Beeinträchutigung
der eigentlichen Funktion des Ventills zu Sach- und Personenschäde: kommen kann.
Nan ist deshalb schon dazu übergegangen, den Steuerschieber in erinen Schaltstellungen
auf elektrischem bzw. magnetischem oder mechanischem Wege zu fixieren.
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Bei einer magnetischen Fixierung ergeben sich allerdings Nachteile
dadurch, daß diese lnur bei durch magnetische Kraftlinien beeinflußbaren Bauteilen
eingesetzt werden kann.
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So wäre eine solche Fixierung an Schieberventilen, die werkstoffmäßig
beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehen, nur mit zusätzlichem Aufwand
zu realisieren, indem das Bauteil, das durch die magnetischen Kraftlinien in der
verlangten Stellung festgelegt werden soll, mit einer zus-4tzlichen magnetischen
Brücke zu, wersehen ist, die aus magnetisch leitendem Werkstoff bestehen ömuß. Dieses
bedeutet in den meisten Fällen eine gleichzeitige baulische Vergrößerung und ist
bezüglich der Anschläge der bewegten Massen auf den Permanentmagneten auch relativ
störanfällig.
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Mechanische Fixierung können so aufgebaut sein, daß in Radialbohrungen
des Steuerschiebers fendernd nach außen vorgespannte Stifte vorgesehen werden, die
von innen gegen die Bohrung des den Steuerschieber aufnehmender Ventilgehäuses anliegen
und bei axialer Verstellung des Schiebers eine die Verstellbewegung hemmende Reibkraft
erzeugen.Eine andere Möglichkeit zur mechanischen Fixierung besteht darin, den Steuerschieber
in seinen Schaltstellungen durch mechanische Schnappef mit metallischen Federn festzulegen,
ie bei Eintreten des Steuerschiebers in eine Schaltendstellung wirlrsam werden und
Ihn durch Pelb- und Haltekräfte an einer ungewollten Verstellbewegung hIndern.
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Allerdings hat sich gezeigt, das die bekannten mechanischen Halte-
und Hemmeinrichtungen ienem mechanischem Veschleiß und aufgrund schlecht im voraus
bestimmbarer Reibkräfte von Fall zu Fall unterschiedlichen Umsteuerempfindlichkeiten
unterliegen. Außerdem zeigt sich, daß der zu treibende Bauaufwand kostenmäßig ungünstig
ist und eine entsprechende Baugröße bedingt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Schieberventils
mit einer Halte- und Hemmeinrichtung zur Fixierung und Hemmung des Steuerschiebers
in seinen Endstellungen, bei dem bohne Anwendung von verschleißunterliegenden Bauteilen
eine sichere Fixierung des Steuerschiebers in den Schaltstellungen gegeben ist,
und zwar trotz einer gleichzeitig erreichbaren Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit
hinsichtlich des anzuwendenden lindestansprechdrucks für die Umsteuervorgänge. Weiterhin
wird angestrebt, daß die Haltekraft zur Fixierung des Steuerschieber n der jeweils
eingenommenen Schaltstellung mit steigendem Betriebsdruck aus Sicherheitsgründen
in einem proportionalen Verhältnis zunimmt.
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;ur lösung dieser Aufgabe wird das eingangs erwähnte Schiebers ventil
erfindungsgemäß so ausgebildet, daß der Steuerschieber in seiner jeweiligen Schaltstellung
mit einem Heltedruckmitte beaufschlagbar ist, das den Steuerschieber in/der Schaltstellung
fixiert.
Dabei ist die vcm Haltedruckmittel in den Schaltstellunger auf den Steuerschieber
ausgeübte Haltedruclckraft kleiner als die entgegengesetzt auf den Steuerschieber
wirkende Druckkraft eines nachfolgenden Umsteuerimpulses.
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Das Haltedruckmittel wird nach Aufhebung des vorausgegangenen, den
Steuerschieber in eine der Schaltstellungen bringenden Umsteuerimpulses wirksam,
so daß der Steuerschieber durch einennachfolgenden, entgegengesetzt wirkenden Umsteuerimpuls
und unter aufhebung des Haltedruckmittels in die andere Schaltstellung gebracht
werden kann. Zweckomäßigerweise wird das Haltedruckmittel am Druckmittelnetzanschluß
des Ventilgehäuses abgezweigt, während die wechselseitige Zufuhr des Haltedruckmittels
zu den j jeweils wirksamen Steuerschieberflächen mittels am Schieberumfang ausgebildeter
Steuerstege und Steuerschlitze in Abhängigkeit von der axialen Verstellung des Schiebers
geregelt wird.
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Bei einem Schieberventil, bei dem auf beiden Seiten des Steuerschiebers
Druckkammern ausgebildet sind, kommuniziert jeweils eine der Druckkammern bei einer
Schaltstellung über eine erste, mit dem Druckmittelnetzanschluß in Verbindung stehenden
Drosselstelle und ist im übrigen über eine zweite Drosselstelle an Atmosphäre anschließbar,
wobei die ersten und zweiten Drosselstellen für jede Kammer so aufeinander abgestimmt
sind, daß sich in der jeweils gedrosselt an den
Druckmittelnetzanschluß
angeschlossenen Kammer der gewünschte Haltedruck aufbaut, der den Steuerschieber
in der eInen, dieser Steuerschieberstellung - zugeordneten Schaltstellung fixiert
und niedriger als der Druck am Druckmittelnetzanschluß is-t.
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Diese erfindungsgemäße lösung läßt ohne wesentliche Änderungen am
eigentlichen Schieberventilaufbau eine Bauweise zu, die eine Fixierung und Hemmung
des Steuerschiebers in seinen Schaltstellungen ohne Verwendung von verschleißunterliegenden
Bauteilen ermöglicht, und zwar beispielsweise durch Anwendung eines pneumatischen
oder auch hydraulischen Helterdruckmittels, das dem üblichen und in jedem Fall für
die Betätigung des Ventils erforderlichen Druckmittelnetz entnommen wird. Wenn die
Wirkung des Halterdruckmittels unmlttelbar mit oder auc kurz nach dem Einsetzen
des in entgegengesetzter Richtung wlrrenden Umsteuerimpulses aufgehoben wird, kann
die Höhe des Umsteuerimpulses relativ klein gehalten werden, da er nur den üblichen
geringen und bei der Schieberstellung auftretenden Reibungwiderstand durch Mittelung
eines kurzen Kraftimpulses zu überwinden hat, ohne zusätlich mechanische Reibungswiederstände
überwinden zu müssen, die bei den erwähnten mechanischen Halteeinrichtungen auftreten.
hierdurch bleibt eie besonders hohe Ansprechempfindlichkeit des Schieberventils
gewährleistet.
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Da außerdem das Haltedruckmittel unmittelbar dem Druckmittelnetzanschluß
entnommen wird, fällt und steigt zwangsweise auch
die auf den Steuerschieber
einwirkende Haltekraft propcrtlcna mit dem betriebsdruck, wodurch sich eine aus
Sicherheitsgründen erforderliche zuverlässige Steuerschieberfixierung ergibt.
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In der anliegenden Zeichnung sind einige praktische Ausführun beispiele
für die Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Schieberventil
nach der Erfindung, Figur 2 einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt durch ein Schieberventil,
lbei dem eine externe Zuordnung der zweiten Drosselstellen vorliegt, Figur 3 einen
Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform für ein Schieberveintil und Figur
4 ein Schematisches Schaltbild für ein Schieberventil nach der Erfindung.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sic um ein
5/2-Wegenventil, also ein Ventil mit fünf gesteuerten Anschlüssen und mit zwei möglichen
Schaltstellungen. Dieses Ventil wird den nachstehenden Ausfühnungen entsprechend
pneumatlsch betätigt und gesteuert. Vorausgeschlc£t sei allerdings, daß auch andere
Ventilarten und im übrigen auch eine hydraulische Ventilbetätigung und-steuerung
sowie andere Druckmittelarten nicht ausgeschlossen werden.
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Das In Figur 1 gezeigte Ventil besteht aus dem Gehäuse und den beiden
am Gehäuse befestigten Endplatten 2 und in der zylinderlschen Genäusebohrung 4 liegt
axial verstellbar
der Steuerschieber 5, in dem zwei Druckkammern
6, 7 ausgebildet sind.
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Das Schieberventil, das beispielsweise zur Steuerung der Bewegung
eines pneumatischen Antriebs mit beidseitig beaufschlagbarem Kolben dienen kann,
hat einen Druckluftnetzanschluß P, zwei Entlüftungsanschlüsse R und S sowie zwei
Arbeitleitungsanschlüsse A und B, die in üblicher Weise in Form von Bohrungen im
Ventilgehäuse 1 liegen und die in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers 5
in bekannter Weise wechselseitig verbunden werden. Bei der Schaltstellung nach Figur
1 ist somit beispielsweise der Arbeitsanschluß B über die Steuerschieberausnehmung
5a am Schieberumfang mit den Anschluß P verbunden, während die an A anzuschließende
Arbeitsleitung über die Schieberausnehmung 5b und den Anschluß R entlüftet werden
kann. Eine andere Anschlußkombination ergibt sich sinngemäß, wenn der Schieber 5
in die zweite Schaltstellung umgesleuert ist.
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In den beiden Endplatten 2 und3 sind Anschlußbohrungerr 8 und 9 vorgesehen,
die mit den in Figur 4 gezeigten Steuerleitungen 10 und 11 zu verbinden sind. Diese
führen zu 3/2-Wegesteuerventilen 12 und 13, welche wiederum mit der Druckmittelquelle
und der Geräteeinheit 14 über die leItungen 15 bzw. 16 verbunden sind. Die Leitung17
ist an den Anschluß P des in Figur 4 allgemein mit V bezeichneten Schieberventils
angeschlossen.
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Durch Öffen des Ventils 12 kann der Steuerschieber aus der gezeigten
ersten Schaltstellung gemäß Figur 1 nach rechts in die zweite mögliche Schaltstellung
umgesteuert werden, und zwar aufgrund eines über die Leitung 10 und den Anschluß
8 in die Kainmer 6 gelangenden Umsteuerimpulses. Entsprechend kommt der Schieber
in die erste Schaltstellung wieder zurück, wenn durch Betätigung des Ventils 13
ein Umsteuerimpuls über die leitung 11 und den Anschluß 9 in die Schieberkammer
7 gelangt.
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Das Haltedruckm ttel, das den Steuerschieber 5 in seiner jeweiligen
Schalt- und Endstellung fixiert, wird am Druckmittelnetzanschluß P abgezweigt und
kann über die in der Wand des Steuerschiebers 5 ausgebildeten ersten Drosselstellen
18 bzw. 19 in die Kammern 6 bzw. 7 gelangen, die wiederum über beide Drosselstellen
20.21 in den Endplatten 2, 3 mit den Anschlüssen 8 und 9 und damit bei entsprechender
Stellung der Ventile 12 und 13 mit Atmosphäre verbindbar sind. Aus der Darstellung
ergibt sich von selbst, daß d-Le wechselseitige Zufuhr des Haltedruckmittels zu
den jeweils wirksamen Steuerschieberflächen mit Hilfe der am Steuerschieberumfang
ausgebildeten Steuerstege und Steuerschlitze in Abhängigkeit von der axialen Verstellung
des Steuerschiebers geregelt werden kann.
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Bei der in Figur 1 gezeigten Ventilstellung steht die rechte Kammer
7 gedrosselt mit der aus dem Netzanschluß P kommenden Druckluft in Verbindung, derart,
daß sich der in der Kammer 7 aufbauende Haltedruck aufgrund einer entsprechenden
Abstimmung der Drosselstellen 19 und 21 zueinander niedriger ist als der Betriebsdruck
am Anschluß P. Auf jeden Fall ist gewährleistet, daß der den Schieber 5 nach links
(Figur 1) drackende Haltedruck eine ausreichende Druckkraft ausübt, un den Steuerschieber
5 sicher in der gezeigten Schaltstellung zu fixieren.
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Wenn dann über den Anschluß 8 ein Umsteuerimpuls kommt, wird der Steuerschieber
5 aus der gezeigten Stellung nach rechts in die andere Schaltstellung bewegt, da
die vom Haltedruchmittel in den Schaltstellungen auf den Steuerschieber aus---eübte
Haltedruckkraft kleiner als die entgegengesetzt auf den Steuerschleber wirkende
Druckkraft eines nachfolgenden U: steuerdruckimpulses ist. Bei diesem Vorgang lwird
unmittelbar nach kurzer Schieberverstellung die Drosselstelle 19 durch den am Schieberumfang
ausgebildeteten mittlern Steuersteg abgesperrt, während anschließend nach weiterer
Verstellbewegung unter gleichzeitiger Entlüftung der Kammer 7 die Drosselstelle
18 zwecks Herstellung einer Verbindung zwischen der Kammer 6 und dem Anschluß 3
freigegeben wird, so daß sich in der Kammer 6 der gewünschte Haltedruck zur Fixieren
des Steuerschlebers 5 in der zweiten Steuerstellung aufbauen kann.
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Die in kden Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele stimmen
prinzipell mit dem Schieberventil nach Figur 1 überein, so daß deren einender entsprechende
Bauteile zur Vereinfachung mit den gleichen Bezugszeichen versehen sinc.
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UnterschIedlIch ist beim Ventil gemäß Figur 2 im Vergleich zum vorher
beschriebenen Ventil nur das Merkmal, daß die zweiten Drosselstellen nicht intern,
sondern extern dem Ventil zugeordnet sind, indem nämlich die Dosserstellen 20 und
21 in die Anschlußstücke 22 und 23 für die Verbindungsschläuche 10 und 11 integriert
sind.
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Das Schieberventil gemäß Figur 3 ist im Unterschied zu den kbeiden
anderen Aufürungsbeispielen nur insoweit anders gestaltet, als die ersten Drossel
stellen zur Herstellung der Verbindungen des Netzanschlusses P mit den Kammern 6
und nich als durch die Steuerschieberwand verlaufende Bohrungen ausgebildet sind,
sondern vielmehr als Kanäle in den End--platten 2, 3 und im Ventilgehäuse 1.
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Es ist zu erkennen, daß ide rechte Stuerschieberkammer 7 (Figur 3)
über den Kanal 24 in der Endplatte 3, den aus 25 im Ventilgehäuse, den Anschliß
B und Umfangsausnehmen 26 am Steuerschieber mit P verbunden ist, so daß sich
Kammer
7 der Haltedruck mit den schon vorher erläuterten Wlnkungen aufbauen und den Steuerschieber
in de dargestellten Scha-ltstellung fixieren wird. Dabei kann die erste Drosselstelle
durch eine gesonderte Drossel 27 gebildet werden, die in eine Ausnehmung der Endplatte
3 eingelassen ist.
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Nach dem Umsteuern des Schiebers 5 in die andere Schaltstellung wird
durch die stirnseitige Endfläche des Schiebers der in die Kammer 7 mündende Kanal
24 abgedeckt und die Kammer 6 mit dem Anschluß P verbunden, und zwar über die Kanäle
28 und 29 mit der zwischengeschaiteten ersten Drosselstelle ,0, über den Anschluß
A und schließlich über die Umfangsausnehmung 31 des Steuerschiebers, die sich in
diesem Betriebszustand in Überdeckung mit dem Anschluß P befindet. In der Kammer
6 wird auf diese Weise wieder der erforderliche Halterdruck aufgebaut, der den Steuerschieber
in der zweiten möglichen Schaltstellung sicher fixiert.