DE29706194U1

DE29706194U1 - Ventil

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Publication number: DE29706194U1
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Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2007-04-09
Also published as: DE19801613A1

Description

G 17 863 - lens 13. März 1997

Festo KG. 73734 Esslinqen

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einer Düseneinrichtung, die einen an einem Grundkörper angeordneten Düsenkörper mit einer durchgehenden Düsenöffnung aufweist, wobei an der eingangsseitigen Mündung der Düsenöffnung im Betrieb ein unter einem Eingangsdruck stehendes fluidisches Druckmedium ansteht und der ausgangsseitigen Mündung ein mit dieser zusammenarbeitendes Ventilglied zugeordnet ist.

Ventile enthalten regelmäßig eine Düseneinrichtung, die über einen Düsenkörper mit einer durchgehenden Düsenöffnung verfügt, wobei der Düsenöffnung ausgangsseitig ein Ventilglied zugeordnet ist, um das Hindurchströmen des Druckmediums durch die Düsenöffnung zu beeinflussen. Bei sogenannten Schaltventilen ist die ausgangsseitige Mündung der Düsenöffnung mit einem Ventilsitz umgeben, dem ein elektrisch betätigbares Ventilglied gegenüberliegt, das bei einem als Öffner ausgebildeten Ventil normalerweise eine Schließstellung einnimmt, in der es durch Federkraft am Düsenkörper anliegt und die Düsenöffnung verschließt. Die Federkraft kann beispielsweise von einer separaten Federeinrichtung oder, wenn das Ventilglied von einem pie-

zo-elektrischen Biegewandler gebildet ist, vom vorgespannten Ventilglied selbst geliefert werden.

In der Schließstellung des Ventils ist das Ventilglied vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium, beispielsweise Druckluft, beaufschlagt. Je höher der Eingangsdruck ist, desto stärker ist die daraus resultierende Fluidkraft, die durch die Düsenöffnung hindurch in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied einwirkt. Bei einem optimal ausgelegten Ventil wird daher der Betätigungsmechanismus möglichst genau an den zu erwartenden Versorgungsdruck angepaßt. Dies hat allerdings zur Folge, daß für unterschiedliche Versorgungs- bzw. Eingangsdrücke auch unterschiedliche Ventiltypen benötigt werden, was einen großen herstellungstechnischen und logistischen Aufwand erfordert. Meist geht man daher den Weg, das Ventil dadurch für unterschiedliche Versorgungsdrücke geeignet zu machen, daß man sich bei der Auslegung der die Schließkraft liefernden Federeinrichtung am größten möglichen Versorgungsdruck orientiert. Entsprechend groß ist dann aber auch der übrige Teil des Betätigungsmechanismus auszulegen, beispielsweise eines Elektromagneten, was insgesamt zu großen Abmessungen und einer hohen Leistungsaufnahme führt, und zwar auch dann, wenn das Ventil aufgrund gegebener Umstände mit einem nur geringem Versorgungsdruck betrieben wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich bei einfachem Aufbau und angemessener Leistungsaufnahme für den Betrieb mit unterschiedlichen Versorgungsdrücken eignet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Düsenkörper wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildet und so angeordnet ist, daß neben der eingangsseitigen Mündung liegende Flächenabschnitte des Düsenkörpers vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium beaufschlagt werden, wobei der Düsenkörper in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangsdruckes eine mehr oder weniger starke elastische Verformung erfährt, bei der mit ansteigendem Eingangsdruck eine zumindest partielle Verformung des Düsenkörpers in Richtung des Ventilgliedes und/oder eine Verringerung des Querschnittes der Düsenöffnung auftritt.

Auf diese Weise liegt ein Ventil vor, das sich in Bezug auf die für das Ventilglied notwendigen Schließkräfte selbsttätig an den als Eingangsdruck anliegenden Versorgungsdruck anpaßt. Die Anpassung wird durch eine Verformung des wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildeten Düsenkörpers herbeigeführt, an dem das Druckmedium nicht nur im Bereich der eingangsseitigen Mündung ansteht, sondern auch an Flächenabschnitten, die seitlich neben der eingangsseitigen Mündung liegen, so daß das Druckmedium eine gezielte Druckkraft auf den Düsenkörper ausübt. Diese Druckkraft führt je nach Einleitung dazu, daß sich der Düsenkörper vorzugsweise partiell in Richtung des Ventilgliedes verlagert und/oder eine Verringerung des durch die Düsenöffnung bereitgestellten Strömungsquerschnittes erfolgt.

Liegt beispielsweise das Ventilglied in der Schließstellung an der ausgangsseitigen Mündung des Düsenkörpers an, so kann eine Erhöhung des Eingangsdruckes zu einer Verlagerung der betreffenden Zone des Düsenkörpers in Richtung des Ventilgliedes füh-

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ren, wobei das Ventilglied ebenfalls entgegen der es beaufschlagenden Federkraft ausgelenkt wird, so daß sich die Vorspannung und somit die Schließkraft erhöht. Das Ventilglied wird dann verstärkt in die Schließstellung gedrückt und kann dem höheren Eingangsdruck standhalten.

Alternativ kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß die aus einem höheren Eingangsdruck resultierende Verformung des Düsenkörpers eine Verengung des Querschnittes der Düsenöffnung hervorruft. Dadurch reduziert sich die wirksame Fläche, mit der das Druckmedium auf das Ventilglied einwirkt und somit auch die das Ventilglied in Offnungsrichtung beaufschlagende Fluidkraft. Unabhängig von der Höhe des anstehenden Eingangsdruckes kann daher mit einer gleichbleibenden Schließkraft gearbeitet werden.

Es ist auch ohne weiteres möglich, die Ausgestaltung und Anordnung des Düsenkörpers so zu treffen, daß sich die beiden vorerwähnten Effekte überlagern und insbesondere gleichzeitig auftreten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Um zu erreichen, daß sich der Düsenkörper um so weiter in Richtung des Ventilgliedes verformt, je höher der anstehende Eingangsdruck ist, sieht man am Düsenkörper zweckmaßigerweise eine die eingangsseitige Mündung umgebende insbesondere kreisringförmige Ringfläche vor, die dem Eingangsdruck ausgesetzt ist,

wobei sich die Ringfläche zweckmäßigerweise unmittelbar in Durchmesserrichtung bzw. radial an die eingangsseitige Mündung anschließt. Dies kann man beispielsweise dadurch realisieren, daß man den zum Düsenkörper führenden, mit dem Versorgungsdruck beaufschlagten Eingangskanal mit einer größeren Querschnittsfläche versieht als die Düsenöffnung. Die Differenz der Flächen des Eingangskanals und der Düsenöffnung ergibt eine Differenzfläche, aus der sich in Verbindung mit dem einwirkenden Versorgungsdruck die zusätzliche Kraft ergibt, mit welcher der Düsenkörper verformt wird.

Um zu erreichen, daß sich der Querschnitt der Düsenöffnung um so mehr verringert, je größer der anstehende Eingangsdruck ist, sieht man im Bereich der eingangsseitigen Fläche des Düsenkörpers zweckmäßigerweise eine oder mehrere Unterteilungswände vor, die mehrere zum Beispiel konzentrisch zueinander angeordnete Zonen voneinander abteilen, welche vom Eingangsdruck beaufschlagt sind. Eine zentrale Zone hat dabei zweckmäßigerweise den gleichen Querschnitt wie die Düsenöffnung im Bereich der eingangsseitigen Mündung und ist fluchtend zu dieser angeordnet. Eine davon abgeteilte weitere Zone kann ringförmig ausgebildet sein, so daß der darin anstehende Eingangsdruck eine am Düsenkörper vorgesehene Ringfläche beaufschlagt, die die eingangsseitige Mündung mit radialem Abstand konzentrisch umgibt. Auch hier verläuft bei Druckbeaufschlagung die Hauptverformungsrichtung längs der Düsenöffnung, führt jedoch wegen der mit Abstand zur eingangsseitigen Mündung angeordneten Krafteinleitungszone zu einer radial nach innen gerichteten Kraft-

komponente, die eine Verengung des Düsenquerschnittes insbesondere im Bereich der ausgangsseitigen Mündung bewirkt.

Um optimale Verformungseigenschaften für den Düsenkörper zu erhalten, empfiehlt es sich, seine elastischen Bereiche und, bei bevorzugter vollständiger elastischer Ausgestaltung, den Düsenkörper insgesamt aus Material mit gummielastischen Eigenschaften auszubilden, beispielsweise aus Elastomermaterial oder aus natürlichem oder synthetischem Kautschukmaterial, beispielsweise NBR-Material (Nitrile-Butadiene-Rubber).

Es ist noch zu erwähnen, daß die Erfindung nicht nur bei kreisförmiger Geometrie der Anordnung zur Anwendung gelangen kann, sondern auch bei beliebiger anderer Formgebung, beispielsweise einer ovalen oder elliptischen Ausgestaltung des Düsenkörpers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils am Beispiel eines nur in den hier interessierenden Teilen im Längsschnitt dargestellten Piezoventils,

Figur 2 eine Draufsicht auf das Ventil aus Figur 1 mit Blick gemäß Pfeil II im Bereich der Düse ohne Darstellung des von einem Biegewandler gebildeten Ventilgliedes, und

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Figur 3 eine weitere Ausführungsform des Ventils im

Längsschnitt, wiederum im Bereich der Düseneinrichtung, wobei ein konventionell, beispielsweise mittels eines Elektromagneten betätigtes Ventilglied vorgesehen ist.

Die beiden in der Zeichnung ausschnittsweise dargestellten Ventile 1, 1' verfügen jeweils über einen Grundkörper 2, der meist gleichzeitig das Ventilgehäuse bildet. In dem Grundkörper 2 ist ein Eingangskanal 3 ausgebildet, der mit einer nicht näher dargestellten fluidischen und insbesondere pneumatischen Druckmittelquelle verbindbar ist, so daß im Betrieb des Ventils 1, 1' an dem Eingangskanal 3 ein fluidisches Druckmedium ansteht. Das Druckmedium steht unter einem vorgegebenen Versorgungsdruck, der in dem Eingangskanal 3 als Eingangsdruck wirkt.

An den Eingangskanal 3 schließt sich eine die Verbindung zum Innern des Ventils herstellende Ventileintrittsöffnung an, die als Düsenöffnung 4 bezeichnet sei, da sie meist über einen nur geringen Querschnitt verfügt. Die Düsenöffnung 4 ist in einem fest mit dem Grundkörper 2 verbundenen und vorzugsweise separaten Körper ausgebildet, der als Düsenkörper 5 bezeichnet sei und zu einer Düseneinrichtung 9 gehört. Er bildet praktisch eine den Eingangskanal 3 überdeckende Wand, die von der Düsenöffnung 4 durchsetzt ist. Die Längsachse 6 der Düsenöffnung 4 fällt zweckmäßigerweise mit der Längsachse des vorausgehenden Endabschnittes des Eingangskanals 3 zusammen.

Die Düsenöffnung 4 hat eine dem Eingangskanal 3 zugewandte eingangsseitige Mündung 7. Ihrer axial entgegengesetzten, vom Eingangskanal 3 wegweisenden ausgangsseitigen Mündung 8 ist ein Ventilglied 12 zugeordnet, das eine der ausgangsseitigen Mündung 8 gegenüberliegende Verschlußpartie 13 aufweist.

Das Ventil gemäß Figuren 1 und 2 ist als Piezoventil ausgebildet. Sein Ventilglied 12 umfaßt einen stabähnlichen piezo-elektrischen Biegewandler 14, der in an sich bekannter Weise mit einem Ende 15 am Grundkörper 2 festgelegt ist und mit seinem die Verschlußpartie 13 aufweisenden entgegengesetzten freien Endbereich 16 über die ausgangsseitige Mündung 8 ragt. Die einseitige Einspannung ist so gewählt, daß der Biegewandler 14 im unbetätigten Zustand mit seiner Verschlußpartie 13 unter Vorspannung an dem die ausgangsseitige Mündung 8 umschließenden Rand des Düsenkörpers 5 anliegt und die Düsenöffnung 4 dadurch verschließt. Es handelt sich also um ein als Öffner ausgebildetes, normalerweise geschlossenes Ventil. In Figur 1 ist in durchgezogenen Linien eine Schließstellung dargestellt. Zum Öffnen des Ventils wird in an sich bekannter Weise eine Spannung an den mehrschichtigen Biegewandler 14 angelegt, so daß er sich vom Düsenkörper 5 weg krümmt, wobei er von der ausgangsseitigen Mündung 8 abhebt und die Düsenöffnung 4 zur Durchströmung vorgibt. Die Vorspannkraft bzw. Schließkraft des Biegewandlers 14 ist eine Federkraft, die aufgrund der federelastischen Eigenschaften des in der Schließstellung verformten Biegewandlers 14 auftritt.

Bei dem Ventil I¹ der Figur 3 handelt es sich um ein Magnetventil, das einen nicht näher dargestellten Elektromagneten aufweist, dessen Anker das Ventilglied 12 bildet oder mit diesem in Wirkverbindung steht. Eine schematisch angedeutete Federeinrichtung 17 beaufschlagt das Ventilglied 12 ebenfalls in Schließrichtung 18, so daß dieses in der unbetätigten Ausgangsstellung durch Federkraft in die in Figur 3 strichpunktiert angedeutete Schließstellung 22 gedrückt wird, in der die Verschlußpartie 13 die ausgangsseitige Mündung 8 unter Anlage am Düsenkörper 5 dicht abdeckt.

Zum Umschalten in die Offenstellung wird bei dem Ventil 1' gemäß Figur 3 der Elektromagnet durch Anlegen einer Spannung erregt, so daß das Ventilglied 12 entgegen der Schließkraft der Federeinrichtung 17 von der ausgangsseitigen Mündung 8 abgehoben und in die in durchgezogenen Linien gezeigte Offenstellung verlagert wird, so daß das Druckmedium vom Eingangskanal 3 durch die Düsenöffnung 4 hindurch in die sich anschließende Ventilkammer 23 einströmen kann.

Die Betätigungsarten der beiden Ventile 1, 1' sind nur exemplarisch erwähnt und könnten auch auf andere Weise verwirklicht werden oder untereinander ausgetauscht werden. Auch könnte an dem Biegewandler eine zusätzliche Federeinrichtung angreifen, um die Schließkraft zu unterstützen oder allein zu liefern.

Der Düsenkörper 5 des Ausführungsbeispiels ist scheibenähnlich flach ausgebildet und mit seinem äußeren umlaufenden Rand 24 an dem Grundkörper 2 festgelegt. Der Grundkörper 2 kann hierzu

eine Ausnehmung 25 aufweisen, in der der Rand 24 fest eingespannt ist. Der Düsenkörper 5 kann am Grundkörper 2 durch Klebung festgelegt sein.

Der Düsenkörper 5 ist desweiteren wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildet, wobei er bei den Ausführungsbeispielen jeweils insgesamt als elastischer Körper ausgeführt ist und aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht. Er kann beispielsweise aus Elastomermaterial oder Gummimaterial bestehen, beim Ausführungsbeispiel besteht er aus synthetischem Nitril-Kautschuk bzw. NBR-Material.

Beide Ventile 1, 1' sind auf der Eingangsseite des Düsenkörpers 5 so ausgebildet, daß neben der eingangsseitigen Mündung 7 liegende Flächenabschnitte des Düsenkörpers 5 von dem im Eingangskanal 3 anstehenden Druckmedium beaufschlagt werden. Dem zuströmenden Druckmedium steht daher eine vom Düsenkörper 5 gebildete Staufläche entgegen, auf die das Druckmedium außerhalb der Düsenöffnung 4 in zur Längsachse 6 insbesondere paralleler Richtung einwirkt. Infolge der Gummielastizität des Dichtkörpers 5 wird dieser dabei entsprechend der Höhe des Eingangsdruckes mehr oder weniger weit reversibel verformt. Diese Verformung bewirkt, daß ohne Veränderung der Federkonstante des Biegewandlers 14 und/oder der Federeinrichtung 17 unabhängig von der Höhe des anstehenden Eingangsdruckes eine ausreichende, stets sicher schließende und dennoch nicht überdimensionierte Schließkraft vorliegt.

Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist die Anordnung so getroffen, daß sich mit ansteigendem Eingangsdruck eine partielle Verformung des Düsenkörpers 5 in Richtung des Ventilgliedes 12 ergibt. In Figur 1 ist der bei einem relativ niedrigen Eingangsdruck vorhandene, unverformte Verformungszustand des Düsenkörpers 5 in durchgezogenen Linien gezeigt. Strichpunktiert bei 26 ist ein Verformungszustand des Düsenkörpers 5 bei erhöhtem Eingangsdruck eingezeichnet. Der Düsenkörper 5 ist dabei in Richtung zur Ventilkammer 23 bzw. zur Verschlußpartie 13 ausgebaucht, wobei sich sein die Düsenöffnung 4 umgebender zentraler Bereich 27 axial ein Stück weit in Richtung der Verschlußpartie 13 verlagert und letztere in die in Figur 1 strichpunktiert angedeutete Stellung 28 ausgelenkt hat. Das Ventilglied 12 nimmt dann zwar weiterhin die Schließstellung ein, doch liegt es infolge der Auslenkung und der dadurch resultierenden höheren Federkraft mit einer größeren Schließkraft am Düsenkörper 5 an. Somit ist das Ventilglied 12 in der Lage, trotz eines erhöhten Eingangsdruckes und einer daraus resultierenden höheren fluidischen Öffnungskraft die notwendige Dichtheit zum Verschließen der Düsenöffnung 4 zu gewährleisten. Von Vorteil ist dabei die stufenlos Anpassung der Schließkraft an den jeweils herrschenden Eingangsdruck, da der Verformungsgrad des Düsenkörpers 5 umso größer ist je höher der anliegende Eingangsdruck ist.

Um den Effekt des sich zentral ausbeulenden Düsenkörpers 5 zu erhalten, ist der Eingangskanal 3 zumindest in dem dem Düsenkörper 5 benachbarten Endabschnitt mit einem im Vergleich zur Düsenöffnung 4 größeren Querschnitt ausgeführt. Infolge der mit

Bezug zur Düsenöffnung 4 koaxialen Anordnung liegt somit an der dem Eingangskanal 3 zugewandten Grundfläche 32 eine sich radial unmittelbar an die eingangsseitige Mündung 7 anschließende und diese konzentrisch umgebende Ringfläche 33 vor, die von dem im Eingangskanal 3 anstehenden Druckmedium beaufschlagt wird. Mit den radial weiter außen liegenden Flächenabschnitten 34 der Grundfläche 32 liegt der Grundkörper 2 beim Ausführungsbeispiel flächig am Grundkörper 2 an und kann mit diesem beispielsweise durch Verkleben fest verbunden sein, so daß sie dem Eingangsdruck nicht ausgesetzt sind.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 basiert der erfindungsgemäße Effekt darauf, daß mit zunehmenden Eingangsdruck durch die Verformung des Düsenkörpers 5 eine zunehmende Verringerung des Querschnittes der Düsenöffnung 4 auftritt. Dadurch reduziert sich bei in Schließstellung 22 befindlichem Ventilglied 12 die vom Druckmedium beaufschlagte Fläche der Verschlußpartie 13, was eine Reduzierung der in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 12 einwirkenden Fluidkraft nach sich zieht.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sieht die konstruktive Realisierung wiederum eine radial außerhalb der eingangsseitigen Mündung 7 liegende Ringfläche 33' an der Grundfläche 32 vor, die vom Eingangsdruck beaufschlagt wird. Allerdings ist die Ringfläche 33' mit radialem Abstand zur eingangsseitigen Mündung 7 angeordnet. Dadurch wird der Düsenkörper 5 in einem radial außerhalb der Düsenöffnung 4 liegenden, letztere konzentrisch umschließenden Bereich 35 mit zunehmendem Eingangsdruck in Richtung zum Ventilglied 12 axial verformt, wobei eine ra-

dial nach innen gerichtete Verformungskomponente überlagert ist, die zu einer Verengung des Durchmessers der Düsenöffnung führt. Der verformte Zustand ist strichpunktiert bei 26' angedeutet .

Ausgehend von einer im unverformten Zustand zylindrischen Düsenöffnung 4 ergibt sich beim Ausführungsbexspiel mit größer werdendem Eingangsdruck eine Verformung der Kontur der Düsenöffnung 4 zu einer aus Figur 3 strichpunktiert hervorgehenden konischen Form 36, wobei sich der Querschnitt ausgehend von der eingangsseitigen Mündung 7 in Richtung zur ausgangsseitigen Mündung 8 allmählich verringert und der geringste Querschnitt insbesondere im Bereich der ausgangsseitigen Mündung 8 vorliegt.

Um die die eingangsseitige Mündung 7 mit Abstand umgebende Ringfläche 33' zu realisieren, ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 der sich an die Grundfläche 32 des Düsenkörpers 5 anschließende Endabschnitt des Eingangskanals 3 durch eine fest mit dem Grundkörper 2 verbundene Unterteilungswand 37 in zwei vom Eingangsdruck beaufschlagte Zonen 3 8 unterteilt. Die Unterteilungswand 3 7 hat ringförmige Gestalt und ist koaxial zur Düsenöffnung 4 angeordnet, wobei ihr Innendurchmesser demjenigen der Düsenöffnung 4 entspricht und fluchtend in die Düsenöffnung 4 übergeht. Der Außendurchmesser der Unterteilungswand 37 ist geringer als der Innendurchmesser des die Unterteilungswand enthaltenden Endabschnittes des Eingangskanals 3. Die Unterteilungswand 3 7 definiert daher eine unmittelbar in die Düsenöffnung 4 übergehende zentrale Zone 38' und eine radial zwischen

der Unterteilungswand 37 und der umgebenden Wand des Grundkörpers 2 angeordnete ringförmige Zone 38". Über die zentrale Zone 38, 38' wird somit nur die Düsenöffnung 4 beaufschlagt, so daß praktisch keine axialen Kräfte auf den Düsenkörper 5 ausgeübt werden. Im Bereich der ringförmigen Zone 38" hingegen bewirkt der Eingangsdruck eine axial gerichtete Beaufschlagung der zugeordneten Ringfläche 33'.

Im Kontaktbereich zwischen dem Düsenkörper 5 und der zugeordneten Stirnseite der Unterteilungswand 37 liegt zweckmäßigerweise eine feste Verbindung vor, beispielsweise eine Klebeverbindung. Die Fixierung der Unterteilungswand 37 innerhalb des Eingangskanals 3 erfolgt beispielsweise mittels einzelner sich radial zwischen dem Grundkörper 2 und der Unterteilungswand 37 erstreckender Haltearme 42.

Die in Figuren 1 und 3 eingezeichneten Pfeile 43 geben die Druckbeaufschlagung durch den Eingangsdruck wieder.

Es versteht sich, daß sich die Anordnung ohne weiteres so treffen läßt, daß die beiden Effekte der axialen Verformung bzw. Verlagerung des Düsenkörpers 5 und des sich verringernden Querschnittes der Düsenöffnung 4 gleichzeitig überlagert oder nacheinander auftreten.

Bei beiden Ausführungsformen liegt eine durch Druck elastisch verformbare Düse zur automatischen Regulierung der notwendigen Düsen-Verschlußkraft vor. Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 erfolgt dabei ein definiertes elastisches Verformen ei-

ner Düse durch den Versorgungsdruck. Die Hauptverformungsrichtung verläuft längs der Düsenöffnung 4 und die Verformung gleicht einem Ausbeulen des Düsenkörpers 5. Wird diese Verformung ganz oder teilweise durch das anliegende Ventilglied 12 verhindert, so erhält man eine von der Größe des Versorgungsdruckes bzw. des Eingangsdruckes abhängige Zusatzkraft. Diese preßt den Düsenkörper und das Ventilglied stärker gegeneinander und wirkt damit gegen die im Öffnungsquerschnitt der Düsenöffnung 4 größer gewordene Druckkraft.

Würde man wie bisher einen starren Düsenkörper 5 verwenden, müßte das Ventilglied 12 gegen den größten möglichen Eingangsdruck mechanisch vorgespannt werden bzw. die Vorspannung des Ventilgliedes 12 auf diese Bedingung ausgelegt werden. Dies beispielsweise durch elastisches Vorspannen des Biegewandlers 14 oder durch Einsatz einer zusätzlichen Federeinrichtung. Würde das Ventil mit geringem Druck betrieben, ergäbe sich durch die Überdimensionierung eine Verschwendung an zur Verfügung stehender Schließkraft und bereitgestelltem Öffnungsweg. Mit einer sich dem Eingangsdruck anpassenden Düse reguliert sich die mechanische Vorspannung des Ventilgliedes hingegen automatisch. Auch bei hohem Versorgungsdruck ist eine ausreichende Schließkraft gegeben und bei geringerem Versorgungsdruck kann im Vergleich zu einem starren Düsenkörper wegen der geringeren Federvorspannung ein größerer Öffnungsspalt in der Offenstellung zur Verfügung gestellt werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 findet eine elastische Verformung des Düsenquerschnittes durch den Versorgungsdruck

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statt. Wird am Düsenkörper der Eingangsdruck erhöht, verengt sich aufgrund des besonderen Aufbaues der Düseneinrichtung 9 die Düsenöffnung 4. Durch die Verengung des Querschnittes verringert sich die druckbeaufschlagte Fläche des Ventilgliedes 12, und die Kraft, die benötigt wird, um die Düsenöffnung 4 zu verschließen, bleibt je nach Ausprägung des Düsenkörpers 5 beinahe konstant.

Die Härte des zur Realisierung des Düsenkörpers 5 verwendeten elastischen Materials kann beispielsweise im Bereich von 80 Shore liegen. Der Grundkörper 2, an dem der Düsenkörper 5 festgelegt ist, ist im Vergleich dazu als steifer, starrer Körper anzusehen.

Claims

G 17 863 - lens 13. März 1997 Festo KG, 73734 Esslincren Ventil Ansprüche

1. Ventil, mit einer Düseneinrichtung, die einen an einem
Grundkörper (2) angeordneten Düsenkörper (5) mit einer durchgehenden Düsenöffnung (4) aufweist, wobei an der eingangsseitigen Mündung (7) der Düsenöffnung (4) im Betrieb ein unter einem
Eingangsdruck stehendes fluidisches Druckmedium ansteht und der ausgangsseitigen Mündung (8) ein mit dieser zusammenarbeitendes Ventilglied (12) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Düsenkörper (5) wenigstens teilweise elastisch verformbar
ausgebildet und so angeordnet ist, daß neben der eingangsseitigen Mündung (7) liegende Flächenabschnitte {33, 33') des Düsenkörpers (5) vom eingangsseitig anstehenden Druckmedium beaufschlagt
werden, wobei der Düsenkörper (5) in Abhängigkeit von
der Höhe des Eingangsdruckes eine mehr oder weniger starke elastische Verformung erfährt, bei der mit ansteigendem Eingangsdruck
eine zumindest partielle Verformung des Düsenkörpers (5)
in Richtung des Ventilgliedes . (12) und/oder eine Verringerung
des Querschnittes der Düsenöffnung (4) auftritt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Düsenkörper (5) zumindest in dem der Düsenöffnung (4) zugeordneten zentralen Bereich (27) mit zunehmendem Eingangsdruck in Richtung zum Ventilglied (12) verformt und insbesondere ausbaucht und dabei das in Schließstellung am Düsenkörper (5) anliegende Ventilglied (12) beaufschlagt.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Düsenkörper (5) in einem in Durchmesserrichtung und insbesondere radial außerhalb der Düsenöffnung (4) liegenden, die Düsenöffnung (4) insbesondere konzentrisch umschließenden Bereich mit zunehmendem Eingangsdruck in Richtung zum Ventilglied (12) verformt und dabei eine Verengung der Düsenöffnung (4) herbeiführt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) mit wenigstens einer die eingangsseitige Mündung (7) umgebenden beispielsweise kreisringförmigen Ringfläche (33, 33') dem Eingangsdruck ausgesetzt ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Ringfläche (33) unmittelbar an die eingangsseitige Mündung (7) anschließt.

6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringfläche (33') die eingangsseitige Mündung (7) mit Querabstand und vorzugsweise radialem Abstand insbesondere konzentrisch umgibt.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der eingangsseitigen Grundfläche (32) des Düsenkörpers (5) eine oder mehrere fest mit dem Grundkörper (2) verbundene Unterteilungswände (37) vorgesehen sind, die vom Eingangsdruck beaufschlagte Zonen (38, 38', 38") voneinander abteilen.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Bereiche des Düsenkörpers (5) aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehen, beispielsweise aus NBR-Material.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) insgesamt aus elastisch verformbarem Material besteht.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (5) scheibenähnlich ausgebildet und mit dem äußeren umlaufenden Rand (24) am Grundkörper (2) festgelegt ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (12) ein piezo-elektrischer Biegewandler (14) ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (12) durch Federkraft in eine am Düsenkörper (5) anliegende und dabei die Düsenöffnung (4) verschließende Schließstellung vorgespannt ist.