DE10130956A1 - Durchgangsventil - Google Patents

Abstract

Ein Durchgangsventil weist einen Ventilmechanismus (16) mit einem Verschiebungsmechanismus (40) zum Öffnen und Schließen eines Fluiddurchgangs (22) unter der Wirkung eines von einem Pilotanschluss (76) zugeführten Steuerdruckes auf. Der Pilotanschluss (76) ist an einem Ringelement (74) ausgebildet, das zwischen einem Grundkörper (24) und einer Kappe (32) angeordnet ist, und ist durch das Ringelement (74) in Umfangsrichtung drehbar (Fig. 2).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Durchgangsventil (Zweiwegventil) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss für die Zufuhr und Abfuhr von Druckfluid in zwei Richtungen.

Durchgangsventile werden herkömmlicherweise bspw. in Fluidkreisen einge­ setzt. Ein Durchgangsventil weist einen ersten Anschluss und einen zweiten An­ schluss für die Zufuhr und Abfuhr von Druckfluid und einen Ventilkörper zum Öffnen und Schließen eines Verbindungsdurchgangs zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen auf. Der Ventilkörper wird durch Steuerdruck (Pilotdruck) betätigt, der durch einen Pilotanschluss zugeführt wird.

Bei den herkömmlichen Durchgangsventilen ist der Pilotanschluss an einer fest­ gelegten Position des Ventilkörpers befestigt. Ist der Installationsraum nur klein, ist es schwierig, ein Rohr an den Pilotanschluss anzuschließen, und es ist au­ ßerdem schwierig, die Richtung eines solchen Rohres frei zu ändern, da die Richtung des Rohres festgelegt ist. Dementsprechend ist die Verwendbarkeit nicht zufriedenstellend.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Durchgangsventil vorzuschlagen, bei dem die Position eines Pilotanschlusses in Abhängigkeit von der Installati­ onsumgebung frei geändert werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Durchgangsventil erlaubt eine einfache Verrohrung, wo­ bei die Rohre oder Rohrleitungen entsprechend den Bedürfnissen frei angeord­ net werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Durch­ gangsventils gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Durchgangsventil gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine teilweise aufgebrochene, explosionsartige Vorderansicht des Durchgangsventils.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht von unten, die ein Ringelement des Durchgangsventils darstellt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Grundkörper des Durchgangsventils.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Durchgangsventil ge­ mäß der vorliegenden Erfindung.

Das Durchgangsventil 10 umfasst im Wesentlichen einen Verbindungsabschnitt 14, der lösbar mit einem Paar von Rohrleitungen 12a und 12b verbunden ist, einen Ventilmechanismus 16, der über dem Verbindungsabschnitt 14 angeord­ net ist, und einen Steuerdruckzufuhrabschnitt 18 für die Zufuhr eines Steuerdru­ ckes (Pilotdruckes) zur Betätigung des Ventilmechanismus.

Der Verbindungsabschnitt 14, der Ventilmechanismus 16 und der Steuerdruck­ zufuhrabschnitt 18 sind zu einer Einheit zusammengesetzt.

Der Verbindungsabschnitt 14 weist, wie in Fig. 2 gezeigt, einen ersten An­ schluss 20a und einen zweiten Anschluss 20b auf, die an seinen gegenüberlie­ genden Enden ausgebildet sind. Außerdem umfasst der Verbindungsabschnitt 14 einen Grundkörper 24, ein Paar innerer Elemente 26 und eine Paar von Ver­ riegelungsmuttern 28. In dem Grundkörper 24 ist ein Fluiddurchgang 22 ausge­ bildet, der den ersten Anschluss 20a mit dem zweiten Anschluss 20b verbindet. Die inneren Elemente 26 stehen mit dem Grundkörper 24 in dem ersten An­ schluss 20a und dem zweiten Anschluss 20b in Eingriff und sind in Öffnungen der Rohre 12a bzw. 12b eingesetzt. Die Verriegelungsmuttern 28 sind über Ge­ windeabschnitte des Grundkörpers 24 geschraubt und gewährleisten eine luft­ dichte und flüssigkeitsdichte Verbindung an den Verbindungsbereichen zwi­ schen den Rohren 12a und 12b und den inneren Elementen 26.

Eine Abdichtung wird durch Eingriff zwischen den inneren Elementen 26 und anderen Elementen erreicht. Die inneren Elemente 26 weisen Dichtflächen auf, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des Verbindungsabschnitts 14 verlau­ fen. Schräge Flächen der inneren Elemente 26 haben keine Dichtwirkung. Der Aufbau des Verbindungsabschnitts 14 ist im Detail in dem US-Patent Nr. 5,996,632 des vorliegenden Anmelders beschrieben. Auf die dortige Beschrei­ bung des Verbindungsabschnitts 14 wird Bezug genommen.

Eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung 30 ist an dem oberen Teil des Grundkörpers 24 ausgebildet. Die Öffnung 30 wird durch eine Kappe 32 ver­ schlossen. Außerdem ist ein Paar von Befestigungselementen 36a und 36b mit jeweils einem U-förmigen Abschnitt 34 an dem unteren Teil des Grundkörpers 24 vorgesehen. Die Befestigungselemente 36a und 36b sind einander gegen­ überliegend auf einer geraden Linie angeordnet, die senkrecht zu einer nicht dargestellten imaginären Linie steht, die den ersten Anschluss 20a mit dem zweiten Anschluss 20b verbindet (vgl. Fig. 5).

Der Ventilmechanismus 16 umfasst einen Verschiebungsmechanismus 40, der entlang einer Zylinderkammer 38 in dem Grundkörper 24 in der durch Pfeile X1 und X2 bezeichneten Richtung verschiebbar ist, um den Fluiddurchgang 22 zu öffnen und zu schließen.

Der Verschiebungsmechanismus 40 umfasst einen Kolben 42 mit T-förmigem Querschnitt, eine Stange 44, die in eine axial in dem Kolben 42 ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt ist, eine Membran 46 und eine Mutter 48. Die Membran 46 ist mit einem Ende der Stange 44 verbunden und wird gemeinsam mit dem Kolben 42 verschoben. Die Mutter 48 ist mit dem anderen Ende der Stange 44 verbunden.

Zwischen dem Kolben 42 und der Kappe 32 ist eine Kammer 50 ausgebildet. Ein Paar von Federn 54a und 54b mit unterschiedlichem Durchmesser, d. h. eine äußere Feder 54a und eine innere Feder 54b, sind in der Kammer 50 an­ geordnet. Die unteren Enden der Federn 54a und 54b sind mit der oberen Flä­ che des Kolbens 42 verbunden, während die oberen Enden der Federn 54a und 54b auf einem im Wesentlichen kreisförmigen Federsitz 52 aufsitzen. Der Ver­ schiebungsmechanismus 40 mit der Membran 46 wird durch die Vorspannkraft der Federn 54a und 54b nach unten (in Richtung X2) vorgespannt.

Ein Verbindungsdurchgang 56 (vgl. Fig. 1), der im Wesentlichen parallel zu der Achse der Stange 44 verläuft, ist in dem Kolben 42 ausgebildet, um die Kammer 50 mit einer Membrankammer 58 zu verbinden. Somit kann Luft in der Kammer 50 über einen Fluideinlass/-auslassanschluss 60 nach außen abgeführt werden, wie später beschrieben wird.

Der Kolben 42 umfasst einen Abschnitt mit größerem Durchmesser, der eine Ringnut zur Befestigung einer V-Dichtung 62a aufweist, und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, der Ringnuten zur Befestigung einer zweiten V-Dichtung 62b und eines O-Rings 64 aufweist.

Die Membrankammer 58 ist unterhalb des Kolbens 42 ausgebildet und wird durch die Membran 46 abgedeckt. Die Membrankammer 58 steht durch den Flu­ ideinlass/-auslassanschluss 60 mit dem Äußeren in Verbindung. Da die Kammer 50 durch den Verbindungsdurchgang 56 mit der Membrankammer 58 in Verbin­ dung steht, kann Luft in der Kammer 50 und der Membrankammer 58 über den Fluideinlass/-auslassanschluss 60 nach außen abgeführt werden.

Außerdem ist, wie in Fig. 1 gezeigt, ein ringförmiger Befestigungsabschnitt 66, der den Fluideinlass/-auslassanschluss 60 aufweist, über einen nicht darge­ stellten Rohrverbinder mit einem Rohr oder dergleichen verbunden. Auf diese Weise kann Luft in der Kammer 50 und der Kammer 58 nach Wunsch nach au­ ßen abgeführt werden. Dadurch kann das Durchgangsventil 10 gemäß der vor­ liegenden Erfindung auch in einem Reinraum verwendet werden, da das Durch­ gangsventil 10 die Luft in dem Reinraum nicht verschmutzt.

Die Membran 46 ist mit einem unteren Teil des Kolbens 42 durch Verbinden der Membran 46 mit der Stange 44 gekoppelt. Dadurch wird die Membran 46 ge­ meinsam mit dem Kolben 42 verschoben und dient als Ventilstopfen. Wenn die Membran 46 von einem Ventilsitz 68 abgehoben wird, um einen Freiraum zwi­ schen der Membran 46 und dem Ventilsitz 68 herzustellen, wird der Fluiddurch­ gang 22 geöffnet, sodass Druckfluid (oder nicht unter Druck stehendes Fluid) in dem Fluiddurchgang 22 fließen kann. Wenn die Membran 46 auf dem Ventilsitz 68 aufsitzt, ist der Fluiddurchgang 22 geschlossen, sodass der Fluidstrom in dem Fluiddurchgang 22 unterbrochen ist. Dementsprechend kann die Membran 46 den Zustand des Fluiddurchgangs 22 zwischen einem Durchfluss- und einem Unterbrechungszustand leicht umschalten.

Ein ringförmiges Schutzelement 70 aus einem elastischen Material, wie Gummi, ist an der oberen Fläche des Membran 46 vorgesehen, um einen dünnwandigen Abschnitt der Membran 46 zu schützen. Das Schutzelement 70 wird von einem gebogenen Stützelement 72 gehalten, das an einem unteren Teil der Stange 44 befestigt ist.

Ein Ringelement 74 ist zwischen dem Grundkörper 24 und der Kappe 32 ange­ ordnet. Das Ringelement 74 ist in Umfangsrichtung um die Achse der Stange 44 drehbar. Das Ringelement 74 weist einen Pilotanschluss 76 auf, der mit der Zy­ linderkammer 38 in Verbindung steht. Dadurch kann der Pilotanschluss 76 auf eine beliebige Winkelposition um die Achse der Stange 44 eingestellt werden. Der Pilotanschluss 76 ist über einen Verbindungsabschnitt 14a mit einem Rohr 78 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 14a hat den selben Aufbau wie ein Teil des Verbindungsabschnitts 14, obwohl er kleiner ausgestaltet ist.

An der oberen ringförmigen Kante des Ringelementes 74 ist ein ringförmiger Vorsprung 80 ausgebildet. Der ringförmige Vorsprung 80 steht mit einer unteren Kante der Kappe 32 in Eingriff. An der unteren ringförmigen Kante des Ringele­ mentes 74 ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 84 ausgebildet. Die Vorsprünge 84 stehen mit einer ringförmigen Führungsnut 32 in der äußeren Umfangsfläche des Grundkörpers 24 in Eingriff. In diesem Fall sind vier Vorsprünge 84 in Um­ fangsrichtung angeordnet, wobei sie um jeweils etwa 90° um die Mitte des ring­ förmigen Elements 74 beabstandet sind (vgl. Fig. 4). Ein ringförmiger Durch­ gang 86, der in Verbindung mit dem Pilotanschluss 76 steht, ist in Umfangsrich­ tung zwischen dem Ringelement 74 und dem Grundkörper 24 ausgebildet. Der Ringdurchgang 86 wird durch ein Paar von O-Ringen 88a und 88b, die an einer Ringnut des Grundkörpers 24 angebracht und um einen festgelegten Abstand voneinander beabstandet sind, luftdicht abgedichtet.

Der Grundkörper 24 weist acht Aussparungen 90 auf, die in Umfangsrichtung um Winkel von etwa 45° um die Achse des Kolbens 42 getrennt voneinander angeordnet sind. Die jeweiligen Vorsprünge 84 des Ringelementes 74 treten mit den Aussparungen 40 in Eingriff, um das Ringelement 74 an festgelegten Posi­ tionen zu befestigen. Die Zahl der Vorsprünge 84 des Ringelementes 74 und der Aussparungen 90 ist nicht auf vier bzw. acht begrenzt. Vielmehr können auch lediglich ein Vorsprung 84 und eine Aussparung 90 oder eine Vielzahl die­ ser Elemente vorgesehen sein.

Ein ringförmiges Stoßdämpfungselement 92 ist in einer Ringnut des Grundkör­ pers 24 eingesetzt. Das Stoßdämpfungselement 92 liegt gegen den Abschnitt mit großem Durchmesser des Kolbens 42 an, um Stöße zu absorbieren, die bei der Abwärtsverschiebung des Kolbens 42 erzeugt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Stange 44, die Mutter 48, der Federsitz 52 und die Federn 54a und 54b aus einem metallischen Material, bspw. rostfreiem Stahl. Alle anderen Komponenten bestehen aus Kunstharz. Vorzugsweise sind die Oberflächen der Federn 54a und 54b mit einem be­ stimmten Material, wie Teflon® (eingetragene Marke von DuPont), beschichtet. Das Durchgangsventil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentli­ chen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.

Der erste Anschluss 20a des Durchgangsventils 10 wird mit einer nicht darge­ stellten Fluidzufuhrquelle und der zweite Anschluss 20b mit einer nicht darge­ stellten Fluidvorrichtung verbunden, bspw. durch die Rohre 12a und 12b, die an dem ersten Anschluss 20a bzw. an dem zweiten Anschluss 20b angeschlossen sind. Der Pilotanschluss 76 wird über ein nicht dargestelltes Richtungskontroll­ ventil mit einer nicht dargestellten Druckluftzufuhrquelle verbunden.

Wenn die Membran 46 auf dem Ventilsitz 68 aufsitzt, sodass der geschlossene (OFF-) Zustand gegeben ist, wird die Druckluftzufuhrquelle betätigt, um durch die Schaltwirkung des Richtungskontrollventils über den Pilotanschluss 76 einen Steuerdruck zuzuführen. Der von dem Pilotanschluss 46 zugeführte Steuerdruck wird der Zylinderkammer 38 zugeführt. Der Kolben 42 wird durch den Steuer­ druck entgegen der Vorspannkraft der Federn 54a und 54b nach oben verscho­ ben.

Der Verschiebungsmechanismus 40 mit dem Kolben 42 und der Membran 46 bewegt sich nach oben, sodass die Membran 46 um einen festgelegten Abstand von dem Ventilsitz 68 abgehoben wird, sodass der geöffnete (ON-)Zustand er­ reicht wird. Hierdurch kann das von der Fluidzufuhrquelle zugeführte Fluid durch den ersten Anschluss 20a in den Fluiddurchgang 22 fließen und durch den zwei­ ten Anschluss 20b der Fluidvorrichtung zugeführt werden.

Als nächstes wird der Steuerdruck des Pilotanschlusses 76 durch eine Schalt­ wirkung des Richtungskontrollventils unterbrochen. Der Druck in der Zylinder­ kammer 38 wird verringert, sodass der Kolben 42 durch die Vorspannkraft der Federn 54a und 54b nach unten verschoben und die Membran 46 auf dem Ven­ tilsitz 68 aufgesetzt wird (OFF-Zustand).

Der Abschnitt mit großem Durchmesser des Kolbens 42 schlägt gegen das ring­ förmige Stoßdämpfungselement 92 an, welches den bei der Abwärtsverschie­ bung des Kolbens 42 erzeugten Stoß absorbiert. Dadurch können Vibrationen, die erzeugt werden, wenn die Membran 46 auf dem Ventilsitz 68 aufsetzt, ver­ ringert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Ringelement 74 um die Achse der Stange 44 gedreht. Dadurch ist es möglich, die Position des Pilotanschlusses 76 in Umfangsrichtung zu ändern. Durch Drehen des Ringelementes 74 kann somit die Richtung des Pilotanschlusses 76 nach Wunsch geändert werden. Da die Position des Pilotanschlusses 76 in Abhängigkeit von dem Installationsort des Durchgangsventils 10 geändert werden kann, kann die Verrohrung einfach durchgeführt und die Richtung der Rohrleitungen leicht geändert werden. Dem­ entsprechend wird die Verwendbarkeit des Durchgangsventils 10 wesentlich verbessert.

Außerdem kann bei der vorliegenden Ausführungsform das Ringelement 74 an festgelegten Positionen angeordnet werden, indem die Vielzahl von Vorsprün­ gen 84 des Ringelementes 74 in die Aussparungen 90 der ringförmigen Füh­ rungsnut 82 in dem Grundkörper 24 eingreift. Dadurch kann der Pilotanschluss 76 an festgelegten Positionen angeordnet werden, um die Richtungen der Rohr­ leitungen zu ändern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen die Stange 44, die Mutter 48, der Federsitz 52, die Federn 54a und 54b aus einem metallischen Material, bspw. rostfreiem Stahl, während alle anderen Komponenten aus einem Harzmaterial bestehen. Somit kann auch bei der Verwendung bestimmter Chemikalien als Fluid eine Reaktion oder Veränderung der Chemikalien verhindert werden, da die Chemikalien nicht in Kontakt mit metallischen Materialien treten.

Claims (6)

1. Durchgangsventil mit
einem Verbindungsabschnitt (14), der einen ersten Anschluss (20a) an einem Ende, einen zweiten Anschluss (20b) an dem anderen Ende und einen Fluid­ durchgang (22) zur Verbindung des ersten Anschlusses (20a) mit dem zweiten Anschluss (20b) aufweist,
einer Kappe (32), die eine Öffnung (30) des Grundkörpers (24) verschließt,
einem Ventilmechanismus (16), der einen Verschiebungsmechanismus (40) mit einem Ventilstopfen (46) zum Öffnen und Schließen des Fluiddurchgangs (22) unter der Wirkung eines Steuerdruckes aufweist, und
einem Steuerdruckzufuhrabschnitt (18) mit einem Pilotabschnitt (76), dem der Steuerdruck zugeführt wird,
wobei der Pilotanschluss (76) an einem Ringelement (74) ausgebildet ist, das zwischen dem Grundkörper (24) und der Kappe (32) angeordnet ist, und mit Hil­ fe des Ringelementes (74) in Umfangsrichtung drehbar ist.

2. Durchgangsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Vorsprüngen (84) an dem Ringelement (74) ausgebildet ist, um das Ringelement (74) durch Eingriff in eine Vielzahl von Aussparungen (90) an dem Grundkörper (24) an festgelegten Positionen zu befestigen.

3. Durchgangsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebungsmechanismus (40) einen Kolben (42), der sich entlang einer Zylinderkammer (38) in dem Grundkörper (24) verschiebt, eine Stange (44), die in eine axial in dem Kolben (42) ausgebildete Durchgangsöffnung ein­ gesetzt ist, und ein Paar von Federn (54a, 54b) zum Vorspannen des Kolbens (42) in einer Richtung, in der der Ventilkörper (46) auf einem Ventilsitz (68) auf­ setzt, aufweist, und dass der Ventilkörper (46) mit einem Ende der Stange (44) verbunden ist und gemeinsam mit dem Kolben (42) verschoben wird.

4. Durchgangsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen parallel zu einer Achse der Stange (44) verlaufender Verbin­ dungsdurchgang (56) in dem Kolben (42) ausgebildet ist, um Luft in einer Kam­ mer (50), die durch den Kolben (42) und die Kappe (32) gebildet wird, nach au­ ßen abzuführen.

5. Durchgangsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringdurchgang (86) in Umfangsrichtung zwischen dem Ringelement (74) und dem Grundkörper (24) ausgebildet ist, um den Pilotanschluss (76) mit der Zylin­ derkammer (38) zu verbinden.

6. Durchgangsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringdurchgang (86) durch ein Paar von Dichtelementen (88a, 88b) abgedichtet wird, die in einer Ringnut des Grundkörpers (24) angebracht und um einen fest­ gelegten Abstand voneinander beabstandet sind.