DE10130956A1 - Durchgangsventil - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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.
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