MULTIPLE-WAY VALVE

Abstract: 1. Multiple-way valve, especially for devices operated by compressed air, having at least one pressure-medium inlet (8, 27) located in a valve housing, having a pressure-medium outlet (10, 32), and having a valve member (4, 24) by means of which the pressure-medium inlet (8, 27) can be isolated from the pressure-medium outlet (10, 32), and also having means for actuating the valve, which multiple-way valve has the following features : a) the valve member (4, 24) is displaceably arranged in the valve housing in a sealed manner ; b) between the valve member (4, 24) and the inner wall of the valve housing there is arranged as a seal a rolled diaphragm (14, 29) which is fastened on the one side to the valve member (4, 24) and on the other side to the inner wall of the valve housing ; c) there are provided an inlet chamber (17, 26) which is connected to the pressure-medium inlet (8, 27) and an outlet chamber (12, 30) which is connected to the pressure-medium outlet (10, 32) : d) the rolled diaphragm (14, 29) is arranged and designed so that, in dependence on the position of the valve member (4, 24), it closes in a sealed manner a connection between the inlet chamber (17, 26) and the outlet chamber (12, 30), or opens the said connection partially or completely ; e) the inlet chamber (17, 26) and the outlet chamber (12, 30) are separated from one another by the rolled diaphragm (14, 29) ; f) there is provided an additional venting line which can be connected to the outlet chamber (12, 30) via a second outlet (9, 28) ; g) the valve member (4, 24) has a connecting channel (18, 19, 13, 20, 21 ; 36, 37, 40, 31, 33) via which the inlet chamber (17, 26) and the outlet chamber (12, 30) can be connected to one another ; h) the outlet (20, 21 ; 31, 33) of the connecting channel (18, 19, 13, 20, 21 ; 36, 37, 40, 31, 33) that is associated with the outlet chamber (12, 30), the first outlet (10, 32) of the outlet chamber (12, 30) and the second outlet (9, 28) of the outlet chamber (12, 30) are arranged so that, in dependence on the positon of the valve member (4, 24), on the one hand the first outlet (10, 32) and the second outlet (9, 28) of the outlet chamber (12, 30) are opened by the rolled diaphragm (14, 29) while the outlet (20, 21 ; 31, 33) of the connecting channel (18, 19, 13, 20, 21 ; 36, 37, 40, 31, 33) that is associated with the outlet chamber (12, 30), the first outlet (10, 32) of the outlet chamber (12, 30) is covered in a sealed manner by the rolled diaphragm (14, 29), and on the other hand the outlet (20, 21 ; 31, 33) of the connecting channel (18, 19, 13, 20, 21 ; 36, 37, 40, 31, 33) that is associated with the outlet chamber (12, 30) is opened and the second outlet (9, 28) of the outlet chamber (12, 30) is convered in a sealed manner by the roller diaphragm (14, 29) wile the first outlet (10, 32) of the outlet chamber (12, 30) is opened by the roller diaphragm (14, 29).

Description: Wegeventil Die Erfindung betrifft ein Wegeventil, insbesondere für druckluftbetriebene Einrichtungen, gemass dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ubliche, in Druckluft betriebenen Einrichtungen und Anlagen verwendete Wegeventile sind als Sitz- oder Schieberventile ausgebildet. Sitzventile haben den Nachteil, bedingt durch den senkrecht zur Achse des Ventilsitzes angeordneten Ventilverschlusskörper, vordruckabhängig zu sein, d.h. die Betätigungskraft ist abhängig von der Höhe des ausgesteuerten Druckes. DarUber hinaus müssen die Massen der Ventilstössel und Ventilkolben bei hohen Drücken und entsprechend grossen Nennweiten durch starke Federn abgebremst werden, was zu hohen Verschleisserscheinungen führt. Bei Schieberventilen wiederum tritt das Problem der Vordruckabhangigkeit der Betätigungskraft nicht auf, jedoch unterliegen diese bezüglich ihrer an den Druckmitteldurchlässen vorbeizuführenden Dichtelemente einem hohen Verschleiss. Metallisch dichtende Schieberventile sind in dieser Beziehung nicht so störanfällig wie mit elastischen Dichtelementen ausgestattete Schieberventile, müssen jedoch sehr genau und mit engen Toleranzen gefertigt werden, um die Undichtigkeiten möglichst gering zu halten. Dies hat relativ hohe Herstellungskosten zur Folge. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Wegeventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches frei ist von den aufgezeigten Nachteilen und sich schnell und sicher schalten lässt. Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unter ansprüchen aufgezeigt. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, durch die Verwendung einer Rollmembran als Ventilverschlusskörper in vorteilhafter Weise die im Ventil auftretenden Reibkräfte zu reduzieren. Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird durch das ins Gleich gewichtsetzen der auf den Ventilkörper einwirkenden Kräfte eine schnelle und genaue Schaltbarkeit des Ventils erzielt. Anhand der Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein elektromagnetisch betätigtes 3/2-Wegeventil mit einem als Rollmembran ausgebildeten Ventil verschlusskörper und Figur 2 ein als Relaisventil ausgebildetes Wegeventil mit einer als Ventilverschlusskörper dienenden Rollmembran. In Fig. 1 ist ein 3/2-Wegeventil dargestellt, welches einen im Ventilgehäuse 2 angeordneten Druckmitteleingang 8, einen Druckmittelausgang 10 und einen Entlüftungsanschluss 9 aufweist. Ein als Ventilstössel 4 ausgebildetes Ventilglied ist in Richtung seiner Längsachse bewegbar im Ventilgehäuse 2 angeordnet und wird einerseits mittels eines im unteren Teil des Ventilgehäuses 2 angeordneten, den Ventilstössel 4 umschlie ssenden Dichtringes 11 und andererseits mittels eines Ankers 3 eines Elektromagneten 1, welcher durch eine in der Stirnwand des oberen Gehäuseteils vorgesehene Bohrung aus dem Ventilgehäuse 2 herausgeführt ist, in radialer Richtung fixiert. Der Ventilstössel 4 ist mit der inneren Wulst 15 einer als Ventilverschlusskörper ausgebildeten, den Ventilstössel 4 umschliessen¯ den ersten Rollmembran 14 fest verbunden. Die äussere Wulst 16 der Rollmembran 14 wird in einer in der Ventilgehäusewandung unterhalb des Druckmitteleinganges 8 angeordneten umlaufenden Nut gehalten. Eine zweite Rollmembran 6 ist mit ihrer äusseren Wulst 7 in einer oberhalb des Druckmittel einganges 8 in der Ventilgehäusewandung angeordneten Nut befestigt und mit ihrer inneren Wulst 5 ebenfalls kraftschlüssig mit dem Ventilstössel 4 verbunden. Im Ventilstössel 4 ist eine Ausnehmung 13 vorgesehen, die über Querbohrungen 18, 19 mit einer von den beiden Rollmembranen 6, 14 begrenzten Eingangskammer 17 in Verbindung steht. Uber zwei weitere, im Ventilstössel 4 vorgesehene Querbohrungen 20, 21 ist die Ausnehmung 13 mit einer von der ersten Rollmembran 14 und dem Dichtring 11 begrenzten Ausgangskammer 12 verbindbar. Von der Ausnehmung 13 und den Querbohrungen 18, 19, 20, 21 wird ein Verbindungskanal gebildet, über welchen die Eingangskammer 17 mit der Ausgangskammer 12 verbindbar ist. Die Querbohrungen 20, 21 bilden zusammen mit der als Doppelven tilverschlusskörper 14 ausgebildeten ersten Rollmembran 14 ein Einlassventil 20, 21, 14. Vom Entlüftungs- anschluss 9 und der ersten Rollmembran 14 wird ein zur Atmosphäre führendes Auslassventil 14, 9 gebildet. In der gezeigten Schaltstellung steht Druckluft aus einem Vorratsbehälter in der Eingangskammer 17 und in der Ausnehmung 13 des Ventilstössels 4 an. Der die beiden Rollmembranen 6 und 14 gleichermassen belastende Druck hälft den Ventilstössel 4 in der gezeigten Stellung, da die über die Rollmembranen 6, 14 entgegengerichtet auf den Ventilstössel 4 einwirkenden Kräfte sich im Gleichgewicht befinden. Die erste, als Doppelventilverschlusskörper dienende Rollmembran 14 wird mit ihren Flanken vom Druck in der Eingangskammer 17 gegen die als Einlassventilsitze ausgebildeten Querbohrungen 20, 21 des Ventilstössels 4 sowie gegen den Druckmittelauslass 9 gedrückt. Da die vom Druck in der Eingangskammer 17 beaufschlagte Wirkfläche der Rollmembran 14 grösser ist als die vom Druck aus der Ausnehmung 13 über die Querbohrungen 20, 21 des Ventilstössels 4 beaufschlagte Wirkfläche, schliesst das aus den Querbohrungen 20, 21 und der Rollmembran 14 gebildete Einlassventil 20, 21, 14 druckdicht. Soll in einen mit dem Druckmittelausgang 10 verbundenen Verbraucher Druckmittel eingesteuert werden, so wird ein entsprechender Schaltimpuls auf den Elektromagneten 1 gegeben. Der Anker 3 des Elektromagneten 1 bewegt sich nach unten in Richtung auf den Boden des Ventilgehäuses 2 zu und nimmt den Ventilstössel 4 mit. Dabei löst sich die innere Flanke der Rollmembran 14 von den als Einlassventilsitz ausgebildeten Querbohrungen 20, 21. Der Druckmittelauslass 9 wird weiterhin von der gegenüberliegenden äusseren Flanke der Rollmembran 14 abgedeckt. Durch das jetzt geöffnete Einlassventil 20, 21, 14 strömt Druckluft in die Ausgangskammer 12 und weiter durch den Druckmittelausgang 10 zum Verbraucher. Soll der Verbraucher entlüftet werden, so wird ein entsprechender Schaltimpuls auf den Elektromagneten 1 gegeben. Der Anker 3 des Elektromagneten 1 bewegt sich nach oben und nimmt dabei den Ventilstössel 4 mit. Bei diesem Vorgang legt sich die Rollmembran 14 mit ihrer inneren Flanke an die als Einlassventilsitz ausgebildeten Querbohrungen 20, 21 des Ventilstössels 4 an und hebt mit ihrer gegenüberliegenden äusseren Flanke vom Druckmittelauslass 9 ab. Der zum Verbraucher füh- rende erste Druckmittelausgang 10 ist jetzt mit dem zur Atmosphäre führenden als Druckmittelauslass 9 dienenden zweiten Druckmittelausgang verbunden. Das in Fig. 2 dargestellte Wegeventil ist als Relaisventil ausgebildet. Es besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 22 mit einem Druckmitteleingang 27, einem Druckmittelausgang 32, einem Steuereingang 41 und einem zur Atmosphäre führenden Druckmittelauslass 28 sowie einem Relaiskolben 24, welcher mit einem kombinierten Einlass- und Auslassventil zusammenwirkt. Der Relaiskolben 24 ist mit der inneren Wulst 34 einer als Ventilverschlusskörper ausgebildeten, den Relaiskolben 24 umschliessenden ersten Rollmembran 29 fest verbunden. Die äussere Wulst 35 der Rollmembran 29 wird in einer in der Ventilgehäusewandung unterhalb des Druckmittel eingangs 27 angeordneten umlauf enden Nut gehalten. Eine zweite Rollmembran 25 ist mit ihrer äusseren Wulst 39 in einer oberhalb des Druckmitteleingangs 27 in der Ventilgehäusewandung angeordneten Nut befestigt und mit ihrer inneren Wulst 38 ebenfalls kraftschlüssig mit dem Relaiskolben 24 verbunden. Im Relaiskolben 24 ist eine Ausnehmung 40 vorgesehen, die über Querbohrungen 36, 37 mit einer von den beiden Rollmembran 25, 29 begrenzten Eingangskammer 26 in Verbindung steht. ueber zwei weitere im Relaiskolben 24 vorgesehene Querbohrungen 31, 33 ist die Ausnehmung 40 mit einer von der unteren Fläche des Relaiskolbens 24 und der ersten Rollmembran 29 begrenzten Arbeitskammer 30 verbindbar. Von der Ausnehmung 40 und den Querbohrungen 36, 37, 31, 33 wird ein Verbindungskanal gebildet, über welchen die Eingangskammer 26 mit der Arbeitskammer 30 verbindbar ist. Die der Eingangsksmmer 26 abgewandte Seite der zweiten Rollmembran 25 begrenzt zusammen mit der oberen Seite des Relaiskolbens 24 eine Steuerkammer 23. Von den im Relaiskolben 24 angeordneten Querbohrungen 31, 33 und der als Doppelventilver schlusskörper ausgebildeten ersten Rollmembran 29 wird das Einlassventil 33, 31, 29 und von dem Entlüftungs- anschluss 28 sowie der ersten Rollmembran 29 wird das Auslassventil 29, 28 des kombinierten Einlass- und Auslassventils 28, 29, 31, 33 gebildet. In der gezeigten Schaltstellung steht Druckluft aus einem Vorratsbehälter in der Eingangskammer 26 und in der Ausnehmung 40 des Relaiskolbens 24 an. Der die beiden Rollmembranen 25 und 29 gleichermassen belastende Druck hält den Relaiskolben 24 in der gezeigten Stellung, da die über die Rollmembranen 25, 29 entgegengerichtet auf den Relaiskolben 24 einwirkenden Kräfte sich im Gleichgewicht befinden. Die erste, als Doppelventil verschlusskörper dienende Rollmembran 29 wird mit ihren Flanken vom Druck in der Eingangskammer 26 gegen die als Einlassventilsitze ausgebildeten Querbohrungen 31, 33 des Relaiskolbens 24 sowie gegen den Druckmittelauslass 28 gedrückt. Da die vom Druck in der Eingangskammer 26 beaufschlagte Wirkfläche der ersten Rollmembran 29 grösser ist als die vom Druck aus der Ausnehmung 40 über die Querbohrungen 31, 33 des Relaiskolbens 24 beaufschlagte Wirkfläche, schliessen das aus den Querbohrungen 31, 33 und der ersten Rollmembran 29 gebildete Einlassventil 29, 31, 33 sowie das vom Druckmittelauslass 28 und der Rollmembran 29 gebildete Auslassventil 28, 29 druckdicht. Soll in einen mit dem Druckmittelausgang 32 verbundenen Verbraucher Druckmittel eingesteuert werden, so wird über den Steuereingang 41 die Steuerkammer 23 belüftet. Der sich in der Steuerkammer 23 aufbauende Steuerdruck verschiebt den Relaiskolben 24 nach unten in Richtung auf die hrbeitskammer 30 zu. Dabei löst sich die innere Flanke der ersten Rollmembran 29 von den als Einlassventilsitz ausgebildeten Querbohrungen 31, 33. Der Druckmittelauslass 28 wird weiterhin von der gegenüberliegenden äuBe- ren Flanke der Rollmembran 29 abgedeckt. Durch das jetzt geöffnete Einlassventil 29, 31, 33 strömt Druckluft in die Arbeitskammer 30 und weiter durch den Druckmittelausgang 32 zum Verbraucher. Hat der sich in der Arbeitskammer 30 aufbauende Druck die Höhe des in der Steuerkammer 23 anstehenden Steuerdruckes erreicht, so wird der Relaiskolben 24 vom Ausgangsdruck nach oben in Richtung auf die Steuerkammer 23 zu verschoben. Die innere Flanke der ersten Rollmembran 29 legt sich wieder an die als Einlassventilsitz ausgebildeten Querbohrungen 31, 33 des Relaiskolbens 24 an. Das Einlassventil 29, 31, 33 ist jetzt geschlossen, und der Druck im Verbraucher wird gehalten. Wird die Steuerkammer 23 ent litftet, so wird aufgrund der dabei entstehenden Druck differenz zwischen dem Druck in der Arbeitskammer 30 und dem Druck in der Steuerkammer 23 der Relaiskolben 24 weiter in Richtung auf die Steuerkammer 23 zu bewegt. Die äussere Flanke der Rollmembran 29 hebt von dem als Auslassventilsitz ausgebildeten EntlUftungs- anschluss 28 ab. Uber das nun geöffnete Auslassventil 28, 29, die Arbeitskammer 30 und den Druckmittelausgang 32 ist der Verbraucher mit der Atmosphäre verbunden. Ist der Druck im Verbraucher und somit auch der Druck in der Arbeitskammer 30 soweit abgesunken, dass er gleich dem Steuerdruck ist, wird der Relaiskolben 24 wieder in seine Ausgangsstellung bewegt. Auslassventil 28, 29 und Einlassventil 29, 31, 33 sind jetzt geschlossen. Durch Vergrössern oder Verkleinern der vom Steuerdruck oder vom Ausgangsdruck beaufschlagten Mirkilä- chen ist es möglich, einen Druck auszusteuern, der höher oder niedriger ist als der Steuerdruck. Dies kann z.B. auf einfache Art und Weise durch Abdichten der Steuerkammer 23 oder der Arbeitskammer 30 gegen die zugehörige Rollmembran erfolgen.

Claims: Patentansprüche 1. Wegeventil, insbesondere für druckluftbetriebene Einrichtungen, mit wenigstens einem in einem Ventil gehäuse angeordneten Druckmitteleingang (8), Welcher mit einer Druckmittelquelle verbunden ist, mit einem Druckmittelausgang (10), der mit einem Verbraucher in Verbindung steht und mit einem Ventilglied (4), mit tels welchem der Druckmitteleingang (8) gegen den Druckmittelausgang (10) absperrbar ist, sowie mit Mitteln zum Betätigen des Ventils, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Im Ventilgehäuse ist das Ventilglied (4) abge dichtet verschiebbar angeordnet; b) Zwischen Ventilglied (4) und Ventilgehäuse-Innen wand ist als Abdichtung eine Rollmembran (14) an- geordnet, die einerseits am Ventilglied (4) und andererseits an der Ventilgehäuse-Innenwand be festigt ist; c) Es ist eine mit dem Druckmitteleingang (8) ver bundene Eingangskammer (17) und eine mit dem Druckmittelausgang (10) verbundene Ausgangskam mer (12) vorgesehen, die durch die Rollmembran (14) voneinander getrennt sind; d) Das Ventilglied (4) weist einen Verbindungskanal (18,19,13,20,21) auf, Uber den die Eingangskam mer (17) und die Ausgangskammer (12) miteinander verbindbar sind; e) Die Rollmembran (14) ist so angeordnet und so ausgebildet, das sie in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilgliedes (4) den der Ausgangs kammer (12) zugeordneten Ausgang (20, 21) des Ver bindungskanals (18,19,13,20,21) und/oder den dem Druckmittelausgang zugeordneten Ausgang (10) der Ausgangskammer (12) dichtend überdeckt oder teil weise oder ganz freigibt. 2. Wegeventil nach Anspruch 1 mit einem zusätzlichen Entlüftungsanschluss für ein 3/2-Wegeventil, Sekenn- zeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Der Entlüftungsanschluss ist mit der Ausgangs kammer (12) verbindbar; b) der der Ausgangskammer (12) zugeordnete Ausgang (20, 21) des Verbindungskanals (18,19,13,20,21), der dem Druckmittelausgang zugeordnete erste Ausgang (10) der Ausgangskammer (12) und der mit dem Entlüftungsanschluss verbundene zweite Aus gang (9) der Ausgangskammer (12) sind so angeord net, dass in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilgliedes (4) einerseits der erste Ausgang (10) und der zweite Ausgang (9) der Ausgangskammer (12) von der Rollmembran (14) freigegeben sind, während der der Ausgangskammer (12) zugeordnete Ausgang (20, 21) des Verbindungskanals (18,19,13,20,21) von der Rollmembran (14) dichtend überdeckt ist, und andererseits der der Ausgangskammer (12) zuge ordnete Ausgang (20, 21) des Verbindungskanals (18,19,13,20,21) freigegeben und der zweite Aus gang (9) der Ausgangskammer (12) von der Rollmem bran (14) abgedichtet überdeckt ist, wahrend der erste Ausgang (10) der Ausgangskammer (12) von der Rollmembran (14) freigegeben ist. 3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, gfflekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Das Ventilglied ist als Relaiskolben (4) ausge bildet; b) Es ist eine weitere Rollmembran (25) vorgesehen, die einerseits am Relaiskolben (24) und anderer seits an der Ventilgehäuse-Innenwand befestigt ist; c) Die zweite Rollmembran (25) trennt die Einrar.gs- kammer (26) von einer Steuerkammer (23). 4. Wegeventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Mermale: a) Die sowohl die Steuerkammer (23) als auch die Eingangskammer (26) begrenzende zweite Rollmem bran (25) bildet zusammen mit der der Steuerkam- mer (23) zugewandten Stirnseite des Relaiskol bens (24) eine vom Steuerdruck beaufschlagbare erste Wirkfläche des Relaiskolbens (24); b) Die die Eingangskammer (26) von der Arbeitskam mer (30) trennende erste Rollmembran (29) bildet zusammen mit der der Arbeitskaamer (30) zugewandten Stirnseite des Relaiskolbens (24) eine vom Aus gangsdruck beaufschlagbare, der ersten Wirkfläche entgegengerichtete zweite Wirkfläche des Relais kolbens (24). 5. Wegeventil nach wenigstens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch ttekennzeichnet, dass die beiden gegeneinander gerichteten Wirkflächen des Relais kolbens (24) unterschiedliche Grössen aufweisen. 6. Wegeventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Zwischen Ventilglied und Ventilgehäuse-Innenwand sind eine zweite und eine dritte Abdichtung vor gesehen; b) Die zweite Abdichtung ist so angeordnet, dass sie zusammen mit der ersten Abdichtung die Eingangs kammer einschliesst; c) Die dritte Abdichtung ist so angeordnet, dass sie zusammen mit der ersten Abdichtung die Aus gangskammer einschliesst.

Inventors: BRAUSFELD, WALTER, GOTTLING, HELMUT, Göttling, Helmut
Applicants: WABCO WESTINGHOUSE STEUERUNGSTECHNIK GMBH & CO.
Application year: 1983
Main classification: F16K7
IPC codes: F16K11, F16K7