Ventil, insbesondere Schaltventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Schaltventil, das ein Ventilgehäuse mit einem Ventilsitz, einem Einlass und einem Auslass aufweist, wobei mindestens ein Ventilelement in einem Deckel des Ventilgehäuses angeordnet ist und auf einer dem Ventilsitz zugewandten Seite des Ventilelements eine Stützplatte angeordnet ist.

Mit Hilfe derartiger Ventile wird der Durchfluss z.B. von Flüssigkeit zwischen Einlass und Auslass gesteuert. Dabei ist der Ventilsitz in der Regel in das Gehäuse integriert. Die weiteren Elemente des Ventils, wie z.B. das Ventilelement, das an den Ventilsitz in Anlage bringbar ist, sind meist im Deckel des Ventilgehäuses untergebracht. Durch Entfernen des Deckels ist daher ein freier Zugang auf den Ventilsitz möglich. Verunreinigungen und ähnliches können so leicht entfernt werden.

Im montierten Zustand sorgt die Stützplatte, die in der Regel durch den Deckel gegen das Ventilgehäuse gedrückt wird, für eine definierte Lage der Bauteile des Ventils im Deckel. Wird nun der Deckel entfernt, beispielsweise abgeschraubt, löst sich auch die Stützplatte vom Deckel, so dass auch die weiteren Bauteile, insbesondere das Ventilelement, das häufig mit Hilfe einer Feder in Richtung zum Ventilsitz belastet ist, aus dem Deckel. Bei unachtsamem Entfernen des Deckels können dabei einzelne Teile verloren gehen.

Auch der Zusammenbau des Ventils wird erschwert, da die einzelnen Bau- teile zusammen mit dem Deckel keine Einheit bilden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Verlieren einzelner Bauteile des Ventils beim Abnehmen des Deckels zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Stützplatte im Deckel befestigt ist.

Die Lage der Stützplatte bezüglich des Deckels wird also auch dann bei- behalten, wenn der Deckel vom Ventilgehäuse entfernt wird. Die Stützplatte kann beispielsweise im Deckel verspannt werden. Gegebenenfalls können dabei Finger der Stützplatte mit entsprechenden Vorsprüngen oder einer umlaufenden Kante des Deckels zusammenwirken. Durch eine elastische Verformung der Stützplatte kann dann ihre Größe derart verringert werden, dass ihre Finger frei an den entsprechenden Vorsprüngen vorbei bewegt werden können, so dass ein problemloses Entfernen der Stützplatte möglich ist. Die Stützplatte kann dabei beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein und sollte das Ventilelement zumindest teilweise abdecken. Dabei muss die Stützplatte keinesfalls massiv ausgebildet sein, sondern kann eine Reihe von öffnungen aufweisen, durch die ein Fluid strömen kann.

Vorzugsweise ist die Stützplatte im Deckel reibschlüssig befestigt. Allein durch Reibkräfte, die zwischen der Stützplatte und dem Deckel erzeugt werden, wird die Stützplatte dann sicher im Deckel gehalten, so dass auch die übrigen Bauteile des Ventils an ihren Positionen verbleiben. Dabei hat sich herausgestellt, dass auf einen fertigungstechnisch aufwendigen Formschluss zwischen der Stützplatte und dem Deckel verzichtet werden kann.

Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Stützplatte an ihrem Außenumfang Stützfinger aufweist, die in einem Winkel α zwischen 75° und 105°, vorzugsweise zwischen 80° und 95°, zur benachbarten Oberfläche der Stützplatte angeordnet sind. Die Stützfinger sorgen so für eine vergrößerte Auflagefläche am Deckel, der beispielsweise zur Aufnahme der Stützplatte eine zylindrische Ausnehmung aufweist, an dessen innerem Umfang sich die Stützfinger abstützen können. Durch den Anpressdruck der Stützfinger

werden dann Reibkräfte erzeugt, die eine ungewollte Bewegung der Stützplatte aus dem Deckel heraus verhindern. Dabei weisen die Stützfinger eine gewisse Federwirkung auf, wodurch eine überlastung der Stützplatte verhindert wird. Diese Federwirkung wird durch die Größe der Stütz- finger, insbesondere ihrer Breite und Länge, beeinflusst. Durch die entsprechende Ausbildung der Stützfinger können somit auch die gewünschten Haltekräfte eingestellt werden.

Vorzugsweise weist die Stützplatte einen ersten stabilen Zustand und ei- nen zweiten stabilen Zustand auf, wobei die Stützplatte im ersten stabilen Zustand eine im Wesentlichen ebene Oberfläche und im zweiten stabilen Zustand eine im Wesentlichen gewölbte Oberfläche aufweist. Die Stützplatte kann also ihre Form zwischen zwei stabilen Zuständen ändern, wobei für einen übergang von einem Zustand in den anderen Zustand bei- spielsweise ein leichter Druck oder Zug in der Mitte der Stützplatte erforderlich ist. Ausgangszustand der Stützplatte, in dem sie im Deckel reibschlüssig gehalten ist, ist der zweite stabile Zustand, in der sie eine gewölbte Oberfläche aufweist. Die Wölbung verläuft dabei in Richtung der offenen Seite des Deckels, also in Richtung Ventilsitz. Dadurch bewegen sich gleichzeitig die Enden der Stützfinger, die ebenfalls in Richtung zur freien Seite des Deckels vorstehen, radial nach außen, so dass diese mit relativ hohem Druck im Deckel anliegen. Durch Ausüben eines Drucks auf die Mitte der Stützplatte wird diese verformt, so dass sie ihren ersten stabilen Zustand einnimmt. Dann ist die Oberfläche der Stützplatte im Wesent- liehen eben, wodurch gleichzeitig die Enden der Stützfinger radial nach innen bewegt werden. Der Winkel zwischen den Stützfingern und ihren jeweils benachbarten Bereichen der Oberfläche bleibt dabei nahezu konstant. Die Kräfte, die durch die Stützfinger auf den Deckel ausgeübt werden, werden dadurch deutlich reduziert, wobei es auch möglich ist, dass die Stützfinger den Deckel gar nicht mehr berühren. Dadurch ist ein leichtes Entfernen der Stützplatte und damit auch der weiteren Bauteile des Ventils aus dem Deckel möglich.

Vorteilhafterweise weist die Stützplatte drei bis sieben, insbesondere fünf Stützfinger auf, die in gleichmäßigem Abstand zueinander am Außenumfang angeordnet sind. Durch die Anzahl der Stützfinger kann die Halte- kraft, die die Stützplatte am Deckel hält, beeinflusst werden. Eine größere Anzahl an Stützfingern führt in der Regel zu höheren Reibkräften und gleichzeitig zu einer homogeneren Kraftverteilung. Allerdings steigt mit einer höheren Anzahl an Stützfingern auch der Herstellungsaufwand und damit die Kosten. Es hat sich dabei herausgestellt, dass insbesondere mit fünf Stützfingern ausreichende Reibkräfte erzeugt werden können, wobei eine gleichmäßige Krafteinleitung erfolgt. Dies wird insbesondere dadurch begünstigt, dass die Stützfinger untereinander den gleichen Abstand aufweisen.

Bevorzugterweise sind die Finger an ihren Enden radial nach außen verformt. Die Reibkräfte, die durch die Stützfinger auf den Deckel ausgeübt werden, nehmen dann deutlich zu, wenn die Stützplatte so weit in den Deckel hineingeschoben wird, dass die Enden der Stützfinger am Umfang der zylindrischen Ausnehmung anliegen. Dabei können die verformten Enden auch als Indikator dienen, wie weit die Stützplatte bereits in den Deckel hineingeschoben ist. Die deutliche Zunahme der Reibkräfte würde ein weiteres Hineinschieben der Stützplatte wahrscheinlich ohnehin verhindern. Es ist aber auch denkbar, dass die verformten Enden als Anschläge dienen, die am Rand des Deckels anstoßen und so anzeigen, dass die Stützplatte weit genug in den Deckel hineingeschoben ist. Die Lage der Stützplatte im Deckel ist damit eindeutig definiert.

Vorzugsweise weist die Stützplatte eine öffnung auf, durch die der Ventilsitz ragt. Die Stützplatte verhindert also die Anlage des Ventilelements am Ventilsitz nicht. Dennoch kann das Ventilelement größer ausgebildet sein als die öffnung in der Stützplatte, so dass das Ventilelement auch beim

Entfernen des Deckels durch die Stützplatte gehalten wird und nicht verloren gehen kann.

Vorteilhafterweise ist zwischen der Stützplatte und dem Ventilelement eine Membran angeordnet, die durch die Stützplatte im Deckel gehalten ist. Eine Membran dient beispielsweise dazu, den Raum hinter dem Ventilelement vom Auslass abzutrennen. Dabei können durch eine Membran auch Rückstellkräfte auf das Ventilelement ausgeübt werden, so dass die Membran eine Ruhelage des Ventilelements definiert. Wird nun die Mem- bran durch die Stützplatte im Deckel gehalten, sind keine weiteren Halteeinrichtungen für die Membran erforderlich. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau.

Vorzugsweise weist das Ventilelement eine Ventilplatte und einen Stößel auf, wobei der Stößel mit einem Antrieb in Kontakt ist und die Ventilplatte an der Membran anliegt. Das Ventilelement ist also zweiteilig ausgeführt. Diese beiden Teile können dabei formschlüssig miteinander verbunden sein. Es ist häufig einfacher, zwei einzelne Bauteile getrennt voneinander zu bearbeiten und erst anschließend zusammenzufügen, als ein ein- stückiges Bauteil herzustellen. Indem das Ventilelement aus einer Ventilplatte und einem Stößel zusammengesetzt wird, vereinfacht sich dennoch die Herstellung.

Bevorzugterweise ist der Antrieb mit einem Verschlussstück im Deckel gehalten. Dieses Verschlussstück kann beispielsweise mit Hilfe einer Gewindepaarung in den Deckel eingeschraubt werden. Dabei ist es an der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Deckels angeordnet. Durch Verwendung unterschiedlicher Verschlussstücke kann das Ventil dann einfach mit unterschiedlichen Antrieben versehen werden. Denkbar ist bei- spielsweise ein Magnetantrieb oder ein pneumatischer Antrieb. Aber auch andere Antriebe sind möglich.

Bevorzugterweise ist von der Membran, dem Ventilelement, dem Verschlussstück und dem Antrieb ein Raum im Deckel umgrenzt, der über einen Kanal im Stößel mit dem Auslass verbunden ist. Dieser Kanal im Stößel wird dabei durch den am Stößel anliegenden Antrieb verschlossen. Der Raum kann als Druckraum genutzt werden, der einen höheren Druck aufweist, als im Bereich des Auslasses vorhanden ist. Dadurch wird dafür gesorgt, dass das Ventilelement in Ruhestellung am Ventilsitz anliegt, das Ventil also geschlossen ist.

Bevorzugterweise ist zwischen Deckel und Gehäuse ein Dichtelement angeordnet, das von den Enden der Stützfinger gehalten wird. Das Dichtelement, beispielsweise ein O-Ring, kann also beim Entfernen des Deckels ebenfalls nicht verloren gehen, da das Dichtelement durch die Stützplatte am Deckel gehalten wird. Auch die Montage des Deckels am Ventilgehäuse wird so vereinfacht, da das Dichtelement bezüglich des Deckels festgelegt ist. Das Dichtelement selbst sorgt dann für eine gute Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Ventilgehäuse, so dass kein Fluid austreten kann.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Schaltventil in geschnittener Ansicht,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Ventils mit der Stützplatte in verspannter Stellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt des Ventils mit der Stützplatte in gelöster Stellung,

Fig. 4 einen Ausschnitt des Ventils mit entfernter Stützplatte in ihrem zweiten stabilen Zustand,

Fig. 5 einen Ausschnitt des Ventils mit der entfernten Stützplatte in ihrem ersten stabilen Zustand und

Fig. 6 bis 8 verschiedene Ansichten der Stützplatte.

In Fig. 1 ist ein Ventil 1 dargestellt, das als Schaltventil ausgebildet ist. Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4 auf. Zwischen dem Einlass 3 und dem Auslass 4 ist ein Ventil- sitz 5 angeordnet, der einstückig mit dem Ventilgehäuse 1 ausgebildet ist. Mit dem Ventilsitz 5 wirkt ein Ventilelement 6 zusammen, das eine Ventilplatte 7 und einen Stößel 8 aufweist. Mit Hilfe des Ventilelements 6 kann der Durchfluss eines Fluids vom Einlass 3 zum Auslass 4 gesteuert werden.

Das Ventilelement 6 ist dabei in einem Deckel 9 des Ventils 1 untergebracht, der in das Ventilgehäuse 2 eingesetzt ist. Auf der dem Ventilsitz 5 zugewandten Seite des Ventilelements 6 ist eine Stützplatte 10 angeordnet, die in einer zylindrischen Ausnehmung 11 im Deckel 9 reibschlüssig gehalten ist. Die Stützplatte 10 stützt sich dabei an einer inneren Um- fangsfläche 12 der Ausnehmung 11 ab. Bei einem Entfernen des Deckels 9 aus dem Ventilgehäuse 2 wird die Stützplatte 10 aufgrund der Reibkräfte zwischen der Stützplatte 10 und der Umfangsfläche 12 im Deckel 9 gehalten und verhindert so, dass beispielsweise das Ventilelement 6 verloren gehen kann.

Die Stützplatte 10 hält auch eine Membran 13 im Deckel 9, wobei die Membran 13 zwischen dem Ventilelement 6 und der Stützplatte 10 angeordnet ist. Die Membran 13 kann dabei fest mit dem Ventilelement ver- bunden sein, beispielsweise zwischen dem Stößel 8 und der Ventilplatte 7 eingeklemmt sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Stößel 8 und die Ventilplatte 7 formschlüssig miteinander verbunden.

Der Stößel 8 ist mit einem Antrieb 14 betätigbar, der mit Hilfe eines Verschlussstücks 15 im Deckel 9 gehalten ist. Das Verschlussstück 15 ist dabei in den Deckel 9 hineingeschraubt. Zwischen dem Deckel 9 und dem Verschlussstück 15 ist ein Dichtelement 16 vorgesehen. Das Dichtelement verhindert Verluste aus einem Raum 17, der innerhalb des Deckels 9 durch das Ventilelement 6, die Membran 13 und den Antrieb 14 mit dem Verschlussstück 15 gebildet ist. Der Raum 17 dient als Druckraum, in dem ein höherer Druck herrscht als am Auslass 4, so dass das Ventilelement 6 gegen den Ventilsitz 5 gedrückt wird und so einen Durchfluss vom Einlass 3 zum Auslass 4 verhindert, wenn der Antrieb 14 nicht betätigt wird. Ein Kanal 18 im Stößel 8 verbindet den Raum 17 mit dem Auslass 4, wobei der Kanal 18 jedoch im Normalfall durch den Antrieb 14 verschlossen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Deckel 9 mit Hilfe von Schrauben 19 am Ventilgehäuse 2 befestigt. Aber auch andere Ausbildungen sind denkbar. Der Deckel 9 kann beispielsweise auch in das Ventilgehäuse 2 eingeschraubt sein.

Durch die Stützplatte 10 wird die Funktion des Ventilelements 6, insbesondere die Anlage des Ventilelements 6 am Ventilsitz 5, nicht behindert, da der Ventilsitz 5 durch die entsprechende öffnung in der Stützplatte 10 ragt. Allerdings weist die Stützplatte 10 noch weitere öffnungen auf, um den Durchfluss vom Einlass 3 zum Auslass 4 bei geöffnetem Ventil 1 zu ermöglichen. Dies ist der Darstellung in Fig. 1 jedoch nicht zu entnehmen.

Zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Deckel 9 ist ein Dichtelement 20 angeordnet, um einen Druckverlust zwischen Deckel 9 und Ventilgehäuse 2 zu verhindern. Das Dichtelement 20 wird dabei ebenfalls von der Stütz- platte 10 gehalten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 14 des Ventils 1 als Magnetantrieb ausgebildet, wobei die einzelnen Antriebselemente in einem rohrförmigen Gehäuse 21 untergebracht sind, das im Verschlussstück 15 befestigt ist. Der Antrieb 14 weist dabei eine erste Druckfeder 22 und eine zweite Druckfeder 23 auf, die den Stößel 8 und damit das Ventilelement 6 über eine Kunststoffplatte 24 in Schließrichtung beaufschlagen. Derartige Antriebe sind prinzipiell bekannt, so dass darauf nicht weiter eingegangen wird. Prinzipiell sind auch andere Ausführungen des Antriebs 14 denkbar, wobei gegebenenfalls ein entsprechend angepasstes Verschlussstück 15 zu verwenden ist. Durch einen Austausch des Verschlussstücks 15 kann das Ventil 1 also auf einfache Weise an unterschiedliche Antriebe 14 an- gepasst werden.

In Fig. 2 ist nun ein vergrößerter Ausschnitt des Ventils 1 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei insbesondere die Stützplatte 10 deutlicher zu erkennen ist. Bei dieser Darstellung ist der Deckel 9 vom Ventilgehäuse 2 entfernt. Die Stützplatte 10 befindet sich in ihrem zweiten stabilen Zustand, in dem sie eine im Wesentlichen gewölbte Oberfläche aufweist, was gut zu erkennen ist. An ihrem Außenumfang weist die Stützplatte 10 Stützfinger 25 auf, die an ihren Enden radial nach außen verformt sind. Ein Winkel α zwischen den Stützfingern und der benachbarten Oberfläche der Stützplatte 10 beträgt bei diesem Beispiel etwa 86°. Die Stützfinger 25 sind unter Spannung gegen die innere Umfangsfläche 12 des Deckels 9 gedrückt und halten so die Stützplatte 10 fest im Deckel 9. Durch die verformten Enden 26 der Stützfinger 25 wird dabei das Dichtelement 20 ebenfalls am Deckel 9 gehalten. Neben der zentralen öffnung 27, durch die der Ventilsitz 5 geführt werden kann, weist die Stützplatte 10 weitere öffnungen 28 auf, die zum Durchfluss des Fluids erforderlich sind. Die Stützplatte 10 ist also quasi als Stützring ausgebildet.

Durch einen Druck in der Mitte der Stützplatte 10 wird die Stützplatte 10 von ihrem zweiten stabilen Zustand, der in Fig. 2 gezeigt ist, in ihren ers-

ten stabilen Zustand verformt, bei dem sie eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist. Dieser Zustand ist in Fig. 3 dargestellt.

Da der Winkel α zwischen der Oberfläche der Stützplatte 10 und den Stützfingern 25 dabei nahezu konstant bleibt, bewegen sich die äußeren Enden der Stützfinger 25 radial nach innen. Dadurch verlieren sie ihren Kontakt zur Umfangsfläche 12, so dass auch keine Haltekräfte mehr auf die Stützplatte 10 wirken. Die Stützplatte 10 kann dann leicht entfernt werden. Auch das Dichtelement 20 wird dabei freigegeben.

In Fig. 4 ist nun der Deckel 9 des Ventils 1 dargestellt, wobei die Stützplatte 10 bereits aus dem Deckel 9 entfernt ist. Die Stützplatte 10 befindet sich bereits wieder in ihrem zweiten stabilen Zustand. Gut zu erkennen sind dabei die öffnungen 28 zum Durchfluss eines Fluids.

In Fig. 5 nimmt die entfernte Stützplatte 10 ihren ersten stabilen Zustand ein, in dem sie eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist. Es ist zu erkennen, dass nach Entfernen der Stützplatte 10 auch weitere Bauteile des Ventils 1 leicht aus dem Deckel 9 entfernt werden können. Dies ge- schieht durch die zylindrische Ausnehmung 11 , die nach Entfernen der

Stützplatte 10 groß genug ist, um beispielsweise das Ventilelement 6 und die Membran 13, aber auch Teile des Antriebs 14 durchzulassen, die so einfach aus dem Deckel 9 gelöst werden können. Durch einfaches Entfernen der Stützplatte 10, was durch einen leichten Druck auf die Stützplatte 10 ermöglicht wird, sind also die weiteren Bauteile des Ventils erreichbar. Ein Austausch dieser Bauteile ist daher auf einfache Weise möglich, wobei ein ungewolltes Verlieren beim Entfernen des Deckels 9 durch die Stützplatte 10 zuverlässig verhindert wird.

In den Fig. 6 bis 8 sind verschiedene Ansichten der Stützplatte 10 dargestellt, wobei in allen Ansichten die Stützplatte 10 ihren zweiten stabilen

Zustand einnimmt, in dem sie eine im Wesentlichen gewölbte Oberfläche aufweist.

Fig. 6 zeigt dabei eine geschnittene Ansicht der Stützplatte 10, wobei die Schnittlinie in Fig. 7 gekennzeichnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Stützplatte 10 fünf Stützfinger 25 auf, die an ihren Enden 26 radial nach außen verformt sind. Dabei ist die Stützplatte 10 als Stützring ausgebildet, der die zentrale öffnung 27 umgibt, durch die der Ventilsitz führbar ist. Ferner weist die Stützplatte 10 zehn öffnungen 28 zum Durch- fluss des Fluids auf, wobei die Ränder dieser öffnungen 28 strömungstechnisch optimiert wurden. Dadurch werden Unebenheiten in der Oberfläche der Stützplatte 10 erzeugt, die jedoch am Gesamteindruck der Oberfläche der Stützplatte 10, also ob diese eben oder gewölbt verläuft, nichts ändern. Gemeint ist mit diesen Beschreibungen vielmehr der prinzi- pielle Verlauf der Oberfläche der Stützplatte 10.

Durch die erfindungsgemäße Stützplatte, die zwischen zwei stabilen Zuständen durch einfachen Druck umschaltbar ist, wobei sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Stützplatte Unterschiede in deren radia- ler Ausdehnung ergeben, ist es auf einfache Weise möglich, verschiedene Bauteile verliersicher in einem Deckel eines Ventils zu halten. Dabei ist gleichzeitig ein leichter Zugriff auf diese Bauteile möglich, indem die Stützplatte entfernt wird. Durch die Ausbildung von Stützfingern am äußeren Umfang der Stützplatte wird zum Einen die mögliche Kontaktfläche vergrößert und damit die Reibung erhöht, zum Anderen auch der Effekt der radialen Längenänderung verstärkt. Dafür ist es jedoch erforderlich, dass die Stützfinger in einem relativ steilen Winkel oder senkrecht zur Oberfläche der Stützplatte verlaufen.