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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten,
diesbezüglich durch
Auferlegung einer Umschaltkraft unter Ausführung einer linearen Umschaltbewegung
zwischen mehreren Schaltstellungen umschaltbaren Ventilschieber,
wobei wenigstens einem der beiden Endabschnitte des Ventilschiebers
eine Halteeinrichtung zugeordnet ist, die ein ein ungewolltes Umschalten
verhinderndes, lösbares
gehäusefestes
Fixieren des Ventilschiebers in einer Schaltstellung ermöglicht und
die einen am zugeordneten Endabschnitt des Ventilschiebers angeordneten
Arretierkopf und eine am Ventilgehäuse angeordnete Riegeleinrichtung
mit rotativ verstellbarem Drehriegel aufweist, wobei der Drehriegel
wahlweise in eine bei in der zu fixierenden Schaltstellung befindlichem
Ventilschieber in den Verfahrweg des Arretierkopfes ragende und
den Ventilschieber dadurch in dieser Schaltstellung verriegelnde
Verriegelungsstellung und in eine aus dem Verfahrweg des Arretierkopfes
herausbewegte und dadurch das Umschalten des Ventilschiebers in
eine andere Schaltstellung ermöglichende
Freigabestellung drehbar ist.
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Vor
allem bei sogenannten Impulsventilen, gelegentlich aber auch bei
konventionellen Ventilen, besteht das Erfordernis, eine vom Ventilschieber
eingenommene Schaltstellung bis zum neuerlichen Umschalten mechanisch
zu fixieren. Impulsventile sind Mehrwegeventile, deren Ventilschieber
zum Umschalten zwischen zwei Schaltstellungen impulsartig mittels
eines die erforderliche Umschaltkraft hervorrufenden Antriebsfluides beaufschlagt
werden, wobei der Ventilschieber auch nach der Wegnahme des Fluiddruckes
seine momentan eingenommene Schaltstellung beibehält. Solche
Ventile haben den Vorteil, dass die Schaltstellungen des Ventilschiebers ohne
ständige
Energiezufuhr selbst dann praktisch beliebig lange beibehalten werden
können,
wenn die Ventile Erschütterungen
oder sonstigen externen Einwirkungen ausgesetzt sind.
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Die
US 5,174,731 A beschreibt
ein solches Ventil, bei dem auf Magnetismus beruhende Halteeinrichtungen
für die
Fixierung der beiden Schaltstellungen eines Ventilschiebers sorgen.
Da die erzeugten Magnetfelder in der Regel auch auf die Umgebung
abstrahlen, kann ein solches Ventil jedoch nicht überall eingesetzt
werden. Es besteht überdies
die Gefahr eines Ansammelns von metallischen, magnetisierbaren Fremdkörpern im
Ventil, was zu höherem Verschleiß oder gar
zu einem Funktionsausfall des Ventils führen kann.
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Bei
einem aus der
DE 19617849
A1 bekannten Ventil trägt
der Ventilschieber stirnseitig einen konischen Fortsatz, um den
herum mehrere Kugeln angeordnet sind, die von einem ebenfalls auf
dem Fortsatz angeordneten Käfig
gehalten werden. Wirken auf den Ventilschieber unerwünschte Strömungskräfte ein,
verlagert er sich relativ zu dem Käfig, wodurch die Kugeln zwischen
dem konischen Fortsatz und einem gehäusefesten Element verspannt
werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen können die auf die Kugeln einwirkenden
Spannkräfte
variieren, was einen ungleichförmigen
Verschleiß zur
Folge haben kann. Außerdem
basiert die Spannfunktion auf einem Kraftschluss, sodass vor allem
bei starken Erschütterungen
keine ausreichende Sicherheit gegen ein unerwünschtes Verlagern des Ventilschiebers
gegeben ist.
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Aus
der
DE 202006014780
U1 ist es bekannt, den Ventilschieber in seinen beiden
möglichen Schaltstellungen
durch Verrastung zu fixieren. Durch eine Feder beaufschlagte Rastelemente,
die vom Ventilschieber mitgeführt
werden, greifen bei Erreichen der zu fixierenden Schaltstellung
in eine gehäuseseitige
Rastnut ein. Durch den hierbei erzielten Formschluss wird eine erhöhte Sicherheit
gegen unbeabsichtigtes Verstellen des Ventilschiebers erreicht.
Um das ungestörte
Umschalten des Ventilschiebers nicht zu beeinträchtigen, darf die Federvorspannung
allerdings ein gewisses Maß nicht überschreiten.
Bei sehr starken, schockartigen externen Einwirkungen auf das Ventil
kann daher auch hier nicht unter allen Umständen eine unerwünschte Schaltstellungsänderung
des Ventilschiebers vermieden werden.
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Die
DE 697890 A zeigt
ein mit den eingangs zitierten Merkmalen ausgestattetes Hubventil,
dessen Ventilkörper
durch eine Federeinrichtung in eine erste Schaltstellung vorgespannt
ist. An seinem dem Ventilglied entgegengesetzten Endabschnitt trägt der Ventilkörper einen
radial abstehenden Zapfen, der mit einer am Ventilgehäuse angeordneten
Riegeleinrichtung zusammenwirkt. Die Riegeleinrichtung enthält einen
Drehriegel, der in eine nicht in den Verfahrweg des Zapfens ragende
Zwischenstellung verdrehbar ist, in der der Ventilkörper zur
Durchführung
einer Schnellbetätigung
freigegeben ist. Wird der Drehriegel ausgehend von der Zwischenstellung
in einer ersten Drehrichtung verdreht, findet durch das Zusammenwirken
zwischen dem Zapfen und einer schrägen Nut eine langsame Betätigung des
Ventilkörpers statt.
Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
den Ventilkörper
in der Schließstellung
zu arretieren, indem der Drehriegel ausgehend von der Zwischenstellung
in einer zweiten Drehrichtung verlagert wird, so dass der Zapfen
mit einem im Wesentlichen waagerechten Nutenteil des Drehriegels
in Eingriff gelangt. Die Offenstellung des Ventilkörpers ist
nicht arretierbar.
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Die
DE 1140037 A beschreibt
ein Ventil, dessen Ventilschieber als Differentialkolben ausgebildet ist,
so dass er aufgrund an ihm angreifender Druckkräfte in eine erste Schaltstellung
verlagerbar ist. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit
einer Arretierung in einer zweiten Schaltstellung mittels einer
Riegeleinrichtung. Die Riegeleinrichtung enthält eine verschwenkbar gelagerte
Klinke, die mit einer am einen Endabschnitt des Ventilschiebers
angeordneten Nase verriegelnd zusammen arbeiten kann. Beim Umschalten
des Ventilschiebers in die zweite Schaltstellung drückt die
Nase auf die Klinke, so dass letztere kurzzeitig verschwenkt wird,
um hinter die vorbeilaufende Nase einzugreifen. Durch neuerliche Druckbeaufschlagung
des Ventilschiebers kann die Nase in den Bereich einer an der Klinke
angeformten Rampe verlagert werden, um durch Abgleiten an dieser
Rampe die Klinke außer
Eingriff mit der Nase zu bringen und dem Ventilschieber eine Rückstellung
in die erste Schaltstellung zu ermöglichen.
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Die
US 3790129 A beschreibt
ein Ventil mit einer dem einen Endabschnitt des Ventilschiebers zugeordneten
Riegeleinrichtung, deren Betätigung durch
Drehen einer den Ventilschieber umschließenden Hülse hervorgerufen wird. Die
Hülse ist
in der Lage, federnd beaufschlagte Riegel radial zu verlagern, um
deren Rasteingriff mit dem Ventilschieber aufzuheben.
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Ein
aus der
US 4946130 A bekanntes
Ventil enthält
einen Ventilschieber, dessen einem Endabschnitt eine Riegeleinrichtung
zugeordnet ist, die eine lösbare
Verriegelung des Ventilschiebers in zwei Schaltstellungen ermöglicht.
Die Riegeleinrichtung enthält
eine in den Ventilschieber eintauchende Nokkenwelle, durch deren
Drehbetätigung
radial bewegliche Riegelelemente in und außer Eingriff bezüglich zweier
Verriegelungsnuten bringbar sind.
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Die
US 3477687 A und
die
GB 2147974 A offenbaren
jeweils ein Ventil, dessen Ventilschieber durch Verdrehen seiner
selbst in verschiedenen Schaltstellungen arretierbar ist. Der Ventilschieber trägt Vorsprünge, die
je nach Drehposition mit unterschiedlichen Abschnitten gehäusefester
Nuten zusammenwirken.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil mit Mitteln zur
Schaltstellungsfixierung des Ventilschiebers auszustatten, die bei
geringem Verschleiß selbst
bei sehr starken mechanischen Einwirkungen ein unerwünschtes
Umschalten des Ventils ausschließen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass beiden Endabschnitten des Ventilschiebers
jeweils eine eigene Halteeinrichtung zugeordnet ist, derart, dass
der zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbare Ventilschieber in
beiden Schaltstellungen lösbar
verriegelbar ist.
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Durch
die in den zwei Schaltstellungen mögliche mechanische Verriegelung
wird eine absolute Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Umschalten
des Ventilschiebers gewährleistet.
Der Drehriegel ragt in seiner Verriegelungsstellung in Querrichtung
vor den Arretierkopf und bildet eine Sperre für diesen. Erst wenn der Drehriegel
in die Freigabestellung verdreht wurde, ist diese Sperre aufgehoben,
und der Ventilschieber kann ungehindert in eine andere Schaltstellung
bewegt werden. Da anders als bei Rastlösungen nicht der Ventilschieber
selbst die zum Lösen
der Haltekraft erforderliche Lösekraft
aufbringen muss, sondern die Riegeleinrichtung eigenständig betätigbar ist,
beispielsweise elektrisch oder fluidisch, kann der Umschaltvorgang
des Ventilschiebers mit relativ wenig Kraft und folglich mit geringem
Energieaufwand vollzogen werden.
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Die
Erfindung eignet sich besonders, jedoch nicht ausschließlich für Ventile,
bei denen der Ventilschieber zumindest überwiegend aus Metall besteht und
daher von Hause aus keine ausreichende Reibung zur Fixierung einer
Schaltstellung auftritt. Auch für
sogenannte Sitzventile empfiehlt sich die Erfindung besonders.
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Ein
nicht zu vernachlässigender
Vorteil der Erfindung liegt auch darin, dass die Halteeinrichtung ohne
weiteres so ausgeführt
werden kann, dass sie keine Querkräfte auf den Ventilschieber
ausübt.
Dies vermindert einen übermäßigen Verschleiß und garantiert
eine hohe Lebensdauer.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Prinzipiell
eignet sich die Erfindung auch für rein
mechanisch oder elektromechanisch betätigte Ventilschieber. Besonders
vorteilhaft erweist sich jedoch ein Ventil, bei dem die Umschaltkraft
fluidisch erzeugt wird. Das hierzu verwendete Antriebsfluid wird
dem Ventilschieber insbesondere durch eine elektrisch betätigbare
Vorsteuerventileinrichtung gesteuert zugeführt.
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Die
Riegeleinrichtung ist vorzugsweise vom fluidisch betätigbaren
Typ. Die für
ihre Aktivierung erforderliche Betätigungskraft liefert hierbei
ein gesteuert zuführbares
Fluid. Alternativ wäre
allerdings auch eine elektromechanische oder elektromagnetische Aktivierung
denkbar, beispielsweise mittels eines elektromechanischen Stellmotors
oder einer Elektromagneteinrichtung.
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Im
Falle fluidischer Aktivierung ist eine Bauform möglich, bei der das für das Umschalten
des Ventilschiebers erforderliche Fluid und das für die Aktivierung
der Riegeleinrichtung erforderliche Fluid unabhängig voneinander zuführbar sind.
Besonders zweckmäßig ist
jedoch eine Bauform, bei der ein und dasselbe Antriebsfluid für sowohl
die Betätigung
der Riegeleinrichtung als auch das Umschalten des Ventilschiebers
verantwortlich ist.
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In
jedem Fall ist es von Vorteil, wenn die Riegeleinrichtung und der
Ventilschieber nacheinander mit Fluid beaufschlagt werden. Die Umschaltkraft
für den
Ventilschieber wird dann erst erzeugt, nachdem der Ventilschieber
entriegelt ist. Dadurch wird für
die Entriegelung eine nur geringe Betätigungskraft benötigt. Auf
diese Weise besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Riegeleinrichtung
mit einer Ventilfunktion hinsichtlich der Fluidbeaufschlagung des Ventilschiebers
auszustatten. Die Riegeleinrichtung bildet hier ein Ventil, das
erst dann eine Fluidzufuhr zum Ventilschieber gestattet, wenn die
Riegeleinrichtung in die Freigabestellung umgeschaltet ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Riegeleinrichtung sieht
vor, dass der Drehriegel für
die Aufbringung des Drehmoments mit einem mindestens einflügeligen
und vorzugs weise zweiflügeligen
Drehkolben ausgestattet ist. Letzterer ist insbesondere einstückig mit
dem Drehriegel verbunden.
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Bei
fluidischer Betätigung
arbeitet die Riegeleinrichtung zweckmäßigerweise nach Art eines einfachwirkenden
Drehzylinders. Durch fluidische oder mechanische Rückstellfedermittel
ist das Drehglied in die Verriegelungsstellung vorgespannt, von
der aus es durch Fluidbeaufschlagung in die Freigabestellung verdrehbar
ist. Bei Druckentlastung kehrt der Drehriegel durch die Federkraft
in die Verriegelungsstellung zurück.
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Auf
dieser Grundlage ist bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung
vorgesehen, dass der Arretierkopf dann, wenn der Ventilschieber
bei in Freigabestellung befindlichem Drehriegel in die von der betreffenden
Halteeinrichtung nicht zu fixierende Schaltstellung umgeschaltet
ist, in Drehrichtung des Drehriegels formschlüssig mit dem Drehriegel in
Eingriff steht, sodass zwischen diesen beiden Komponenten eine drehfeste
Verbindung vorliegt. Ist der Ventilschieber dann noch durch spezielle
Verdrehsicherungsmittel bezüglich
des Ventilgehäuses
verdrehgesichert, hindert er den Drehriegel zuverlässig an
einem Zurückstellen
in die Verriegelungsstellung, auch wenn er nicht mehr durch eine
Betätigungskraft beaufschlagt
ist. Das Zurückdrehen
in die Verriegelungsstellung findet dann automatisch aufgrund der Rückstellkraft
der Rückstellfedermittel
statt, wenn der Ventilschieber in die zu fixierende Schaltstellung
zurückgeschaltet
wird, wobei der vorgenannte Formschluss aufgehoben wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventils,
wobei der Ventilschieber eine nach rechts bewegte erste von zwei
möglichen
Schaltstellungen einnimmt,
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2 und 3 die
in 1 strichpunktiert umrandeten Ausschnitte II und
III in vergrößerter Darstellung,
wobei der Ventilschieber durch die in 3 gezeigte
Halteeinrichtung in der ersten Schaltstellung verriegelt ist, während die
in 2 gezeigte andere Halteeinrichtung entriegelt
ist,
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4 die
Hauptventileinheit, ohne zugehörigen
Vorsteuerventileinrichtungen,
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5 und 6 Querschnitte
durch das Ventil im Bereich der beiden Halteeinrichtungen, und zwar
im Falle der 5 gemäß Schnittlinie V-V aus 2 und 4 und
im Falle der 6 gemäß Schnittlinie VI-VI aus 3 und 4,
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7 und 8 Stirnansichten
der Halteeinrichtungen ohne Darstellung der übrigen Ventilkomponenten, und
zwar in 7 mit Blickrichtung gemäß Pfeil
VII und in 8 mit Blickrichtung gemäß Pfeil
VIII,
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9 eine
isometrische Einzeldarstellung des Ventilschiebers mit zugeordneten
Halteeinrichtungen und
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10 einen
Längsschnitt
durch die Anordnung aus 9.
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Das
gesamthaft in 1 abgebildete Ventil 1 ist
bevorzugt als sogenanntes Impulsventil konzipiert und enthält eine
Hauptventileinheit 2 sowie zwei dieser zugeordnete Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b. Die
Hauptventileinheit 2 verfügt über ein längliches Ventilgehäuse 4,
in dem ein ebenfalls länglicher
Ventilschieber 7 aufgenommen ist. Die Längsachsen 6 von Ventilschieber 7 und
Ventilgehäuse 4 sind
gleich orientiert und fallen insbesondere zusammen.
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Der
Ventilschieber 7 ist in Richtung der Längsachse 6 relativ
zum Ventilgehäuse 4 beweglich.
Durch Auferlegung je einer fluidischen Umschaltkraft FU kann
er unter Ausführung
einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 5 zwischen
zwei Schaltstellungen umgeschaltet werden. In dem aus der Zeichnung
ersichtlichen Zustand liegt die erste Schaltstellung vor.
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Die
Hauptventileinheit 2 und die beiden Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b sind
zweckmäßigerweise
zu einer einheitlich handhabbaren Baugruppe zusammengefasst. Exemplarisch
sind die Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b an
den einander entgegengesetzten Stirnseiten der Hauptventileinheit 2 installiert.
Sie könnten
allerdings auch gemeinsam an einer einzigen Stirnseite oder auch
an anderer Stelle der Hauptventileinheit 2 angebracht sein.
Auch eine Integration in die Hauptventileinheit 2 wäre möglich. In
der 4 ist nur die Hauptventileinheit 2 abgebildet,
ohne die zugehörigen
Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b.
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Der
Ventilschieber 7 ist in einem im Folgenden als Schieberaufnahme 24 bezeichneten
Hohlraum der Hauptventileinheit 2 linear verschiebbar aufgenommen.
An seinen beiden Endabschnitten 9a, 9b weist er
je einen Betätigungskolben 13 auf,
der die Umschaltbewegung 5 des Ventilschiebers 7 mitmacht.
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Die
Schieberaufnahme 24 hat einen mittleren Steuerabschnitt 24a,
der an beiden Stirnseiten in einen einen diesbezüglich größeren Querschnitt aufweisenden
Antriebsabschnitt 24b übergeht.
Die Betätigungskolben 13 befinden
sich in den An triebsabschnitten 24b und sind mit Dichtungen 8 versehen, die
unter Abdichtung und gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche 24c des
jeweiligen Antriebsabschnittes 24b anliegen.
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Das
Umschalten des Ventilschiebers 7 wird jeweils durch eine
kurzzeitige Fluidbeaufschlagung der axial vom Ventilschieber 7 abgewandten
Beaufschlagungsfläche 14 des
einen oder anderen Betätigungskolbens 13 hervorgerufen.
Aus dieser Fluidbeaufschlagung resultiert die schon erwähnte Umschaltkraft
FU.
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Die
beiden Schaltstellungen des Ventilschiebers 7 sind jeweils
mechanisch dadurch vorgegeben, dass der Ventilschieber 7 auf
eine ihm axial zugewandte gehäusefeste
Anschlagfläche 15 aufläuft. Diese
kann prinzipiell von einer beliebigen gehäusefesten Fläche gebildet
sein. Beim Ausführungsbeispiel
wird sie jeweils von einer Komponente einer später noch erläuterten
Riegeleinrichtung 44 definiert.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel
könnten
anstelle der Betätigungskolben 13 auch
andere Betätigungselemente
vorgesehen sein, beispielsweise elastisch verformbare Membranelemente.
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In
dem Ventilgehäuse 4 verlaufen
mehrere Ventilkanäle 23,
die jeweils einenends, an axial beabstandeten Stellen, in die Schieberaufnahme 24 einmünden. Andernends
führen
die Ventilkanäle 23 zur Außenfläche des
Ventilgehäuses 4,
wo ihnen jeweils Anschlussmittel zum Anschließen einer wegführenden
Fluidleitung zugeordnet sind. Die Anschlussmittel sind exemplarisch
von Innengewinden gebildet, können
aber beispielsweise auch als Steckverbindungseinrichtungen ausgeführt sein.
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Der
Ventilschieber 7 enthält
einen sich zwischen seinen beiden Endabschnitten 9a, 9b erstreckenden
Steuerabschnitt 22, der innerhalb des Steuerabschnittes 24a der
Schieberaufnahme 24 dichtend mit der Wandung des Steuerabschnittes 24a zusammenwirkt.
Er besitzt eine in axialer Richtung mehrfach abgestufte Außenkontur,
was zur Folge hat, dass er die in die Schieberaufnahme 24 einmündenden
Ventilkanäle 23 in
den beiden Schaltstellungen in unterschiedlichem Muster fluidisch
miteinander verbindet.
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Exemplarisch
sind die miteinander in Kontakt stehenden Flächen der beiden Steuerabschnitte 22, 24 harte
Flächen,
beispielsweise aus Metall bestehend, wobei auf Weichdichtungen,
beispielsweise auf elastomere Dichtungsringe, verzichtet wird. Dies garantiert
eine besonders leichtgängige
Umschaltbewegung 5 des Ventilschiebers 7, sodass
für den
Umschaltvorgang nur relativ geringe Stellkräfte benötigt werden. Prinzipiell kann
gleichwohl auch auf konventionelle Abdichtungsmaßnahmen unter Verwendung elastischer
Dichtungen zurückgegriffen
werden.
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Bei
den Ventilkanälen 23 handelt
es sich im Einzelnen insbesondere um einen mit einer Druckquelle
verbindbaren Speisekanal 23a, um zwei diesen Speisekanal 23a auf
axial entgegengesetzten Seiten flankierende, jeweils mit einem Verbraucher verbindbare
Arbeitskanäle 23b, 23c und
schließlich um
zwei axial außen
liegende, mit der Atmosphäre oder
einer anderen Drucksenke verbindbare Entlastungskanäle 23d, 23e.
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Das
Ventil 1 ist bevorzugt als Zweistellungsventil konzipiert,
wobei in den beiden schon erwähnten
Schaltstellungen der jeweils eine Arbeitskanal mit dem Speisekanal
und gleichzeitig der jeweils andere Arbeitskanal mit einem Entlastungskanal
verbunden ist.
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Bei
dem über
den Speisekanal 23a eingespeisten Fluid handelt es sich
insbesondere um Druckluft. Gleichwohl kann das Ventil auch mit anderen
gasförmigen
oder auch mit flüssigen
Medien betrieben werden.
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Das
Ventil 1 kann auch so ausgebildet sein, dass es an eine
nicht abgebildete Anschlussplatte ansetzbar ist, wobei zumindest
einige der Ventilkanäle 23 dann
mit in dieser Anschlussplatte verlaufenden Fluidkanälen kommunizieren.
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Jede
der beiden Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b enthält ein Vorsteuerventil 10a, 10b,
das in den Verlauf eines Vorsteuerkanals 16a, 16b eingeschaltet
ist. Jeder Vorsteuerkanal 16a, 16b wird im Betrieb
des Ventils 1 einenends mit einem Antriebsfluid gespeist,
das bevorzugt innerhalb der Hauptventileinheit 2 aus dem
Speisekanal 23a abgezweigt wird. Dadurch erübrigt sich
eine separate Druckversorgung. Gleichwohl besteht natürlich die
Möglichkeit,
die Vorsteuerkanäle 16a, 16b unabhängig vom Speisekanal 23a mit
dem Antriebsfluid zu versorgen.
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Andernends
ist jeder Vorsteuerkanal 16a, 16b mit einer Beaufschlagungskammer 17a, 17b verbindbar,
die innerhalb der Steuerabschnitte 24a der Schieberaufnahme 24 von
dem dort befindlichen Betätigungskolben 13 an
der dem Ventilschieber 7 axial abgewandten Seite begrenzt
wird. Durch gesteuerte elektrische Aktivierung der Vorsteuerventile 10a, 10b können die
beiden Beaufschlagungskammern 17a, 17b wechselweise
gegensinnig mit dem Antriebsfluid beaufschlagt oder druckentlastet
werden, um die den Ventilschieber 7 umschaltende Umschaltkraft
FU zu generieren.
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Bei
den Vorsteuerventilen 10a, 10b handelt es sich
insbesondere um Magnetventile, wobei aber auch andere Ventilarten
eingesetzt werden können, beispielsweise
Piezo-Ventile.
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Bei
einem direkt gesteuerten Ventil kann die Umschaltkraft FU abweichend vom Ausführungsbeispiel auch mechanisch
oder elektromechanisch aufgebracht werden.
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Eine
Eigenschaft des Ventils 1 gemäß Ausführungsbeispiel besteht darin,
dass der Ventilschieber 7 lediglich zum Zwecke des Umschaltens
zwischen seinen beiden Schaltstellungen mit einer entsprechend orientierten
Umschaltkraft FU beaufschlagt werden muss.
Ist eine Schaltstellung erreicht, verharrt der Ventilschieber 7 in
der entsprechenden Position auch dann, wenn die ihn in diese Position gebrachte
Umschaltkraft FU entfernt wird. Der Ventilschieber 7 bleibt
also auch ohne ständige
Energiezufuhr in der jeweils gewählten
Schaltstellung, bis er einen neuerlichen Umschaltimpuls erhält.
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Damit
die Arretierung des Ventilschiebers 7 in der jeweils eingenommenen
Schaltstellung auch bei starker mechanischer Beanspruchung des Ventils 1 beibehalten
wird, beispielsweise bei Erschütterungen,
ist das Ventil 1 mit zwei bevorzugt identisch aufgebauten
Halteeinrichtungen 27 ausgestattet, durch die der Ventilschieber 7 in
jeder seiner zwei Schaltstellungen so lange gehäusefest fixierbar ist, bis durch
Aufbringen einer Umschaltkraft FU ein aktives Umschalten
in die jeweils andere Schaltstellung hervorgerufen wird. Die eine
Halteeinrichtung 27 dient zum Arretieren der ersten Schaltstellung,
die andere Halteeinrichtung 27 zum Arretieren der anderen Schaltstellung.
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Die
beiden Halteeinrichtungen 27 sind jeweils einem der beiden
Endabschnitte 9a, 9b des Ventilschiebers 7 zugeordnet.
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Teils
sind die Komponenten der Halteeinrichtungen 27 am Ventilschieber 7 und
teils am Ventilgehäuse 4 angeordnet.
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Die
am Ventilschieber 7 angeordneten Komponenten der Halteeinrichtungen 27 enthalten
einen insbesondere den stirnseitigen Abschluss des Ventilschiebers 7 bildenden
Arretierkopf 28. Er ist axial unbeweglich am Ventilschieber 7 angeordnet
und macht dessen Umschaltbewegung 5 mit. Er steht radial über den
sich anschließenden
Längenabschnitt des
Ventilschiebers 7 vor.
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Bevorzugt
umfasst der Arretierkopf 28 ein ring- oder hülsenförmiges Arretierglied 32,
das am zugeordneten Endabschnitt 9a, 9b befestigt
ist. Es ist insbesondere auf den Außenumfang des Ventilschiebers 7 aufgesetzt,
beispielsweise nach Art einer Mutter im Rahmen einer Schraubverbindung 33.
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Das
Arretierglied 32 besitzt radial außen eine von der Kreisform
abweichende Außenkontur 34. Beispielhaft
setzt sich die Außenkontur 34 aus
zwei sich diametral gegenüberliegenden
und zueinander parallelen Linearabschnitten 35 und zwei
sich ebenfalls diametral gegenüberliegenden,
die Endbereiche der Linearabschnitte verbindenden konvexen Bogenabschnitten 36 zusammen.
Diese Außenkontur
entspricht derjenigen eines an diametral gegenüberliegenden Stellen parallel
abgeflachten Kreises. Besonders gut erkennbar ist dies aus 7 und 8.
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Der
Ventilschieber 7 ist zweckmäßigerweise drehfest bezüglich des
Ventilgehäuses 4 angeordnet, kann
also um seine Längsachse 6 nicht
verdreht werden. Die Verdrehsicherung wird exemplarisch durch je
ein Verdrehsicherungselement 37 gewährleistet, das an den Endabschnitten 9a, 9b befestigt
ist und mit einer oder mehreren sich axial erstreckenden gehäuseseitigen Längsnuten 38 ausschließlich linear verschiebbar
in Eingriff steht, die an der Innenumfangsfläche 24c der Steuerabschnitte 24a ausgebildet
sind.
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Die
Verdrehsicherungselemente 37 können insbesondere durch das
jeweils zugeordnete Arretierglied 32 drehfest am Ventilschieber 7 befestigt sein.
Beispielhaft ist dies dadurch gelöst, dass jedes Verdrehsicherungselement 37 auf
den zugeordneten Endabschnitt 9a, 9b aufgesteckt
und axial zwischen dem aufgeschraubten Arretierglied 32 und
dem ebenfalls aufgesteckten Betätigungskolben 13 fest eingespannt
ist. Der Betätigungskolben 13 stützt sich dabei
axial an einer ringförmigen
Abstufung 42 des Ventilschiebers 7 ab.
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Das
Arretierglied 32 bildet beispielhaft zwei sich diametral
gegenüberliegende,
bezüglich
in Umfangsrichtung benachbarter Bereiche weiter nach außen ragende
Arretierabschnitte 43 aus. Sie sind exemplarisch gebildet
von den von den Bogenabschnitten 36 begrenzten Umfangsabschnitten
des Arretiergliedes 32.
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Die
ventilgehäusefeste
Komponente der Halteeinrichtungen 27 umfasst eine Riegeleinrichtung 44.
Sie ist in Richtung der Längsachse 6 bezüglich des
Ventilgehäuses 4 unbeweglich
festgelegt. Zweckmäßigerweise
sitzt sie in dem dem Ventilschieber 7 axial gegenüberliegenden
Endabschnitt des jeweiligen Antriebsabschnittes 24b der
Schieberaufnahme 24. Es liegt vorzugsweise eine bezüglich des Ventilschiebers 7 koaxiale
Anordnung vor.
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Die
Riegeleinrichtung 44 enthält ein bezüglich des Ventilgehäuses 4 drehfestes
Einrichtungsgehäuse 45 mit
einer dem Ventilschieber 7 axial abgewandten Bodenwand 45a,
einer sich daran, zum Ventilschieber 7 hin anschließenden ringförmigen Umfangswand 45b und
einer sich an die Umfangswand 45b an schließenden,
bezüglich
dieser nach radial innen vorstehenden ringförmigen Vorderwand 45c.
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Zu
der Riegeleinrichtung 44 gehört ferner ein bezüglich des
Einrichtungsgehäuses 45 um
eine mit der Längsachse 6 zusammenfallende
Drehachse 46 drehbarer Drehriegel 47. Er durchgreift
die ringförmige
Vorderwand 45c und bildet dabei mit einem scheibenförmigen Basisabschnitt 62 gleichzeitig
einen drehbaren Deckel derselben, wobei er gemeinsam mit dem Einrichtungsgehäuse 45 einen
mit Fluid beaufschlagbaren Betätigungsraum 48 begrenzt.
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An
der dem Ventilschieber 7 axial abgewandten Seite trägt der Drehriegel 47 an
seinem Basisabschnitt 62 einen drehfest mit ihm verbundenen,
in den Betätigungsraum 48 hineinragenden
zweiflügeligen Drehkolben 52.
Die beiden bezüglich
der Drehachse 46 radial abstehenden Kolbenflügel sind
bei 52a und 52b ersichtlich (5 und 6).
Der Drehkolben 52 könnte
auch eine geringere oder größere Anzahl von
Kolbenflügeln
aufweisen.
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Der
Drehkolben 52 unterteilt den Betätigungsraum 48 in
zwei um die Drehachse 46 herum versetzt angeordnete Betätigungsabschnitte 48a, 48b,
in die jeweils ein das Einrichtungsgehäuse 45 durchsetzender
Steuerkanal 53 einmündet.
Die beiden Steuerkanäle 53 jeder
Halteeinrichtung 27 sind an den zugeordneten Vorsteuerkanal 16a beziehungsweise 16b angeschlossen.
Dadurch kann über sie
hinweg eine durch die Vorsteuerventileinrichtungen 3a, 3b gesteuerte
Fluidbeaufschlagung der Betätigungsabschnitte 48a, 48b mit
Antriebsfluid vorgenommen werden.
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Das
Einrichtungsgehäuse 45 definiert
zusammen mit dem Drehkolben 52 einen fluidbetätigten Drehantrieb.
Er ist zweckmä ßigerweise
in sogenannter einfachwirkender Bauart ausgebildet. Durch zwischen
den beiden vorgenannten Komponenten 45, 52 wirksame
Rückstellfedermittel 54 ist
der Drehkolben 52 und mithin der drehfest mit diesem verbundene
Drehriegel 47 in die aus 3 und 6 ersichtliche
Grundstellung vorgespannt, in der er mit seinen beiden Kolbenflügeln 52a, 52b an
einer bezüglich
des Einrichtungsgehäuses 45 ortsfesten
Anschlagfläche 55 anliegt.
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Wird über die
Steuerkanäle 53 Antriebsfluid in
den Betätigungsraum 48 eingespeist,
verdreht sich der Drehkolben 52 unter Mitnahme des Drehriegels 47 in
die aus 2 und 5 ersichtliche
betätigte Stellung.
Diese ist durch das Auflaufen der Kolbenflügel 52a, 52b auf
weitere bezüglich
des Einrichtungsgehäuses 45 ortsfeste
Anschlagflächen 56 definiert. Bei
Wegnahme des Steuerdruckes kann der Drehkolben 52 durch
die Rückstellkraft
der Rückstellfedermittel 54 in
die Grundstellung zurückkehren.
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Die
Rückstellfedermittel 54 können sowohl mechanisch
als auch fluidisch ausgebildet sein, Letzteres insbesondere in Gestalt
einer Luftfeder. Beispielhaft liegt eine mechanische Ausgestaltung
vor, und zwar in Gestalt einer in dem Betätigungsraum 48 koaxial
angeordneten, gewundenen Torsionsfeder, die zum einen am Einrichtungsgehäuse 45 und
zum anderen am Drehriegel 47 angreift.
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Der
Drehkolben 52 ist insbesondere einstückig mit dem Drehriegel 47 verbunden.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel
könnte
die Betätigungskraft
für den
Drehriegel 47 beispielsweise auch durch eine elektrische
oder elektromagnetische Antriebseinrichtung erzeugt werden.
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Der
Drehriegel 47 besitzt einen dem Einrichtungsgehäuse 45 zum
Ventilschieber 7 hin mit Abstand axial vorgelagerten Verriegelungsabschnitt 57. Er
ist exemplarisch von mehreren sich axial erstreckenden Tragarmen 58 getragen,
die von dem den Drehkolben 52 aufweisenden Basisabschnitt 62 des Drehriegels 47 in
der Richtung der Umschaltbewegung 5 wegragen. Sie sind
um die Drehachse 46 herum unter gegenseitigen Winkelabstand
verteilt.
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Wie
insbesondere aus 7 und 8 ersichtlich
ist, weist der Verriegelungsabschnitt 57 eine mit dem Ventilschieber 7 koaxiale
Durchbrechung 63 auf, deren Innenkontur 64 komplementär zu der
Außenkontur 34 des
Arretierkopfes 28 ausgebildet ist. Durch diese Innenkontur 64 werden
zwei sich diametral gegenüberliegende
Blockierabschnitte 65 definiert, die einen geringeren Radialabstand
zu der Längsachse 6 aufweisen
als die sich in Umfangsrichtung daran anschließenden Abschnitte der Innenkontur 64.
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In
der aus 2, 5 und 7 ersichtlichen
betätigten
Stellung des Drehkolbens 52 nimmt der Drehriegel 47 eine
Freigabestellung ein, in der die Innenkontur 64 mit der
Außenkontur 34 fluchtet, sodass
der Arretierkopf 28 axial durch die Durchbrechung 63 hindurchtreten
kann.
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In
der Grundstellung des Drehkolbens 52, die in 3, 6 und 8 vorliegt,
ist der Drehriegel 47 so verdreht, dass die vorgenannte
axiale Fluchtung zwischen Innenkontur 64 und Außenkontur 34 aufgehoben
ist. In dieser Relativposition ist somit ein Eintauchen des Arretierkopfes 28 in
die Durchbrechung 63 nicht möglich. Ein Durchtritt durch die
Durchbrechung 63 ist verhindert.
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Die
Verriegelung einer Schaltstellung des Ventilschiebers 7 übernimmt
diejenige Halteeinrichtung 27, zu deren Riegeleinrichtung 44 hin
der Ventilschieber 7 verlagert ist. In diesem Zusammenhang
ist es von Vorteil, wenn die oben erwähnte, zur Vorgabe einer Schaltstellung
dienende Anschlagfläche 15 an der
dem Ventilschieber 7 zugewandten Stirnseite des Drehriegels 47 ausgebildet
ist. Auf diese Anschlagfläche 15 kann
der Ventilschieber 7 dann beispielhaft mit seinem zugeordneten
Verdrehsicherungselement 37 auflaufen.
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Der
axiale Abstand zwischen dem Verriegelungsabschnitt 57 und
dem zugeordneten Basisabschnitt 62 entspricht mindestens
den axialen Abmessungen des Arretiergliedes 32, kann aber
auch etwas größer sein.
Dadurch ist gewährleistet,
dass der Arretierkopf 28 bei Einnahme der entsprechenden Schaltstellung
des Ventilschiebers 7 durch die Durchbrechung 63 hindurchgetreten
ist und auf der der Riegeleinrichtung 44 zugewandten Axialseite
des Verriegelungsabschnittes 57 zu liegen kommt (vgl. 3).
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Eine
typische Betriebsweise des Ventils 1 wird im Folgenden
erläutert.
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Aus
der Zeichnung ist die verriegelte erste Schaltstellung des Ventilschiebers 7 ersichtlich.
Hierbei ist der Arretierkopf 28 der für die Verriegelung zuständigen,
in 1 rechts abgebildeten Halteeinrichtung 27 durch
die Durchbrechung 63 hindurchgetreten, und der Drehriegel 47 nimmt,
bedingt durch die Stellkraft der Rückstellfedermittel 54,
die auch aus 8 ersichtliche Verriegelungsstellung
ein. Diese zeichnet sich durch eine Drehposition des Drehriegels 47 aus,
bei der die Blockierabschnitte 65 in axial vor die Arretierabschnitte 43 ragen
und somit in den beim Umschalten in die andere Schaltstellung zu durchlaufenden
Verfahrweg dieser Arretierabschnitte 43. Dadurch ist der
Ventilschieber 7 an einer axialen Umschaltbewegung 5 gehindert
und verriegelt.
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Um
die Umschaltbewegung 5 zu ermöglichen, wird der Drehkolben 52 durch
Aktivierung der zugeordneten Vorsteuerventileinrichtung 3a in
die aus 5 ersichtliche betätigte Stellung
verdreht. Hierbei bewegt sich der Drehriegel 47 in die
aus 7 ersichtliche Freigabestellung mit, in der der axiale
Hintergriff der Arretierabschnitte 43 und Blockierabschnitte 65 aufgehoben
ist. Wird nun die Umschaltkraft FU aufgebracht,
verlagert sich der Ventilschieber 7 in die andere Schaltstellung,
wobei der zuvor verriegelte Arretierkopf 28 axial in die
Durchbrechung 63 des zugeordneten Verriegelungsabschnittes 57 eintaucht.
Dies entspricht dann dem aus 2 ersichtlichen
Zustand.
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Zweckmäßigerweise
sind die axialen Abmessungen der einzelnen Komponenten so aufeinander
abgestimmt, dass der Arretierkopf 28 beim Umschalten in
die andere Schaltstellung nicht komplett durch die Durchbrechung 63 hindurchtritt.
Er verbleibt innerhalb dieser. Aufgrund des hierbei in der Drehrichtung
des Drehriegels 47 vorhandenen Formschlusses zwischen der
Innenkontur 64 des Verriegelungsabschnittes 57 und
der Außenkontur 34 des Arretierkopfes 28 bewirkt
dies eine drehfeste Arretierung des Drehriegels 47 in der
Freigabestellung, und zwar auch dann, wenn die Fluidbeaufschlagung
des zugeordneten Drehkolbens 52 aufgehoben wird.
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Wird
anschließend
der Ventilschieber 7 wieder in die erste Schaltstellung
zurückgeschoben, stellt
sich der Drehriegel 47 aufgrund der Rückstellfedermittel 54 ohne
gesonderte Ansteuerung praktisch selbsttätig in die Verriegelungsstellung
zurück,
nachdem der Eingriff zwischen Arretierkopf 28 und Durchbrechung 63 aufgehoben
ist.
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Der
vorstehend in Bezug auf die rechts abgebildete Halteeinrichtung 27 geschilderte
Bewegungsablauf findet stets gleichzeitig in umgekehrter Reihenfolge
bei der anderen Halteeinrichtung 27 statt. Es ergibt sich
also beim Umschalten zwischen den beiden Schaltstellungen ein steter
Wechsel zwischen den Betriebsstellungen der beiden Halteeinrichtungen 27,
wobei auf der jeweils einen Seite die Freigabestellung des Drehriegels 47 vorliegt,
wenn sich der Drehriegel 47 der anderen Seite in der Verriegelungsstellung
befindet.
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Bei
dem Ventil des Ausführungsbeispiels
ergibt sich noch eine weitere Besonderheit dahingehend, dass das
die Betätigungskraft
für den
Drehkolben 52 liefernde Fluid gleichzeitig auch für das Aufbringen
der Umschaltkraft FU zum Umschalten des Ventilschiebers 7 verantwortlich
ist. Oder anders ausgedrückt,
das die Umschaltkraft FU für den Ventilschieber 7 liefernde
Antriebsfluid liefert gleichzeitig auch die zum Betätigen der
Riegeleinrichtung 44 erforderliche fluidische Betätigungskraft.
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Dies
ist sehr einfach dadurch erreicht, dass die Riegeleinrichtung 44 mit
einer Ventilfunktion ausgestattet ist, die sich besonders gut anhand
der 2 bis 8 veranschaulichen lässt. Als
Ventilglied fungiert hierbei der Drehriegel 47, der praktisch einen
Drehschieber bildet.
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Das
Einrichtungsgehäuse 45 ist,
insbesondere an seiner Vorderwand 45c, von beispielsweise zwei Überströmkanälen 66 durchsetzt,
die auf einem Kreisbogen liegen, der bei der Drehbewegung des Drehriegels 47 von
dessen innerhalb des Einrichtungsgehäuses 45 liegenden
Abschnitt oder vom Drehkolben 52 überstrichen wird. Der innerhalb
des Einrichtungsgehäuses 45 liegende
Abschnitt des Drehriegels 47 oder der Drehkolben 52 verfügen über eine
entsprechende Anzahl von Durchlasskanä len 67, die auf dem
gleichen Kreisbogen wie die Überströmkanäle 66 liegen,
wobei sie zum einen zur Seite der Überströmkanäle 66 und zum anderen
zur Seite des Betätigungsraumes 48 ausmünden.
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Die
Durchlasskanäle 67 sind
bezüglich
den Überströmkanälen 66 so
platziert, dass sie in der Freigabestellung des Drehriegels 47 unter
Freigabe eines Strömungsweges
miteinander fluchten (2 und 7), in der
Verriegelungsstellung des Drehriegels 47 jedoch in dessen
Drehrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei gleichzeitig
ein Abdeckabschnitt 68 des Drehriegels 47 oder
Drehkolbens 52 über
der zugewandten Mündung
des Überströmkanals 66 zu
liegen kommt und diesen absperrt.
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Nicht
weiter abgebildete Dichtmittel am Einrichtungsgehäuse 45 und/oder
Drehriegel 47 gewährleisten
eine sichere Abdichtung im Zustand nicht fluchtender Kanäle.
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Auf
diese Weise ergibt sich bei der Betätigung des Ventils 1 eine
selbsttätige
funktionelle Reihenschaltung bei der Betätigung der Riegeleinrichtung 44 und
des Ventilschiebers 7. Wenn das Antriebsfluid bei in Verriegelungsstellung
befindlichem Drehriegel 47 in den Betätigungsraum 48 eintritt,
ist es aufgrund abgesperrter Überströmkanäle 66 an
einem Überströmen in die
sich anschließende
Beaufschlagungskammer 17a oder 17b gehindert.
Das Antriebsfluid übt
somit zunächst
nur eine Betätigungskraft
auf den Drehkolben 52 aus und verdreht diesen in die betätigte Stellung.
Erst wenn diese erreicht ist, was mit dem gleichzeitigen Erreichen
der Freigabestellung des Drehriegels 47 einhergeht, ist
der volle Durchfluss durch die Überströmkanäle 66 freigegeben,
und das bis dahin zurückgehaltene
Antriebsfluid kann in die benachbarte Beaufschla gungskammer 17a, 17b überströmen, um
dort die Umschaltkraft FU auf den Ventilschieber 7 auszuüben.
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Mit
dieser Maßnahme
ist eine leichtgängige Drehbetätigung des
Drehriegels 47 verbunden. Es wird verhindert, dass der
Arretierkopf 28 eine axiale Drückkraft auf den Verriegelungsabschnitt 57 ausübt, während der
Drehriegel 47 in die Freigabestellung umgeschaltet wird.
Damit ist gleichzeitig auch eine Verschleißminimierung verbunden.