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Die Erfindung betrifft ein Fluidventil mit Zeitgeber in einer Fluidzufuhrleitung, mit einem Betätigungsorgan zum Verschieben eines Ventilgliedes des Fluidventils in die geöffnete Stellung.
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Das erfindungsgemäße Fluidventil dient dazu, eine portionsweise vorgegebene Fluidmenge aus einer Fluidzufuhrleitung in ein Fluidsystem austreten zu lassen. Eine Verwendung des Fluidventils kommt in erster Linie für Flüssigkeiten, grundsätzlich aber auch für Gase in Betracht. Das Fluidventil besitzt eine Zeitgeberfunktion, die bewirkt, dass das Ventil nach einem manuell oder auch automatisch ausgelösten Öffnungsvorgang in vorgegebener Zeit wieder schließt. Dabei ist der Begriff des Zeitgebers hier zur Vereinfachung der Beschreibung gewählt worden, da es nicht darauf ankommt, dass die Schließung nach vorgegebener Zeit erfolgt. Die Schließung soll jedoch ohne exakte Zeitmessung erfolgen. In diesem Fall sollen elektronische Zeitmesseinrichtungen wie insgesamt elektronische oder elektrische Hilfsaggregate aus Sicherheitsgründen außer Betracht bleiben.
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Als vergleichbarer Stand der Technik sind die üblicherweise bei Toiletten vorgesehene Spülvorrichtungen anzusehen, die eine vorgegebene Wassermenge für die Spülfunktion abgeben und anschließend automatisch wieder schließen.
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Diese Spülvorrichtungen haben jedoch Nachteile. Zum einen sind sie relativ ungenau, so dass sich zumeist in relativ kurzer Zeit Leckverluste ergeben. Zum anderen erfordern sie in den meisten Bauformen einen relativ sperrigen Spülkasten, der nicht immer ohne weiteres im Raum unterzubringen ist.
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DE 199 35 168 A1 betrifft ein Fluidventil, welches Einsatz findet als Servoventil, insbesondere Selbstschlussventil, Druckspüler oder dergleichen. Das Fluidventil bildet ein erstes Ventil zwischen einem von einem Gehäuse gebildeten Ventilsitz und einem federbelasteten Kolben aus. Das erste Ventil steuert den Übertritt eines Fluids zwischen einem Zufluss und einem Abfluss. In einer Ventilbohrung des Kolbens ist ein zweites Ventil gebildet, in dem in einer Schließstellung über eine weitere Feder eine Ventilkugel gegen einen Ventilsitz presst. In der Öffnungsstellung des zweiten Ventils verbindet diese den Abfluss mit einem unterhalb des Kolbens angeordneten Bodenraum. Entgegen der Beaufschlagung durch die Feder kann das erste Ventil über einen ersten Stößel manuell geöffnet werden, wobei dieser Stößel fest mit dem Kolben des ersten Ventils verbunden ist. Das mit der Ventilkugel gebildete zweite Ventil kann entgegen der Beaufschlagung durch die zweite Feder über einen zweiten Stößel, der einen Dorn besitzt, geöffnet werden. Ein Betätigungsorgan in Form eines Griffes ist starr mit dem zweiten Stößel gekoppelt, so dass mit Betätigung des Betätigungsorgans das zweite Ventil immer in seiner Öffnungsstellung ist. Ein Schließen des zweiten Ventils erfolgt somit lediglich mit Entlastung des Griffes. Bewegungsgesteuert erfolgt nach einem Teilhub des Griffes sowie des zweiten Stößels eine Kopplung der Bewegung des Griffes auch mit dem ersten Stößel, so dass mit Überschreiten dieses Teilhubes über den Griff auch das erste Ventil geöffnet werden kann.
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Die Gestaltung der Bewegungssteuerung sowie die Ausbildung, Montage, Führung und Abdichtung der zwei separat voneinander ausgebildeten Stößel ist sehr aufwändig. In dem Fluidventil ist eine Zweigleitung vorhanden, welche einen Zufluss mit dem von dem Kolben begrenzten Bodenraum verbindet. Über diese Verbindung kann für geöffnetes erstes Ventil der im Bodenraum auf den Kolben wirkende Druck mit der Zeit ansteigen. Dieser Druckanstieg bewirkt mit Überschreiten einer Druckschwelle die Schließung des ersten Ventils. Somit kann durch die Gestaltung der Strömungsverhältnisse in der Zweigleitung die Zeitspanne vorgegeben werden, die das erste Ventil geöffnet ist. Allerdings stellt die Ausgestaltung des Fluidventils mit der Bewegungssteuerung und den zwei separaten Stößeln erhöhte Anforderungen an die Bauteilvielfalt, die Abdichtungsmaßnahmen, die Montage und Demontage. Weiterhin können zwischen Gehäuse, erstem Stößel und zweitem Stößel gebildete Dicht- und Führungsflächen, unter Umständen auch mit der Bewegungssteuerung, zu einer verschlechterten Betätigungshaptik führen, Schließlich ist infolge der starren Kopplung des Griffes mit dem zweiten Stößel das zweite Ventil bei Betätigung des Griffes immer geöffnet, was zu einer Veränderung der Öffnungszeit des Fluidventils je nach Betätigungsdauer des Griffes führen kann.
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Weiterer Stand der Technik ist aus
FR 784 384 A und
BE 776 581 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fluidventil zu schaffen, das nach Abgabe einer Fluidportion automatisch schließt und hinsichtlich der Betätigungsmechanik verbessert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besitzt das erfindungsgemäße Fluidventil eine gedrosselte Zweigleitung, die von der Fluidzufuhrleitung zur Gegenseite des Ventilgliedes führt und das Ventilglied nach Ansammlung einer vorgegebenen Fluidmenge in die Schließstellung zurückdrückt.
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Erfindungsgemäß ist das Fluidventil nicht entsprechend
DE 199 35 158 A1 mit zwei über eine Bewegungssteuerung miteinander koppelbaren Stößeln ausgebildet, sondern lediglich einem einzigen Stößel. Eine Vielzahl von Dicht- und Führungsmaßnahmen für zwei separate Stößel kann somit eingespart werden. Um dennoch die Öffnung von zwei Ventilen zu ermöglichen, besitzt der Stößel einen Kopf sowie einen Dom. Bei Verschiebung des Stößels drückt zunächst der Dorn die Ventilkugel von ihrem Ventilsitz (Öffnung zweites Ventil). Mit weiterer Verschiebung des Stößels kommt dann der Kopf zur Anlage an den Kolben und verschiebt den Kolben in die offene Stellung (Öffnung erstes Ventil).
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stößel mit einem Betätigungsorgan über eine Rastverbindung verbunden. Die Rastverbindung verbindet bei normaler Belastung des Betätigungsorgans, also einem ersten Längskraftniveau, das Betätigungsorgan mit dem Stößel. Bei erhöhter Belastung des Stößels, also Überschreiten eines Schwellwertes für die Längskraft, gibt die Rastverbindung den Stößel gegenüber dem Betätigungsorgan frei. Dies hat zur Folge, dass sich der Stößel trotz einer Betätigung des Betätigungsorgans entgegen der Betätigungsrichtung des Betätigungsorgans bewegen kann. Wird somit der Stößel für längere Zeitdauern mit großer Kraft über das Betätigungsorgan, unter Umständen auch trotz ansteigenden Drucks in dem Bodenraum, nach unten gedrückt, kann die Rastverbindung die Kopplung zwischen Betätigungsorgan und Stößel beseitigen, so dass der Stößel losgelöst von dem Betätigungsorgan eine Bewegung ausführen kann, die insbesondere zur Schließung des mit der Ventilkugel gebildeten zweiten Ventils führt.
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Im Fall eines Spülvorganges mit Wasser kann beispielsweise wie folgt verfahren werden. Der Sprühvorgang wird durch Druck auf einen Knopf manuell oder auch automatisch ausgelöst. Dadurch wird ein Ventilglied, insbesondere ein Kolben verschoben, der den Ventildurchlass freigibt. Der Kolben wird sofort wieder freigegeben, also nicht weiter niedergedrückt. Dadurch kann nachströmendes Wasser durch die gedrosselte Zweigleitung in einen Raum auf der Rückseite des Kolbens eingeleitet werden. Mit der Füllung dieses Raumes mit Wasser wird der Kolben mehr und mehr in seine Schließstellung zurückgedrückt. Der Rücklauf des Kolbens wird unterstützt durch Federvorspannung mithilfe einer Druckfeder, die den Kolben ständig beaufschlagt.
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An dem Gehäuse des Ventils ist vorzugsweise ein Stößelgehäuse angebracht, in dem ein verschiebbarer Stößel angeordnet ist, der zum Verschieben des Kolbens in die Öffnungsstellung niedergedrückt werden kann. Im übrigen befindet sich in dem Kolben ein Rückschlagventil, dessen Ventilkugel durch den Stößel in die geöffnete Stellung verschoben wird, so dass das Fluid, beispielsweise Wasser, aus dem Raum an der Rückseite des Kolbens in den Auslass des Ventils abströmen kann. Dadurch wird es möglich, den Kolben in die geöffnete Stellung zu verschieben.
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Der Stößel wird durch einen Druckkopf vorgeschoben, dessen Verbindung zum Stößel in der Endstellung des Vorschubs bei weiter erhöhtem Druck ausrastet, so dass sich der Stößel in der Endstellung des Vorschubs von dem Druckkopf löst und wieder zurückleiten kann.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Fluidventils;
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2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Fluidventil.
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1 zeigt ein Ventilgehäuse des erfindungsgemäßen Fluidventils in Außenansicht. An dem Ventilgehäuse ist ein Stößelgehäuse 12 von außen befestigt. Nähere Einzelheiten ergeben sich aus der später erläuterten Schnittdarstellung. Von der Außenseite sieht man bei dem Ventilgehäuse vor allem einen Einlass und einen Auslass 14, 16. Der Einlass 14 wird mit einer nicht gezeigten Fluidzufuhrleitung verbunden, und das aus dem Auslass 16 austretende Fluid steht mit einem nicht gezeigten Fluidsystem in Verbindung.
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Das Stößelgehäuse 12 weist einen nicht bezeichneten Abschnitt mit Außengewinde auf, der in eine Gewindebohrung 18 des Ventilgehäuses 10 eingeschraubt ist.
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Koaxial zu dieser Gewindebohrung 18 befindet sich in dem Ventilgehäuse 10 eine Kolbenbohrung 20, in der ein Kolben 22 axial verschiebbar ist. Der Kolben 22 dient als Ventilkörper. In der oberen Stellung in 2 befindet sich der Kolben 22 auf einem Ventilsitz 24 innerhalb des Ventilgehäuses 10. Der Ventilsitz 24 ist kegelförmig ausgebildet und wirkt mit einer kegelförmigen Dichtfläche 26 am oberen Ende des Kolbens 22 zusammen. In die Dichtfläche 26 ist ein O-Ring 28 als Dichtung eingelassen. In der in 2 gezeigten oberen Stellung des Kolbens 22 dichtet dieser gegenüber der Dichtfläche 24 ab. Damit wird ein durch das Ventil gebildeter Strömungskanal vom Einlass 14 zum Auslass 16 geschlossen. Der Einlass mündet in der Schnittdarstellung der 2 in eine Einlasskammer 30. Das in die Einlassammer 30 eintretende Fluid wird bei Öffnung des Ventils in den Auslass 16 eingelassen.
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Das Stößelgehäuse 12 weist zusammen mit dem Kolben 22 eine gemeinsame Achse 32 auf.
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Zu der Achse 22 liegt innerhalb des Kolbens eine Ventilbohrung 34. innerhalb der Ventilbohrung befindet sich senkrecht beweglich eine Ventilkugel 36. Die Ventilkugel 36 weist am oberen Ende der Ventilbohrung 34 innerhalb des Kolbens 22 einen Ventilsitz 38 auf, die die Ventilbohrung 34 nach oben schließt, Die Ventilkugel 36 und zusammen mit dieser der Kolben 22 werden durch eine Druckfeder 40 vorgespannt. Die Druckfeder 40 drückt die Ventilkugel 36 35 gegen ihren Ventilsitz 38 und darüber hinaus den gesamten Kolben 22 gegen dessen Dichtfläche 26. Damit sind beide Durchlässe verschlossen.
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In dem Stößelgehäuse 12 befindet sich ein axial verschiebbarer Stößel 42, der in Axialrichtung entlang der gemeinsamen Achse 32 des Stößelgehäuses und des Kolbens 22 verschiebbar ist. Der Stößel 42 weist einen konischen Kopf 44 am unteren Ende auf, der durch einen vorspringenden Dorn 46 nach unten verlängert wird. Wenn der Stößel 42 in geeigneter Weise – manuell oder automatisch – nach unten in 2 gedrückt wird, tritt zunächst der Dorn 46 in eine obere Ausnehmung des Kolbens 22 oberhalb der Ventilbohrung 34 ein, die die Ventilbohrung 34 mit kleinerem Durchmesser nach oben verlängert. Der Dorn 46 drückt dabei die Ventilkugel 36 von ihrem Ventilsitz 38 und sodann den gesamten Kolben 22 nach unten innerhalb der Kolbenbohrung 20. Dabei wird die Druckfeder 40 zusammengedrückt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis sich der Kolben 22 vollständig am Boden der Kolbenbohrung 20 befindet. Dabei wird der Durchlass zwischen Einlass 14 und Auslass 16 innerhalb des Ventilgehäuses freigegeben. Das entsprechende Fluid wird über den Auslass 16 abgegeben. Sobald der Kolben 22 den Boden der Kolbenbohrung 20 erreicht hat, wird der Stößel 42 freigegeben, so dass er seine obere Ausgangsstellung wieder erreichen kann. Dies geschieht wie folgt:
Das Stößelgehäuse 12 ist von einer verschiebbaren Hülse 48 sowie einer Druckfeder 50 umgeben.
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Die Hülse 48 wird nach oben oberhalb des oberen Endes des Stößels 42 zu einer Kappe 52 zusammengeführt, die als Druckknopf dienen kann und es ermöglicht, die Hülse 48 und die Kappe 52 zusammen mit dem Stößel 42 gegen die Wirkung der Feder 50 nach unten zu drücken. Bei dieser Abwärtsbewegung wird der Stößel 42 mitgenommen, so dass er zunächst die Ventilkugel 36 und dann den gesamten Kolben 22 nach unten innerhalb des Ventilgehäuses 10 mitnimmt.
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Wenn der Kolben 22 die untere Endstellung innerhalb der Kolbenbohrung 20 erreicht hat, lässt sich der Kolben nicht weiter verschieben. Wenn trotzdem über die als Druckknopf verwendete Kappe 52 Druck nach unten ausgeübt wird, wird die Anordnung aus Hülse 48 und Kappe 52 von dem Stößel 42 gelöst.
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Zu diesem Zweck befinden sich am oberen Ende des Stößels 42 einige Rastkugeln 54, die in der Ausgangsstellung in Nuten 56 in dem oberen Ende des Stößels 42 und einer ringförmigen Verstärkung 58 am Übergang von der Kappe 52 zu der Hülse 48 liegen und durch eine ringförmige Feder vorgespannt werden. Das heißt, dass über die Kappe durchaus weiter Druck ausgeübt werden kann. Der Stößel 42 kommt alsbald von der Führung durch die Kappe 52 frei und kann in die Ausgangsstellung zurückkehre, während die Rastkugeln zunächst über eine konische Außenfläche 60 an seinem oberen Ende herabgleiten. Wenn die Kappe 52 in ihrer Funktion als Druckknopf losgelassen wird, kehrt auch die Kappe mithilfe der Druckfeder 50 in ihre Ausgangsstellung zurück. Dabei laufen die Rastkugeln über die Konusfläche am oberen Ende des Stößels 42 nach oben. Diese Konusfläche gehört zu einem Konus mit kleinem Spitzenwinkel, über den die Rastkugeln 54 mit geringem Widerstand durch die Kraft der Feder 50 bewegt werden können.
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Wenn der Kolben 22 in der unteren Stellung angelangt ist, wird die gewünschte Fluidmenge durch Einlass und Auslass 14, 16 hindurchgelassen. Es geht jetzt darum, das Ventil wieder zu schließen. Dies geschieht wie folgt.
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In dem Ventilgehäuse 10 befindet sich eine Gewindebohrung 62, in die ein Drosselglied 64 eingeschraubt ist. Das Drosselglied weist eine konische Spitze 66 auf, die in eine nicht bezeichnete Bohrung am Anfang eines engen Kanals 68 eintritt und mit dieser Bohrung eine Drosselöffnung bildet. Die Größe der Drosselöffnung ist verstellbar, da das Drosselglied 64 in die Gewindebohrung 62 eingeschraubt ist und in seiner Position verstellt werden kann.
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Der Kanal 68 mündet in den Bodenraum 70 des Fluidventils unterhalb des Kolbens 22. Die Einlasskammer 30 steht über die Drosselöffnung mit dem Kanal 68 in Verbindung, so dass ständig zuströmendes Fluid über den Kanal 68 in den Bodenraum 70 eingelassen wird.
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Dieses Fluid hebt den Kolben 22 aus der unteren Stellung wieder an, bis der Kolben schließlich wieder seine Schließstellung an dem Ventilsitz 24 erreicht hat. Die Verbindung zwischen der Einlasskammer 30 und dem Auslass 16 wird damit wieder geschlossen, bis der Kolben das nächste Mal durch den Stößel 42 niedergedrückt wird.
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Der hydraulische Druck im Bereich des Auslasses 16 nimmt den Stößel 42, der von den Rastkugeln 54 freigekommen ist, in die obere Endstellung zurück. Schließlich rasten die Rastkugeln 54 wieder in ihre Nuten am Stößel und an der Verstärkung der Anordnung aus Kappe 52 und Hülse 48 ein, bis diese wieder mit dem Stößel eine Einheit bilden.
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Die Feder 40 in dem Kolben 22 ist so bemessen, dass sie Kolben 22 und die Ventilkugel 36 auch dann wieder in die Ausgangsstellung mitnimmt, wenn der Dorn 46 auf die Ventilkugel 36 einwirkt. Das Eigengewicht des Stößels 42 ist gering und spielt auch dann nur eine geringe Rolle, wenn der Stößel 42 senkrecht nach oben gerichtet ist. Die Rastkugeln 54 laufen über den flachen Konus 60 am oberen Ende des Stößels 42, so dass die Kappe 52 auch insoweit relativ leicht durch die Feder 50 zurückgeschoben werden kann.
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Der Kolben 22 besitzt auf seinem Umfang eine Dichtung 72, die den Kolben in seiner Kolbenbohrung 20 abdichtet. Auf der anderen Seite kann sich die Ventilkugel 36 in der zugehörigen Ventilbohrung 34 bewegen, ohne diese Ventilbohrung 34 abzudichten. Gegebenenfalls befinden sich auf der Innenfläche dieser Ventilbohrung 34 Nuten, die eine Blockade verhindern.
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Wenn der konische Kopf 44 des Stößels 42 in die obere Ausnehmung des Kolbens 22 eintritt, findet ebenfalls keine Abdichtung statt, da der konische Kopf auf dem Umfang Nuten aufweist, die in der Zeichnung angedeutet, aber nicht bezeichnet sind.
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Anschließend soll die Funktionsweise des Fluidventils erläutert werden, obgleich wesentliche Funktionen bereits bei der Beschreibung der einzelnen Teile genannt worden sind.
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Wenn eine bestimmte Fluidmenge, beispielsweise eine bestimmte Wassermenge für einen Spülvorgang benötigt wird, wird die als Knopf dienende Kappe 52 niedergedrückt. Dadurch wird der Stößel 42 mitgenommen.
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Die Ventilkugel 36 wird von ihrem Sitz an der Dichtfläche 38 gelöst und entgegen der Wirkung der Feder 40 in der Ventilbohrung 34 verschoben. Dadurch öffnet sich die durch die Ventilkugel verschlossene Öffnung.
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Fluid, das in dem Bodenraum 70 gefangen ist, kann austreten und durch den Auslass 16 abströmen. Beim weiteren Niederdrücken des Stößels 42 tritt dieser in die obere Ausnehmung des Kolbens 22 ein und drückt den Kolben entgegen der Wirkung der Feder 40 in Richtung des Bodenraums 70. Dadurch wird der Kolben 22 von dem Ventilsitz 24 getrennt. Das Fluid kann von der Einlasskammer 30 in den Auslass 16 eintreten und abströmen. Die Kappe 52 wird weitergedrückt, bis die Rastkugeln 54 sich aus den Nuten des Stößels lösen und über den Konus 60 herabgleiten. Der Stößel 42 ist jetzt frei und kann wieder aufsteigen, obgleich die Kappe 52 nach niedergedrückt ist. Wenn der Stößel 42 frei ist und weiter aufsteigt, wird zunächst die Ventilkugel 36 und sodann der Kolben 22 freigegeben. Die Feder 40 kann beide wiederum nach oben in ihre Ausgangsstellung drücken. Dabei wird der Kolben durch das aus dem Einlass über den Kanal 68 in die Bodenkammer 70 strömende Fluid angehoben. Dieses Fluid sorgt also selbst dafür, dass der Kolben 22 nach vorgegebener Zeit das Ventil wieder schließt, die durch Einlass und Auslass hindurchgegangene Strömungsmenge also begrenzt wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Drosselöffnung, die das Drosselglied mit der Spitze 66 bildet, durch Drehen des Drosselgliedes eingestellt werden kann.
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Nachdem der Stößel 42 bereits in die Ausgangsstellung zurückgeschoben wird, kehrt auch die Hülse 48 mit der Kappe 52 mithilfe der Feder 50 in die Ausgangsstellung zurück. Die Anordnung erreicht die in 2 gezeigte Stellung, bis der nächste Fluidbedarf ansteht.
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Angaben wie oben und unten beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang auf die Darstellung in der Zeichnung. Grundsätzlich arbeitet das Ventil orientierungsunabhängig.
