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Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem eine Ventilkammer ausgebildet ist, die durch eine Arbeits-Überströmöffnung in eine mit einem Arbeitskanal kommunizierende Arbeitskammer und eine mit einem Versorgungskanal kommunizierende Versorgungskammer unterteilt ist, wobei sich während des Betriebes des Ventils in der Versorgungskammer ein unter einem Versorgungsdruck stehendes fluidisches Druckmedium befindet, und mit einem Ventilglied, das einen in der Arbeitskammer einem die Arbeits-Überströmöffnung umrahmenden Arbeits-Ventilsitz gegenüberliegenden Absperrabschnitt aufweist und das mittels einer Betätigungseinrichtung unter Ausführung einer Arbeitsbewegung wahlweise in einer mit dem Absperrabschnitt an dem Arbeits-Ventilsitz anliegenden und dadurch die Arbeits-Überströmöffnung absperrenden Schließstellung oder in einer mit dem Absperrabschnitt von dem Arbeits-Ventilsitz abgehobenen und dadurch einen Übertritt des Druckmediums aus der Versorgungskammer in die Arbeitskammer ermöglichenden Offenstellung positionierbar ist, wobei der Absperrabschnitt eine durch das in der Versorgungskammer befindliche Druckmedium in Richtung der Offenstellung beaufschlagte und in der Schließstellung durch den Arbeits-Ventilsitz begrenzte erste Wirkfläche aufweist.
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Ein aus der
DE 10 2013 011 759 A1 bekanntes Ventil dieser Art ist als Magnetventil ausgebildet und verfügt über ein Ventilglied, das mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung wahlweise in einer Schließstellung oder in einer Offenstellung positionierbar ist. Bei deaktivierter Betätigungseinrichtung liegt die Schließstellung vor, in der ein in einer Arbeitskammer befindlicher Absperrabschnitt des Ventilgliedes an einem Arbeits-Ventilsitz anliegt und dadurch eine Arbeits-Überströmöffnung verschließt, die die Arbeitskammer mit einer Versorgungskammer verbindet. In der Offenstellung ist der Absperrabschnitt von dem Arbeits-Ventilsitz abgehoben, sodass die Arbeits-Überströmöffnung freigegeben ist und unter einem Versorgungsdruck stehendes fluidisches Druckmedium aus der Versorgungskammer in die Arbeitskammer überströmen kann. Ein Federmittel hält das Ventilglied bei deaktivierter Betätigungseinrichtung gegen den Versorgungsdruck des in der Versorgungskammer anstehenden Druckmediums, das eine vom Arbeits-Ventilsitz begrenzte erste Wirkfläche des Absperrabschnittes beaufschlagt, in der Schließstellung. Im Falle eines Schadens am Federmittel, beispielsweise eines Federbruches, kann das Ventil seine Funktion nicht mehr erfüllen, woraus problematische Betriebszustände einer an die Arbeitskammer angeschlossenen fluidbetätigten Einrichtung resultieren können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um die Funktionssicherheit des Ventils zu erhöhen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass das Ventilglied eine entgegengesetzt zu der ersten Wirkfläche orientierte und unabhängig von der Stellung des Ventilgliedes von dem Versorgungsdruck des Druckmediums in der Richtung der Schließstellung beaufschlagte zweite Wirkfläche aufweist, die größer ist als die erste Wirkfläche, derart, dass das Ventilglied von dem Versorgungsdruck des Druckmediums ständig mit einer durch die Betätigungseinrichtung überwindbaren, resultierenden Schließkraft in die Schließstellung vorgespannt ist.
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Auf diese Weise ist das Ventilglied mit seinem Absperrabschnitt durch den Versorgungsdruck des in der Versorgungskammer anstehenden Druckmediums mit einer resultierenden Schließkraft in die Schließstellung vorgespannt. Die resultierende Schließkraft resultiert aus der Flächendifferenz zwischen der ersten Wirkfläche und der diesbezüglich größeren zweiten Wirkfläche. Eine Fluidbeaufschlagung der ersten Wirkfläche drückt das Ventilglied in die Richtung der Offenstellung. Die gleichzeitige Fluidbeaufschlagung der zweiten Wirkfläche drückt das Ventilglied in die Richtung der Schließstellung. Da auf beide Wirkflächen der Versorgungsdruck wirkt und die zweite Wirkfläche größer ist als die erste Wirkfläche, wird das Ventilglied bei deaktivierter Betätigungseinrichtung in der Schließstellung gehalten oder bewegt sich zuverlässig in diese Schließstellung, wenn die Betätigungseinrichtung während der Offenstellung des Ventilgliedes deaktiviert wird. Um die Schließstellung des Ventilgliedes aufrechtzuerhalten, bedarf es keiner mechanischen Federmittel, sodass auf einen Federbruch zurückzuführende Funktionsbeeinträchtigungen ausgeschlossen werden können. Auch Druckschwankungen seitens des Versorgungsdruckes wirken sich nicht nachteilig auf die Funktionsfähigkeit aus. Ein ansteigender Versorgungsdruck führt sogar zu einer Verstärkung der resultierenden Schließkraft. Ein weiterer Sicherheitsaspekt liegt darin, dass das Ventilglied bei der Inbetriebnahme des Ventils durch das dann zuströmende fluidische Druckmedium definiert in die Schließstellung bewegt wird, sodass strömungskraftbedingte Fehlschaltungen angeschlossener Verbraucher vermieden werden. Das Ventil kann so ausgeführt werden, dass es mittels einer manuellen Betätigungseinrichtung oder mittels einer auf Fremdkraft basierenden Betätigungseinrichtung, insbesondere einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung, betreibbar ist. Die Betätigungseinrichtung ist zweckmäßigerweise als Bestandteil des Ventils ausgeführt. Das Ventil lässt sich beispielsweise unmittelbar als zur Betätigung eines Verbrauchers dienendes Hauptventil nutzen oder auch als zur Ansteuerung eines Hauptventils dienendes Vorsteuerventil. Bei dem fluidischen Druckmedium handelt es sich bevorzugt um Druckluft, wenngleich auch ein Betrieb mit einem anderen gasförmigen Druckmedium oder mit einem flüssigen Druckmedium möglich ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Das Ventil kann ein reines Absperrventil sein, das über eine 2/2-Ventilfunktion verfügt und nur die Strömung zwischen der mit einer Druckquelle verbundenen Versorgungskammer und der mit einem Verbraucher verbundenen Arbeitskammer steuert.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat das Ventil eine 3/2-Ventilfunktion. Hierbei weist die Ventilkammer auf der der Versorgungskammer axial entgegengesetzten Seite der Arbeitskammer eine mit einem Entlastungskanal kommunizierende und dadurch mit einer Drucksenke verbundene Entlastungskammer auf, wobei eine zwischen der Arbeitskammer und der Entlastungskammer angeordnete Entlastungs-Überströmöffnung von einem der Arbeitskammer zugewandten Entlastungs-Ventilsitz umrahmt ist, wobei der Absperrabschnitt in der Schließstellung des Ventilgliedes unter Freigabe der Entlastungs-Überströmöffnung von dem Entlastungs-Ventilsitz abgehoben ist und in der Offenstellung des Ventilgliedes unter Verschließen der Entlastungs-Überströmöffnung an dem Entlastungs-Ventilsitz anliegt. Auf diese Weise kann ein an den Arbeitskanal angeschlossener Verbraucher wahlweise aus dem Speisekanal mit Druckmedium versorgt oder über den Entlastungskanal druckmäßig entlastet werden, wobei es sich bei einem Betrieb mit Druckluft um eine Entlüftung handelt.
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Vorzugsweise ist der von der Entlastungs-Überströmöffnung umrahmte Überströmquerschnitt gleichgroß wie der von der Arbeits-Überströmöffnung umrahmte Überströmquerschnitt.
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Der Absperrabschnitt des Ventilgliedes ist bevorzugt ringförmig ausgebildet. Er besteht zweckmäßigerweise aus einem über gummielastische Eigenschaften verfügenden Ringkörper, der auf einem länglichen Stößelkörper des Ventilgliedes fixiert ist. Die Gummielastizität des Ringkörpers sorgt für eine zuverlässige Abdichtung bei der Anlage an einem Ventilsitz.
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Die zweite Wirkfläche ist bevorzugt ebenso wie die erste Wirkfläche eine Ringfläche. Der Innendurchmesser dieser Ringflächen ist in beiden Fällen bevorzugt gleichgroß. Die unterschiedlichen Flächeninhalte resultieren insbesondere daraus, dass die zweite Wirkfläche einen größeren Außendurchmesser hat als die erste Wirkfläche.
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Zweckmäßigerweise befindet sich die zweite Wirkfläche an einem Antriebsabschnitt des Ventilgliedes an dessen der Versorgungskammer zugewandten Seite. Der Antriebsabschnitt begrenzt die Versorgungskammer auf der der Arbeits-Überströmöffnung axial entgegengesetzten Seite. Somit drückt das in der Versorgungskammer anstehende fluidische Druckmedium stets unmittelbar gleichzeitig auf einerseits die erste Wirkfläche und andererseits auf die der ersten Wirkfläche gegenüberliegende und zugewandte zweite Wirkfläche.
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Zweckmäßigerweise ist der Antriebsabschnitt des Ventilgliedes so ausgebildet, dass er die Versorgungskammer unter Abdichtung von einem als Neutralbereich bezeichneten Bereich abtrennt, der ständig dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Der Neutralbereich kann direkt die Atmosphäre sein, wenn der Antriebsabschnitt durch das Ventilgehäuse nicht überdeckt ist. Bevorzugt ist der Neutralbereich jedoch von einem axialen Endabschnitt der Ventilkammer gebildet, der sich an der der Versorgungskammer axial entgegengesetzten Seite an den Antriebsabschnitt anschließt und der über einen im Ventilgehäuse ausgebildeten Entlüftungskanal ständig mit der Atmosphäre kommuniziert.
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Der Außendurchmesser des Antriebsabschnittes des Ventilgliedes ist bevorzugt größer als der Durchmesser des diesbezüglich axial beabstandeten Arbeits-Ventilsitzes.
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Der Antriebsabschnitt des Ventilgliedes kann beispielsweise von einer elastisch verformbaren Membran gebildet sein, die unter statischer Abdichtung am Ventilgehäuse fixiert ist. Als besonders vorteilhaft wird allerdings eine kolbenförmige Ausgestaltung des Ventilgliedes angesehen. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der Antriebsabschnitt des Ventilgliedes mittels eines ihn umschließenden Dichtungsringes dynamisch bezüglich des Ventilgehäuses abgedichtet ist, wobei der Dichtungsring insbesondere axial ortsfest am Ventilgehäuse gehalten ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Versorgungskammer von dem Ventilglied koaxial durchsetzt, sodass zwischen dem radialen Außenumfang des Ventilgliedes und dem radialen Innenumfang der Versorgungskammer ein von dem Druckmedium durchströmbarer Ringspalt vorliegt.
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Optional weist das Ventil eine Rückstellfedereinrichtung auf, durch die das Ventilglied unabhängig von der resultierenden Schließkraft des fluidischen Druckmediums in die Schließstellung vorgespannt ist. Eine solche Rückstellfedereinrichtung hat insbesondere den Zweck, das Ventilglied während Betriebspausen, wenn in der Versorgungskammer kein Überdruck ansteht und folglich keine resultierende fluidische Schließkraft wirkt, definiert in der Schließstellung zu halten. Sobald auch die resultierende Schließkraft ansteht, ist das Ventilglied sowohl durch diese resultierende Schließkraft als auch die Kraft der Rückstellfedereinrichtung in die Schließstellung vorgespannt. Zur Gewährleistung der oben geschilderten Sicherheitsfunktion ist die Rückstellfedereinrichtung nicht erforderlich. Die Rückstellfedereinrichtung ist zweckmäßigerweise als mechanische Rückstellfedereinrichtung oder als permanentmagnetische Rückstellfedereinrichtung ausgebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils im Längsschnitt und in der Schließstellung des Ventilgliedes, und
- 2 das Ventil aus 1 wiederum im Längsschnitt, wobei eine Offenstellung des Ventilgliedes gezeigt ist.
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Das insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventil hat einen zur Steuerung der Strömung eines Fluides ausgebildeten Bestandteil, der im Folgenden als Ventileinrichtung 2 bezeichnet wird. Bevorzugt umfasst das Ventil 1 außerdem eine zur Betätigung der Ventileinrichtung 2 ausgelegte Betätigungseinrichtung 3, die zweckmäßigerweise mit der Ventileinrichtung 2 zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.
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Das Ventil 1 verfügt über ein Ventilgehäuse 4, in dem eine sich in der Achsrichtung einer Hauptachse 5 erstreckende längliche Ventilkammer 6 ausgebildet ist. Die Hauptachse 5 definiert vorzugsweise die Längsachse des Ventils 1.
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Bevorzugt resultiert die Ventilkammer 6 aus dem Zusammenwirken mehrerer aneinander fixierter Bestandteile des Ventilgehäuses 4. Exemplarisch hat das Ventilgehäuse 4 einen einstückigen Gehäusehauptkörper 7, der in der Achsrichtung der Hauptachse 5 von einer mehrfach abgestuften Gehäuseausnehmung 8 durchsetzt ist, in die von einer rückseitigen Stirnfläche 12 des Gehäusehauptkörpers 7 her ein ebenfalls mehrfach abgestufter separater Gehäuseeinsatz 13 eingesteckt ist. Der Gehäuseeinsatz 13 ist axial von einer zentralen Durchgangsbohrung 14 durchsetzt
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Bevorzugt unter Vermittlung eines zu der Hauptachse 5 koaxialen Dichtungsringes 15 ist der Gehäuseeinsatz 13 axial unbeweglich mit dem Gehäusehauptkörper 7 verspannt. Er kann allerdings auch auf andere Weise an dem Gehäusehauptkörper 7 fixiert sein.
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Der Dichtungsring 15 sitzt in einem sich an die rückseitige Stirnfläche 12 anschließenden ersten Längenabschnitt 16 der Gehäuseausnehmung 8 und kann sich rückseitig an einem Befestigungsflansch 17 des Gehäuseeinsatzes 13 abstützen, den er an eine sich an den ersten Längenabschnitt 16 anschließende Ringschulter 18 der Gehäuseausnehmung 8 andrückt.
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An die rückseitige Stirnfläche 12 des Gehäusehauptkörpers 7 ist zweckmäßigerweise ein Gehäusedeckel 22 angesetzt, der an dem Gehäusehauptkörper 7 befestigt ist und der den Dichtungsring 15 an der dem Befestigungsflansch 17 axial entgegengesetzten Seite abstützt oder zumindest abstützen kann. Der Gehäusedeckel 22 verschließt die Gehäuseausnehmung 8 an einer Rückseite 23 des Ventils 1.
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Die Ventilkammer 6 ist axial, das heißt in ihrer Längsrichtung, in mehrere Ventilkammerabschnitte unterteilt. Einer dieser Ventilkammerabschnitte definiert eine Arbeitskammer 24, die zwischen zwei in der Achsrichtung der Hauptachse 5 zueinander beabstandeten Ventilsitzen 25, 26 liegt, die zur besseren Unterscheidung im einen Fall als Arbeits-Ventilsitz 25 und im anderen Fall als Entlastungs-Ventilsitz 26 bezeichnet sind. Beide Ventilsitze 25, 26 sind in der Achsrichtung der Hauptachse 5 orientiert, wobei sie zueinander weisen. Exemplarisch weist der Arbeits-Ventilsitz 25 in Richtung zu einer Vorderseite 27 des Ventils 1, während der Entlastungs-Ventilsitz 26 der Rückseite 23 des Ventils 1 zugewandt ist.
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Beide Ventilsitze 25, 26 sind ringförmig in sich geschlossen und haben insbesondere eine kreisringförmige Kontur. Exemplarisch ist der Entlastungs-Ventilsitz 26 ein einstückiger Bestandteil des Gehäusehauptkörpers 7, während der Arbeits-Ventilsitz 25 an einer vorderen Stirnseite des in die Gehäuseausnehmung 8 eingesetzten Gehäuseeinsatzes 13 ausgebildet ist.
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Das Ventilgehäuse 4 ist von mehreren Ventilkanälen 28 durchsetzt. Einer dieser Ventilkanäle 28 ist ein Arbeitskanal 24a, der einenends in die Arbeitskammer 24 und andernends zu einer Außenfläche 32 des Ventilgehäuses 4 und insbesondere des Gehäusehauptkörpers 7 ausmündet. Im Betrieb des Ventils 1 ist der Arbeitskanal 24a über seine der Außenfläche 32 zugeordnete äußere Kanalmündung 24b mit einem zu betätigenden Verbraucher verbunden, beispielsweise mit einem fluidbetätigten Antrieb oder mit einem durch Fluidkraft betätigbaren Hauptventil eines vorgesteuerten Mehrwegeventils.
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Der Arbeitskanal 24a mündet zweckmäßigerweise am radialen Außenumfang der Arbeitskammer 24 in die Arbeitskammer 24 ein.
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Der Arbeits-Ventilsitz 25 umrahmt eine axial orientierte Überströmöffnung, die zur besseren Unterscheidung als Arbeits-Überströmöffnung 33 bezeichnet wird und die die Arbeitskammer 24 mit einem sich rückseitig daran anschließenden Ventilkammerabschnitt verbindet, der eine Versorgungskammer 34 bildet. Ein Längenabschnitt dieser Versorgungskammer 34 ist exemplarisch von der Durchgangsbohrung 14 des Gehäuseeinsatzes 13 gebildet.
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Ein als Versorgungskanal 34a fungierender Ventilkanal 28 mündet einenends am radialen Außenumfang in die Versorgungskammer 34 und mündet mit einer entgegengesetzten äußeren Kanalmündung 34b zu der Außenfläche 32 des Ventilgehäuses 4 aus. Im Betrieb des Ventils ist der Versorgungskanal 34a über die äußere Kanalmündung 34b mit einer nicht illustrierten, externen Druckquelle verbunden, durch die ein unter einem Versorgungsdruck stehendes fluidisches Druckmedium bereitgestellt wird, bei dem es sich vorzugsweise um Druckluft handelt. Im Betriebszustand des Ventils 1 ist die Versorgungskammer 34 mit dem unter dem Versorgungsdruck stehenden Druckmedium gespeist.
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Eine radial zwischen dem Außenumfang des Gehäuseeinsatzes 13 und dem Innenumfang der Gehäuseausnehmung 8 angeordnete ringförmige statische Dichtung 35 verhindert einen Fluidübertritt zwischen der Arbeitskammer 24 und der Versorgungskammer 34 zwischen dem Ventilgehäuse 4 und dem Gehäuseeinsatz 13 hindurch.
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An der der Versorgungskammer 34 axial entgegengesetzten Seite schließt sich an die Arbeitskammer 24 zweckmäßigerweise ein weiterer Ventilkammerabschnitt an, der eine Entlastungskammer 36 bildet, die über einen Entlastungskanal 36a der Ventilkanäle 28 ständig mit einer Drucksenke verbunden ist. Bei der Drucksenke handelt es sich insbesondere um die Atmosphäre. Exemplarisch mündet der Entlastungskanal 36a im Bereich des radialen Außenumfanges in die Entlastungskammer 36 ein, während er mit einer entgegengesetzten äußeren Kanalmündung 36b zu der Außenfläche 32 des Ventilgehäuses 4 ausmündet. Die Entlastungskammer 36 ist über eine von dem Entlastungs-Ventilsitz 26 umschlossene und axial orientierte Überströmöffnung, die als Entlastungs-Überströmöffnung 42 bezeichnet sei, mit der Arbeitskammer 24 verbunden.
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Zweckmäßigerweise ist der von der Entlastungs-Überströmöffnung 42 umrahmte Überströmquerschnitt gleichgroß wie der von der Arbeits-Überströmöffnung 33 umrahmte Überströmquerschnitt. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu.
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In der Ventilkammer 6 erstreckt sich ein Ventilglied 37 des Ventils 1, das zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Arbeitsbewegung 43 relativ zu dem Ventilgehäuse 4 antreibbar ist. Die Arbeitsbewegung 43 ist in der Achsrichtung der Hauptachse 5 orientiert und kann eine Schließbewegung 43a oder eine diesbezüglich entgegengesetzte Öffnungsbewegung 43b sein. Exemplarisch ist die Schließbewegung 43a zu der Rückseite 23 und die Öffnungsbewegung 43b zu der Vorderseite 27 orientiert.
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Das Ventilglied 37 verfügt über einen in der Arbeitskammer 24 liegenden Absperrabschnitt 44, dessen axiale Länge geringer ist als der lichte Abstand zwischen den beiden Ventilsitzen 25, 26. Der Durchmesser des Absperrabschnitt 44 ist größer als derjenige jedes Ventilsitzes 25, 26.
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Vorzugsweise hat das Ventilglied 37 einen über eine Längsgestalt verfügenden Stößelkörper 45, der sich nicht nur durch die Arbeitskammer 24, sondern auch durch die Versorgungskammer 34 und die Entlastungskammer 36 hindurch erstreckt. Der Stößelkörper 45 hat zweckmäßigerweise über seine gesamte sich durch die vorgenannten Ventilkammerabschnitte 24, 34, 36 hindurch erstreckende Länge einen konstanten Außendurchmesser. Der Absperrabschnitt 44 überragt den Stößelkörper 45 in radialer Richtung und ist ringförmig ausgebildet. Der Absperrabschnitt 44 hat eine dem Arbeits-Ventilsitz 25 zugewandte ringförmige erste Stirnfläche 46 und eine dem Entlastungs-Ventilsitz 26 zugewandte ringförmige zweite Stirnfläche 47.
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Vorzugsweise ist der Absperrabschnitt 44 von einem aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Ringkörper 48 gebildet, der koaxial auf dem aus einem starren Material bestehenden Stößelkörper 45 sitzt und diesbezüglich axial unbeweglich fixiert ist. Der Ringkörper 48 ist beispielsweise in einer radial außen offenen Ringnut des Stößelkörpers 45 eingespannt.
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Der Ringkörper 48 kann alternativ auch einstückig mit dem Stößelkörper 45 ausgebildet sein.
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Mit Hilfe der Betätigungseinrichtung 3, die bevorzugt ein Bestandteil des Ventils 1 ist, lässt sich die Arbeitsbewegung 43 hervorrufen, um das Ventilglied 37 in unterschiedliche Relativpositionen bezüglich des Ventilgehäuses 4 zu bewegen. Auf diese Weise kann das Ventilglied 37 wahlweise in einer aus 1 ersichtlichen Schließstellung oder in einer aus 2 ersichtlichen Offenstellung positioniert werden.
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In der Schließstellung liegt der Absperrabschnitt 24 unter Abdichtung axial an dem Arbeits-Ventilsitz 25 an, sodass eine Fluidverbindung zwischen der Versorgungskammer 34 und der Arbeitskammer 24 unterbrochen ist. Da der Absperrabschnitt 44 in der Schließstellung von dem Entlastungs-Ventilsitz 36 abgehoben ist, ist die Entlastungs-Überströmöffnung 42 offen, was es einem fluidischen Druckmedium ermöglicht, aus einem angeschlossenen Verbraucher durch die Arbeitskammer 24 und den Entlastungskanal 36a hindurch zu einer Drucksenke auszuströmen.
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In der Offenstellung des Ventilgliedes 37 liegt der Absperrabschnitt 44 unter Abdichtung axial an dem Entlastungs-Ventilsitz 26 an, sodass die Entlastungs-Überströmöffnung 42 verschlossen und folglich die unter Atmosphärendruck stehende Entlastungskammer 36 von der Arbeitskammer 24 fluiddicht abgesperrt ist. Gleichzeitig ist dabei aufgrund des von dem Arbeits-Ventilsitz 25 abgehobenen Absperrabschnittes 44 die Arbeits-Überströmöffnung 33 offen, was es dem in der Versorgungskammer 34 anstehenden fluidischen Druckmedium ermöglicht, in die Arbeitskammer 24 überzuströmen und von dort durch den Arbeitskanal 24a hindurch zu einem zu betätigenden Verbraucher zu strömen.
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Die Versorgungskammer 34 ist an ihrer der Arbeitskammer 24 axial entgegengesetzten Rückseite durch einen abdichtend mit dem Ventilgehäuse 4 zusammenwirkenden Abschnitt des Ventilgliedes 37 verschlossen. Dieser Abschnitt des Ventilgliedes 37, bei dem es sich vorzugsweise um einen Endabschnitt des Ventilgliedes 37 handelt, sei im Folgenden aufgrund seiner auch antreibenden Funktion als Antriebsabschnitt 52 des Ventilgliedes 37 bezeichnet.
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Der Antriebsabschnitt 52 überragt den Stößelkörper 45 radial ringsum. Exemplarisch ist er kolbenförmig ausgebildet, wobei er mit dem Stößelkörper 45 auf beliebige Weise fest verbunden ist. Der Antriebsabschnitt 52 und der Stößelkörper 45 können einstückig miteinander verbunden sein.
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Der kolbenförmige Antriebsabschnitt 52 ist von dem weiter oben erwähnten, in dem ersten Längenabschnitt 16 der Gehäuseausnehmung 8 angeordneten Dichtungsring 15 umschlossen und liegt mit seiner radialen Außenumfangsfläche 53 unter Abdichtung und gleitverschieblich radial innen an diesem Dichtungsring 15 an. Daraus resultiert eine dynamische Abdichtung, die die axiale Beweglichkeit des Ventilgliedes 37 zur Ausführung der Arbeitsbewegung 43 gewährleistet.
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Wenn das Ventilglied 37 die Schließstellung einnimmt, ist ein von dem Arbeits-Ventilsitz 25 umrahmter Abschnitt der ringförmigen ersten Stirnfläche 46 des Absperrabschnittes 44 dem in der Ventilkammer 6 herrschenden Versorgungsdruck ausgesetzt. Dieser Flächenabschnitt definiert eine erste Wirkfläche 54, die dem Versorgungsdruck des Druckmediums ausgesetzt ist. Exemplarisch ist diese erste Wirkfläche 54 eine Ringfläche, deren Außendurchmesser durch den Durchmesser des Arbeits-Ventilsitzes 25 und deren Innendurchmesser durch den Außendurchmesser des Stößelkörpers 45 definiert ist. Der Außendurchmesser des Stößelkörpers 45 ist geringer als der Durchmesser des Arbeits-Ventilsitzes, sodass sich ein von dem Druckmedium durchströmbarer Ringspalt 55 ergibt, dessen Querschnittsfläche das Flächenmaß der ersten Wirkfläche 54 bestimmt.
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Der in der Versorgungskammer 34 herrschende Versorgungsdruck beaufschlagt auch die die Versorgungskammer 34 axial begrenzende, zur Vorderseite 27 weisende vordere Stirnfläche 56 des Antriebsabschnittes 52 des Ventilgliedes 37. Diese Stirnfläche 56 definiert daher eine ebenfalls dem Versorgungsdruck ausgesetzte zweite Wirkfläche 57 des Ventilgliedes 37, die zu der ersten Wirkfläche 54 beabstandet ist, dieser ersten Wirkfläche 54 jedoch zugewandt ist.
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Die zweite Wirkfläche 57 ist größer als die erste Wirkfläche 54. Exemplarisch resultiert dies insbesondere daraus, dass der Außendurchmesser des Absperrabschnittes 44 größer ist als der Innendurchmesser des Arbeits-Ventilsitzes 25.
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Die zweite Wirkfläche 57 ist bevorzugt ebenso wie die diesbezüglich kleinere erste Wirkfläche 54 eine axial orientierte Ringfläche.
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Durch das Beaufschlagen der ersten Wirkfläche 54 ruft das unter dem Versorgungsdruck stehende Druckmedium eine das Ventilglied 37 im Öffnungssinne beaufschlagende Druckkraft hervor. Gleichzeitig ruft das unter dem Versorgungsdruck stehende Druckmedium durch das Beaufschlagen der zweiten Wirkfläche 57 auch eine im Schließsinne auf das Ventilglied 37 einwirkende Druckkraft hervor. Da Letztere aufgrund der im Vergleich zur ersten Wirkfläche 54 größeren zweiten Wirkfläche 57 größer ist als die im Öffnungssinne wirksame Druckkraft, greift an dem Ventilglied 37 letztlich eine aus dem Versorgungsdruck des Druckmediums resultierende Schließkraft FS an, durch die das Ventilglied 37 ständig in die Schließstellung vorgespannt ist, solange sich in der Versorgungskammer 34 ein unter dem Versorgungsdruck stehendes Druckmedium befindet.
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Das Ventil 1 hat folglich ein lastdruckschließendes Verhalten. Solange durch die Betätigungseinrichtung 3 keine Öffnungskraft auf das Ventilglied 37 ausgeübt wird, bleibt das Ventilglied 37 stabil in der Schließstellung.
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Die Betätigungseinrichtung 3 ist ausgebildet, um bei Bedarf mit einer Öffnungskraft FO auf das Ventilglied einzuwirken, die größer ist als die fluidische resultierende Schließkraft FS, sodass das Ventilglied 37 die Öffnungsbewegung 43a ausführt, bis es die Offenstellung gemäß 2 erreicht hat. Diese Offenstellung bleibt jedoch nur so lange erhalten, wie die Öffnungskraft FO anliegt. Wird diese Öffnungskraft FO durch Deaktivierung der Betätigungseinrichtung 3 weggenommen, kehrt das Ventilglied 37 aufgrund der durch das Druckmedium ausgeübten resultierenden Schließkraft FS unter Ausführung der Schließbewegung 43a umgehend in die durch den Versorgungsdruck festgehaltene stabile Schließstellung zurück.
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Die Betätigungseinrichtung 3 ist beispielhaft von einer Elektromagneteinrichtung 3a gebildet. Selbige hat einen beweglichen Anker 58, der mit dem Ventilglied 37 in Antriebsverbindung steht oder der ein unmittelbarer Bestandteil des Ventilgliedes 37 ist. Die Elektromagneteinrichtung 3a verfügt außerdem über eine elektrische Spuleneinrichtung 62. Zur Aktivierung der Betätigungseinrichtung 3 wird die Spuleneinrichtung 62 bestromt, woraus eine auf den beweglichen Anker 58 einwirkende magnetische Anziehungskraft resultiert. Dies führt zu einer Linearbewegung des beweglichen Ankers 58 unter Mitnahme des Ventilgliedes 37, was die Öffnungsbewegung 43b zur Folge hat.
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Ein Deaktivieren der Betätigungseinrichtung 3 führt exemplarisch zu einem Abfallen der Magnetkraft, sodass das Ventilglied 37 durch die resultierende Schließkraft FS des Versorgungsdruckes die Schließbewegung 43a ausführt und in die Schließstellung zurückkehrt.
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Zweckmäßigerweise ist die Betätigungseinrichtung 3 so an eine Vorderseite der Ventileinrichtung 2 angebaut, dass sie die Entlastungskammer 36 an ihrer der Arbeitskammer 24 entgegengesetzten Vorderseite verschließt. Bevorzugt liegt ein fluiddichter Verschluss vor, was allerdings nicht zwingend ist, da die Entlastungskammer 36 über den Entlastungskanal 36a sowieso mit einer Drucksenke verbunden ist.
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Die Betätigungseinrichtung 3 wirkt zweckmäßigerweise mit einem Betätigungsabschnitt 67 des Ventilgliedes 37 zusammen, der auf der dem Antriebsabschnitt 52 axial entgegengesetzten Seite des Absperrabschnittes 44 liegt.
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Entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel kann das Ventil 1 über eine Rückstellfedereinrichtung 63 verfügen, die ständig eine Stellkraft in der Schließrichtung auf das Ventilglied 37 ausübt, und zwar unabhängig von der aus dem Versorgungsdruck des Druckmediums resultierenden Schließkraft FS. Diese Rückstellfedereinrichtung 63 ist für einen sicheren Betrieb des Ventils 1 nicht erforderlich. Sie ist allerdings vorteilhaft, um das Ventilglied 37 im drucklosen Zustand der Versorgungskammer 34, wenn sich das Ventil 1 nicht im Betriebszustand befindet, definiert in der Schließstellung zu fixieren. Dadurch wird bei der unmittelbaren Inbetriebnahme des Ventils 1 selbst ein kurzer unkontrollierter Fluidübertritt aus der Versorgungskammer 34 in die Arbeitskammer 24 verhindert.
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Selbst wenn jedoch keine Rückstellfedereinrichtung 63 vorhanden ist und sich das Ventilglied 37 bei der Inbetriebnahme des Ventils 1 in einer Offenstellung befindet, sorgen die unterschiedlich großen ersten und zweiten Wirkflächen 54, 57 im Zusammenwirken mit dem in die Versorgungskammer 34 eingespeisten und sie gleichzeitig beaufschlagenden Druckmedium dafür, dass das Ventilglied 37 zu der Schließbewegung 43a angetrieben und in die Schließstellung verlagert wird.
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Die Rückstellfedereinrichtung 63 kann gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel als mechanische Rückstellfedereinrichtung 63 ausgeführt sein. In diesem Fall ist sie vorzugsweise von mindestens einer Druckfeder gebildet, insbesondere von einer Schraubendruckfeder.
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Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Rückstellfedereinrichtung 63 als eine permanentmagnetische Rückstellfedereinrichtung ausgebildet. Dabei umfasst sie bevorzugt eine Permanentmagnetanordnung, die sich magnetisch abstoßende und somit nach Art einer Federeinrichtung wirkende Permanentmagnetmittel aufweist.
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Bevorzugt wirkt die Rückstellfedereinrichtung 63 zwischen dem beweglichen Anker 58 und einem Gehäuse 68 der Elektromagneteinrichtung 3a, über die die Elektromagneteinrichtung 3a an der Ventileinrichtung 2 befestigt ist. Bei einer Ausführung als eine permanentmagnetische Rückstellfedereinrichtung ist zweckmäßigerweise an dem beweglichen Anker 58 und an dem Gehäuse 68 jeweils eines von zwei sich ständig abstoßenden Permanentmagnetmitteln angeordnet.
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Die optionale Rückstellfedereinrichtung 63 kann alternativ beispielsweise auch zwischen dem Ventilgehäuse 4 und dem Ventilglied 37 eingeschaltet sein.
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Durch den Antriebsabschnitt des Ventilgliedes 37 ist die Versorgungskammer 34 zweckmäßigerweise axial von einem ständig dem Atmosphärendruck ausgesetzten Neutralbereich 64 fluiddicht abgetrennt.
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Der Neutralbereich 64 ist bei dem abgebildeten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise von einem axialen Endabschnitt 65 der Ventilkammer 6 gebildet, der sich axial zwischen dem Antriebsabschnitt 52 und dem Gehäusedeckel 22 erstreckt. Damit in diesem axialen Endabschnitt 65 der Atmosphärendruck herrscht, kommuniziert er über einen Entlüftungskanal 66 ständig mit der das Ventil 1 umgebenden Atmosphäre. Der Entlüftungskanal 66 durchsetzt zweckmäßigerweise den Gehäusedeckel 22.
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Das illustrierte Ventil 1 des Ausführungsbeispiels ist ein 3/2-Wegeventil. Ein nicht illustriertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet, bei dem die Entlastungskammer und der der Entlastungskammer zugeordnete Entlastungs-Ventilsitz 26 nicht vorhanden sind. Hier dient der Absperrabschnitt 44 lediglich dazu, eine Fluidverbindung zwischen der Versorgungskammer 34 und der Arbeitskammer 24 wahlweise abzusperren oder freizugeben.
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Das Ventil 1 kann sowohl als Schaltventil als auch als Proportionalventil verwendet werden.
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Die äußeren Kanalmündungen 24b, 34b, 36b sind zweckmäßigerweise an ein und derselben Außenfläche 32 des Ventilgehäuses 4 angeordnet, mit der voraus das Ventil 1 an einem nicht illustrierten Tragkörper fixierbar ist, der von mit den Ventilkanälen 28 kommunizierenden Fluidkanälen durchsetzt ist. Der Tragkörper kann beispielsweise ein Fluidverteiler sein oder auch ein Hauptventil, mit dem das Ventil 1 in einer Funktion als Vorsteuerventil kombiniert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013011759 A1 [0002]
