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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Druckluftsystem eines Fahrzeugs, enthaltend ein Entlüftungsventil und ein Beatmungsventil, die zueinander parallel geschaltet sind, derart, dass ein Volumen des Druckluftsystems gleichzeitig über Entlüftungsventil und Beatmungsventil entlüftet werden kann.
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Eine derartige Ventileinrichtung offenbart die Druckschrift
DE 102 10 877 A1 . Die Ventilanordnung ist für die pneumatische Betätigung eines federbelasteten Stellzylinders ausgebildet. Als Beatmungsventil wird ein speziell ausgebildetes Rückschlagventil vorgesehen, dass pneumatisch mit dem Stellzylinder-Kolbenraum verbunden ist. Bei sehr geringen Staudrücken im Stellzylinder-Kolbenraum, die durch Leckagen des für die Belüftung des Kolbenraums zuständigen Ventils entstehen, wird der Kolbenraum über das Rückschlagventil entlüftet. Beim normalen Druckaufbau, d.h. beim Öffnen des Belüftungsventils, wird hingegen das Rückschlagventil sofort geschlossen, der Druck im Stellzylinder-Kolbenraum bleibt vom Rückschlagventil unbeeinflusst. Um die Funktion zu gewährleisten, dass sich im Kolbenraum kein Staudruck ausbilden kann, ist das Rückschlagventil mit einer definierten Undichtigkeit ausgebildet. Die Undichtigkeit wird dabei durch das Vorsehen einer Nut am Dichtsitz des Rückschlagventils umgesetzt. Durch die Entlüftungsnut wird gewährleistet, dass auch in dieser geschlossenen Stellung Luft an einem Dichtelement vorbei aus dem Stellzylinder-Kolbenraum zur Entlüftung gelangen kann. Die Entlüfungsnut ist aber derart dimensioniert, dass beim Belüften des Kolbenraums durch Öffnen des Belüftungsventils sich im Kolbenraum ein genügend hoher Staudruck ausbilden kann, der das Dichtelement gegen eine Federkraft gegen einen zweiten Dichtsitz presst, der eine vollständige Schließung des Rückschlagventils bewirkt.
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Nachteil dieser Ventilanordnung ist, dass man bezüglich des Beatmungsventils einen Kompromiss eingehen muss: die Entlüftungsnut, die eine definierte Undichtigkeit des Beatmungsventils erzeugt, darf weder zu klein sein, weil sich sonst durch Leckage ein ungewollter Staudruck im Kolbenraum ausbilden kann, noch zu groß sein, damit sich beim Belüften des Kolbenraums ausreichend schnell ein genügend großer Staudruck ausbilden kann, damit das Rückschlagventil schließt.
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DE3911866A1 betrifft ein Entlüftungsventil für Einschienenhängebahnen mit einer Mehrzahl von zu einem Gehängezug zusammengestellten Hubbalken, mit einem Ventilgehäuse, den Anschlüssen für die Arbeits-, die Entlüftungs- und die Steuerleitung sowie die über die Steuerleitung beeinflußbare Ventildichtung, die gegen die Kraft einer Druckfeder in die Schließstellung zu verschieben ist.
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DE3825549A1 betrifft ein Gleitschutzventil für druckluftgebremste Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, das in eine Verbindung von einer Bremsdruckquelle zu wenigstens einem Bremszylinder eingeordnet ist und welches nahe seines bremsdruckquellenseitigen Einganges eine seinen Durchströmungsquerschnitt begrenzende Drossel und der Drossel nachgeordnet ein Absperrventil und ein Entlüftungsventil aufweist.
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DE4030072A1 offenbart eine steuerbare Entlüftungsventileinrichtung mit einem betätigbaren Ventilglied vorgesehen, das zum Absperren eines Durchlasses dient. Die Entlüftungsventileinrichtung ist über das von dem Ventilglied und dem Durchlaß gebildete Ventil in der Offenstellung des Ventils der Druck in einem Druckmittel-Verbraucher absenkbar. Außerdem ist das Ventilglied gegen eine am Ventilglied angreifende Federkrafteinrichtung von dem Druck im Druckmittel-Verbraucher bzw. vom Druck in einer zum Druckmittelverbraucher führenden Druckmittelleitung in Richtung auf die Offenstellung des Ventils zu beaufschlagen. In der Entlüftungsventileinrichtung ist ein Betätigungsglied zur Betätigung des Ventilgliedes vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Ventilanordnung mit einem Beatmungsventil zu schaffen, die solch einem Kompromiss nicht unterliegt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Beatmungsventil zum Öffnen und Schließen des Ventils ein pneumatisch betätigbares Steuerelement und eine Steuerdruckzuführung, mittels der das Steuerelement mit Steuerdruck beaufschlagbar ist, aufweist, wobei das Steuerelement derart eingerichtet ist, dass das Beatmungsventil normal offen ist.
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Erfindungsgemäß ist eine von Ventileinlass und Ventilauslass getrennte, unabhängige Steuerdruckzuführung vorgesehen, mit der das Steuerelement betätigbar ist. Aufgrund dessen ist es möglich, die Nennweite des Beatmungsventils relativ frei zu wählen, und trotzdem zu gewährleisten, dass, wenn ein Volumen belüftet werden soll, das Beatmungsventil geschlossen wird. Dadurch, dass das Beatmungsventil normal offen ist, wird zudem gewährleistet, dass sich im Volumen relativ zur Außenatmosphäre kein Staudruck aufbauen kann.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung lässt sich insbesondere im Rahmen von Retarder-Ventilen und Ventilen zur Ansteuerung von Aktuatoren im Abgasmanagement (Abgasrückführung, Ladedruckausgleichsventil, Drosselklappenventile) einsetzen. Das „Volumen“ kann dementsprechend insbesondere von den Arbeitsräumen der Aktuatoren oder von Teilabschnitten des zugehörigen Druckluftsystems gebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist, dass das Steuerelement eine elastisch verformbare Membran oder einen federbelasteten Dichtkörper umfasst.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß bevorzugt, das Entlüftungsventil als normal geschlossenes Ventil auszubilden. Im Vergleich zu einem normal offenen Entlüftungsventil, dass anstatt der Kombination Beatmungsventil-normal geschlossenes Entlüftungsventil eingesetzt wird, kann das normal geschlossene Entlüftungsventil bei gleichem Bauraum mit einer größeren Nennweite ausgelegt werden. Des Weiteren kann die Einschaltdauer verringert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Entlüftungsventil ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vorgesehen ist. Zudem ist zu beachten, dass gegenüber einem einzelnen Entlüftungsventil, das normal offen ist, durch die Kombination eines Beatmungsventils und eines normal geschlossenen Entlüftungsventils auch die Nennweite beider Ventile kombiniert ist, was es ermöglicht, bei gleicher Effektivität der Entlüftung die normal geschlossenen Entlüftungsventile mit kleinerer Nennweite bzw. kleinerem Bauraum auszulegen.
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Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele, welche jeweils durch zwei Figuren dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 einen Schnitt eines Beatmungsventils einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung,
- 2 ein Schema der ersten Ausführungsform,
- 3 einen Schnitt eines Beatmungsventils einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, und
- 4 ein Schema der zweiten Ausführungsform.
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Gleiche und einander entsprechende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt einen Schnitt des in diesem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Beatmungsventils 3. Das Beatmungsventil 3 weist zum Öffnen und Schließen des Ventils ein pneumatisch betätigbares Steuerelement 4, hier eine Membran, und eine Steuerdruckzuführung 5, hier zwei im Körper des Beatmungsventils 3 ausgebildete Kanäle, auf. Das Steuerelement 4 ist dabei derart eingereichtet, dass das Beatmungsventil normal offen ist.
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Des Weiteren umfasst das Beatmungsventil 3 einen Eingangskanal 6, mehrere Ausgangskanäle 7 und einen Verbindungsabschnitt 8. Der Verbindungsabschnitt 8 verbindet Eingangskanal 6 mit den Ausgangskanälen 7. Das Steuerelement 4, also die Membran, bildet dabei einen Teilbereich der Innenwandung des Verbindungsabschnitts 8. Unter Beaufschlagung der Membran 4 mit einem Steuerdruck verformt sich die Membran 4 und wird gegen eine von der Innenwandung des Verbindungsabschnittes 8 gebildeten Dichtabschnitt 9 angepresst, wodurch der Verbindungsabschnitt 8 dichtbar und damit das Ventil 3 schließbar ist.
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Über den Eingangskanal 6 ist das Beatmungsventil mit einem Volumen V verbindbar, über die Ausgangskanäle 7 kann eine Verbindung mit der Außenatmosphäre hergestellt werden.
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Die Membran 4 ist als flächiges, elastisch deformierbares Element ausgebildet. Liegt in den Kanälen der Steuerdruckzuführung 5, dem Eingangskanal 6 und den Ausgangskanälen 7 Druckausgleich vor, so bedeckt die Membran 4 mit der Fläche ihrer Oberseite die an die Membran 4 grenzenden Öffnungen 15 der Kanäle der Steuerdruckzuführung 5. Über einen Dichtungsring 16, der die Membran 4 gegen eine Innenwandung 17 des Beatmungsventils 3 presst, ist die Steuerdruckzuführung 5 luftdicht von dem auf der gegenüberliegenden Unterseite der Membran 4 liegenden Verbindungsabschnitt 8 getrennt. Eingangskanal 6 und Ausgangskanäle 7 stoßen senkrecht auf den parallel zur Membran 4 verlaufend ausgebildeten Verbindungsabschnitt 8, und treten in diesen über Öffnungen 19 bzw. 18 ein. Legt man nun einen genügend hohen Steuerdruck an die Steuerdruckzuführung an, so verformt sich die elastisch deformierbare Membran 4, wird gegen die gegenüberliegende Wand 9 gedrückt und verschließt auf diese Weise die Öffnungen 18 und 19. Senkt man den Steuerdruck genügend ab, so kehrt die Membran 4 in ihre Ausgangslage zurück, dass Beatmungsventil 3 öffnet.
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2 zeigt ein Schema der Ventilanordnung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Ventilanordnung 1 umfasst ein Entlüftungsventil 2, ein Beatmungsventil 3, ein Einlassventil 10, ein Hauptabschaltventil 11, und eine elektronische Steuereinrichtung 14. Entlüftungsventil 2 und Beatmungsventil 3 sind zueinander parallel geschaltet, derart, dass ein Volumen V gleichzeitig über Entlüftungsventil 2 und Beatmungsventil 3 entlüftet werden kann.
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Der Aufbau des Beatmungsventils 3 wurde im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Da Entlüftungsventil 2 ist ein stromlos geschlossenes, magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil. Das Einlassventil 10 ist ebenfalls ein stromlos geschlossenes, magnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil. Das Hauptabschalteventil 11 ist als magnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil ausgebildet. Es ist vor dem Einlassventil 10 zwischen Einlassventil 10 und einer Druckluftquelle 12 angeordnet. Druckluftquelle 12 ist hier ein Druckluftvorrat. Entlüftungsventil 2, Einlassventil 10 und Hauptabschaltventil 11 sind als Taktventile ausgebildet.
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In einem ersten Schaltzustand des Hauptabschaltventils 11 ist die Druckluftquelle 12 sowohl mit dem Einlassventil 10 als auch mit einer Steuerdruckleitung 13 der Ventilanordnung 1 verbindbar. Die Steuerdruckleitung 13 ist mit der Steuerdruckzuführung 5 des Beatmungsventils 3 verbunden. Im ersten Schaltzustand des Hauptabschaltventils 11 wird somit das Steuerelement 4 des Beatmungsventils mit einem Steuerdruck beaufschlagt, wodurch das Beatmungsventil 3 schließt.
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In einem zweiten Schaltzustand des Hauptabschaltventils 11 ist der Abschnitt Einlassventil 10 - Hauptabschaltventil 11 und die Steuerdruckleitung 13 über einen Entlüftungsauslass 15 mit dem Außenbereich verbindbar, d.h. dieser Abschnitt wird entlüftet. Der Steuerdruck, der auf das Steuerelement 4 gegebenenfalls gewirkt hat, fällt ab, das Beatmungsventil 3 geht in den offenen Zustand über.
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Über das Hauptabschaltventil 11 und das Einlassventil 10 ist das Volumen V mit der Druckluftquelle 12 verbindbar. Der Abschnitt Einlassventil 10 - Volumen einschließlich des Volumens V ist mit dem Entlüftungsventil 2 und dem Beatmungsventil 3 verbunden und über diese entlüftbar.
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Hauptabschaltventil 11, Einlassventil 10 und Entlüftungsventil 2 sind über die elektronische Steuereinheit 14 schaltbar. In einer ersten Ventilansteuerung durch die Steuereinheit 14 wird das Hauptabschaltventil 11 in den ersten Schaltzustand überführt, das Einlassventil 10 geöffnet und das Entlüftungsventil 2 geschlossen. Die Druckluftquelle 12 ist damit mit dem Volumen V verbunden. Da das Entlüftungsventil 2 geschlossen ist und auch das Beatmungsventil 3 sich aufgrund des Steuerdrucks in der Steuerdruckleitung 13 schließt, wird das Volumen V mit dem von der Druckluftquelle 12 zur Verfügung gestellten Druck beaufschlagt.
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In einer zweiten Ventilansteuerung durch die Steuereinheit 14 wird das Hauptabschaltventil 11 in den zweiten Schaltzustand geschaltet, das Einlassventil 10 geschlossen und das Entlüfungsventil 2 geöffnet. In diesem Schaltzustand des Hauptabschaltventils 11 wird die Steuerdruckleitung 13 entlüftet, wodurch sich das Beatmungsventil 3 öffnet. Damit wird der Bereich Einlassventil 10 - Volumen V einschließlich des Volumens V über Entlüftungsventil 2 und Beatmungsventil 3 entlüftet.
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In einer dritten Ventilansteuerung durch die elektronische Steuereinheit 14 ist das Hauptabschaltventil 11 in den zweiten Schaltzustand geschaltet und das Einlassventil 10 und das Entlüftungsventil 2 geschlossen. Das Beatmungsventil 3 ist aufgrund der entlüfteten Steuerdruckleitung 13 offen. Aufgrund des normal offenen Beatmungsventils 3 wird verhindert, dass sich ein Staudruck im Bereich Einlassventil 10 - Volumen V aufbauen kann.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Beatmungsventils 23, das zu der Ventilanordnung 21 gemäß der zweiten Ausführungsform gehört.
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Das Beatmungsventil 23 umfasst zum Öffnen und Schließen des Ventils ein pneumatisch betätigbares Steuerelement 24, hier einen durch eine Feder 30 belasteten Dichtkörper 24, sowie eine Steuerdruckzuführung, hier einen Kanal 25 auf, wobei der Dichtkörper 24 über die Steuerdruckzuführung 25 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist, so dass das Beatmungsventil 23 schließbar ist, und der Dichtkörper 24 derart eingerichtet ist, dass das Beatmungsventil 23 normal offen ist.
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Das Beatmungsventil 23 umfasst ferner einen Eingangskanal 26, einen Ausgangskanal 27 und einen Verbindungsabschnitt 28. Der Verbindungsabschnitt 28 verbindet Eingangskanal 26 und Ausgangskanal 27 miteinander. Ein Bereich einer Innenwandung des Verbindungsabschnitts 28 ist als Dichtsitz 29 ausgebildet. Der Dichtkörper 24 ist in dem Verbindungsabschnitt 28 geführt. Durch Beaufschlagung des Dichtkörpers 24 mit einem Steuerdruck über die Steuerdruckzuführung 25 wird der Dichtkörper 24 gegen die Federkraft der Feder 30 verschoben und gegen den Dichtsitz 29 des Verbindungsabschnitts 28 gepresst, wodurch der Verbindungsabschnitt 28 gedichtet und damit das Ventil 23 geschlossen ist. Nimmt man den Steuerdruck weg, so kehrt der Dichtkörper 24 aufgrund der Federkraft der Feder 30 in seine Ausgangslage zurück.
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Der Verbindungsabschnitt 28 ist im Wesentlichen als zylinderförmiger Hohlraum innerhalb des Körpers des Beatmungsventils 23 ausgebildet. An seinem Boden befindet sich eine Öffnung, über die der Ausgangskanal 27 mit dem Verbindungsabschnitt 28 verbunden ist. Am Boden des Verbindungsabschnitts 28 ist zu dem ein Innenring belassen, der den Dichtsitz 29 bildet. Dem den Zylinderboden gegenüberliegende Zylinderdeckel ist mit einer konusförmigen Erhöhung 31 ausgebildet, die einen Anschlag für den Dichtkörper 24 in seiner Ruheposition, d.h., ohne Beaufschlagung durch einen Steuerdruck, befindet. Der Kanal, der die Steuerdruckzuführung 25 bildet, ist über eine Öffnung im Deckelbereich des Verbindungsabschnitts 28 mit diesem verbunden, der Eingangskanal 26 über eine Öffnung 33 im Bereich des Bodens des Verbindungsabschnitts 28, also in der Nähe des Dichtsitzes 29.
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Der Dichtkörper 24 weist im Wesentlichen eine radial symmetrische Form auf, wobei der Durchmesser dem Durchmesser des zylinderförmigen Verbindungsabschnittes 28 angepasst ist. Der Dichtkörper 24 umfasst einen massiven, starren Grundkörper 36, sowie einen elastisch deformierbaren O-Ring 35, der in einer Nut 37 an der Außenfläche des Grundkörpers 36 gelagert ist. Der Grundkörper 36 wird zusätzlich an einem Endabschnitt 38 im Ausgangskanal 27 geführt. Der normal offene Zustand des Beatmungsventils 23 wird über Aussparungen 39 im Grundkörper 36 des Dichtkörpers 24 gewährleistet, die eine Passage zwischen Eingangskanal 26, Verbindungsabschnitt 28 und Ausgangskanal 27 in der Ruheposition des Dichtkörpers 24 bilden.
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In Ruhestellung, d.h. der Dichtkörper 24 wird nicht mit dem benötigten Steuerdruck beaufschlagt, liegt der Grundkörper 36 aufgrund der Belastung durch die Feder 30, die im Ausgangskanal 27 angeordnet ist, an dem Anschlag 31 an. In diesem Zustand kann die Luft vom Eingangskanal 26 über den Verbindungsabschnitt 28 durch die Aussparungen 39 des Dichtkörpers 24 zum Ausgangskanal 27 strömen. Beaufschlagt man nun den Dichtkörper 24 über die Steuerdruckzuführung 25 mit Druck, so wird der Dichtkörper 24 gegen die Federkraft der Feder 30 verschoben, bis der O-Ring 35 am Dichtsitz 29 anliegt. Ein Luftdurchtritt vom Eingangskanal zum Ausgangskanal 27 ist nicht mehr möglich. Der O-Ring 35 ist hierfür oberhalb der Aussparung 39 am Grundkörper 36 angeordnet, so dass sich die Aussparung 39, wenn der O-Ring 35 am Dichtsitz 29 aufliegt, vollständig im Ausgangskanal 27 befindet, also durch die Aussparung 39 keine Luft vom Eingangskanal 26 zum Ausgangskanal 27 strömen kann.
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4 zeigt ein Schema der Ventilanordnung 21 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Ventilanordnung 21 umfasst ein Entlüftungsventil 2, ein Beatmungsventil 23, ein Einlassventil 10, ein Volumen V, eine Druckluftquelle 12 und eine elektronische Steuereinheit 14. Einlassventil 10, Entlüftungsventil 2 und Druckluftquelle 12 wurden im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, der Aufbau des Beatmungsventils 23 wurde im Rahmen der 3 erläutert.
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Über Öffnen des Einlassventils 10 ist das Volumen V belüftbar. Über das Entlüftungsventil 2 ist das Volumen entlüftbar. Entlüftungsventil 2 und Beatmungsventil 23 sind zueinander parallel geschaltet, so dass das Volumen V gleichzeitig über das Entlüftungsventil 2 und das Beatmungsventil 23 entlüftet werden kann.
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Entlüftungsventil 2 und Beatmungsventil 23 sind über Abzweigungen 40 bzw. 41 an den Abschnitt Einlassventil 10 - Volumen V angeschlossen. Abzweigung 41 verbindet dabei den Abschnitt Einlassventil 10 - Volumen V mit dem Eingangskanal 26 des Beatmungsventils 23, siehe 3. Über eine weitere Abzweigung 42 ist der Abschnitt Einlassventil - Volumen V mit der Steuerdruckzuführung 25 des Beatmungsventils 23 verbunden.
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Zum Belüften des Volumens V wird über die elektronische Steuereinheit das Einlassventil 10 geöffnet und das Entlüftungsventil 2 geschlossen bzw. im geschlossenen Zustand belassen. Der hierdurch bewirkte Druckanstieg im Abschnitt Einlassventil 10 - Volumen V führt dazu, dass das Beatmungsventil 23 selbständig schließt.
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Zum Entlüften des Systems wird das Einlassventil 10 geschlossen und das Entlüftungsventil 2 geöffnet. Der Druck im Abschnitt Einlassventil 10 - Volumen V wird abgebaut, was dazu führt, dass sich das Beatmungsventil 23 ebenfalls öffnet. Ist der genannte Abschnitt entlüftet, kann das Entlüftungsventil 2 geschlossen werden. Das Beatmungsventil 23, dass normal offen ist, gewährleistet, dass sich im Abschnitt Entlüftungsventil 10 - Volumen V kein Staudruck beispielsweise durch Leckage des Einlassventils 10 aufbauen kann.
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Die zweite Ventilanordnung 21, die insbesondere kein Hauptabschalteventil umfasst, eignet sich insbesondere für die Verwendung in einem Retarder-Steuerventil. Insbesondere lässt sich mit dem normal offenen Beatmungsventil 23 verhindern, dass sich in einem Arbeitsvolumen ein Staudruck ausbilden kann, der zur Folge eine Betätigung des Retarders und damit eine ungewünschte Bremswirkung zur Folge haben kann.
