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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, mit einer in einem Ventilgehäuse
angeordneten Ventilkammer, in der ein axial umschaltbares Ventilgehäuse
angeordnet ist, das in wenigstens eine Endlage bewegbar ist, in
der es sich an einer gehäusefesten Abstützfläche abstützt,
wobei das Ventilgehäuse mit einem Arbeitsglied ausgestattet
ist, das bei sich in die Endlage bewegendem Ventilgehäuse
von einer gehäusefesten Anschlagfläche gestoppt
wird, bevor das Ventilgehäuse die Endlage erreicht hat,
so dass anschließend eine Arbeits-Relativbewegung zwischen
dem sich weiterbewegenden Ventilglied und dem gestoppten Arbeitsglied
stattfindet.
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Bei
einem aus der
DE 100
10 690 B4 bekannten Ventil dieser Art fungiert das Arbeitsglied
als Antriebsglied, das beim Umschalten des Ventilgliedes eine zusätzliche
Umschaltkraft ausübt, um die nach längerer Stillstandszeit
stark ansteigende Haftreibung leichter zu überwinden. Als
Antriebsenergie wird die in einer komprimierten Federeinrichtung
gespeicherte Energie genutzt. Komprimiert wird die Federeinrichtung
bei der dem Erreichen der Endlage vorausgehenden Arbeits-Relativbewegung.
Als Federeinrichtung kommt eine in einem Antriebsraum untergebrachte
mechanische Feder zum Einsatz oder eine Luftfeder, die unter Mitwirkung
von in dem Antriebsraum eingeschlossener Druckluft gebildet ist.
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Vor
allem bei Ventilen mit hoher Umschaltgeschwindigkeit besteht das
Problem, dass das Ventilglied bei Erreichen seiner Endlage mit großer
Wucht auf das Ventilgehäuse aufprallt. Die Folgen können Schäden
am Ventilglied oder am Ventilgehäuse sein. Zur Minimierung
der Problematik wird daher in der Regel die systembedingt maximal
mögliche Umschaltgeschwindigkeit nicht ausgenutzt. Denkbar wäre
zwar, Gummipuffer zur Minimierung des Aufpralls einzusetzen. Hierbei
können jedoch rückfedernde Effekte auftreten,
die ungenaue Schaltstellungen des Ventilgliedes und darauf zurückzuführende
Fehlfunktionen zur Folge haben können.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen,
die bei reduzierter Beschädigungsgefahr hohe Umschaltgeschwindigkeiten
des Ventilgliedes zulassen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Arbeitsglied
Bestandteil mindestens einer am Ventilglied angeordneten Endlagen-Dämpfungseinrichtung
ist und ein Verdrängerglied bildet, das bei der Arbeits-Relativbewegung
durch eine Drosseleinrichtung hindurch Fluid aus einer Dämpfungskammer verdrängt,
so dass das Ventilglied abgebremst wird, wobei die Endlagen-Dämpfungseinrichtung
außerdem ein an die Dämpfungskammer angeschlossenes Rückschlagventil
aufweist, durch das hindurch Fluid in die Dämpfungskammer
nachströmen kann, wenn das Verdrängerglied in
die vor Beginn der Arbeits-Relativbewegung relativ zum Ventilglied
eingenommene Ausgangsstellung zurückkehrt.
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Auf
diese Weise wird das Ventilglied bei Erreichen der Endlage ohne
Rückprallgefahr selbst dann sanft abgebremst, wenn es mit
hoher Geschwindigkeit umgeschaltet wird. Das sich beim Umschalten
des Ventilgliedes zunächst gemeinsam mit dem Ventilglied
bewegende Verdrängerglied wird zu Beginn der Dämpfungsphase
durch eine gehäusefeste Anschlagfläche angehalten,
so dass sich nur noch das Ventilglied bewegt und bei der hierbei
stattfindenden Arbeits-Relativbewegung auf Grund des sich verringernden
Volumens der Dämpfungskammer Fluid aus der Dämpfungskammer
verdrängt wird, und zwar wegen des hierbei geschlossenen
Rückschlagventils durch die Drosseleinrichtung hindurch. Die
Drosseleinrichtung begrenzt den Volumenstrom für das Fluid
und bremst somit das Ventilglied ab, bis es letztlich relativ sanft
in der vom Ventilgehäuse definierten Endlage ankommt. Beim
anschließenden Umschalten in die Gegen richtung kann durch
das sich hierbei öffnende Rückschlagventil hindurch
erneut Fluid in die Dämpfungskammer nachströmen, um
das Zurückstellen des Verdrängergliedes in die Ausgangsstellung
zu begünstigen. Durch das sich öffnende Rückschlagventil
kann ein wesentlich größerer Strömungsquerschnitt
für das nachströmende Fluid bereitgestellt werden
als allein durch die Drosseleinrichtung. Somit ist die Endlagen-Dämpfungseinrichtung
auch bei hoher Schaltfrequenz des Ventils umgehend wieder betriebsbereit.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Die
Endlagen-Dämpfungseinrichtung sitzt zweckmäßigerweise
an einem stirnseitigen Endbereich des Ventilgliedes. Verfügt
das Ventilglied über zwei Endlagen, in denen jeweils eine
Endlagendämpfung stattfinden soll, ist zweckmäßigerweise
jedem der beiden axialen Endbereiche des Ventilgliedes eine eigene
Endlagen-Dämpfungseinrichtung zugeordnet. Diese beiden
Endlagen-Dämpfungseinrichtungen sind vorzugsweise identisch
ausgebildet.
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Die
gehäusefeste Anschlagfläche für das Verdrängerglied
befindet sich zweckmäßigerweise an der dem Ventilglied
axial gegenüberliegenden stirnseitigen Begrenzungsfläche
der Ven tilkammer. Diese kann insbesondere an einem Gehäusedeckel des
Ventilgehäuses ausgebildet sein.
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Für
das Verdrängerglied empfiehlt sich eine Ausgestaltung als
Kolben, der axial verschiebbar am Ventilglied gelagert ist. Das
Verdrängerglied kann hierbei zugleich eine bewegliche Begrenzungswand der
Dämpfungskammer bilden. Empfehlenswert ist es, als Drosseleinrichtung
auf einen Drosselspalt zurückzugreifen, der zwischen dem
Ventilglied und dem diesbezüglich verschiebbaren Verdrängerglied
ausgebildet ist.
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Zweckmäßigerweise
verfügt das Ventilglied über eine stirnseitige
Ausnehmung, in die das Verdrängerglied stößelartig
eintaucht. Die innerhalb der Ausnehmung liegende innere Stirnfläche
des Verdrängergliedes fungiert hierbei als Begrenzungsfläche
für die Dämpfungskammer.
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Die
vorgenannte Ausgestaltung begünstigt eine Bauform, bei
der die mit der Abstützfläche zusammenwirkende
Gegenabstützfläche getrennt von einer mit der
Anschlagfläche zusammenwirkenden Gegenanschlagfläche
des Verdrängergliedes ausgebildet ist.
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Abweichend
hiervon ist auch eine Bauform möglich, bei der das Verdrängerglied
sowohl eine mit der Anschlagfläche zusammenarbeitende Gegenanschlagfläche
als auch eine mit der Abstütz fläche zusammenwirkende
Gegenabstützfläche bildet. In der Endlage stützt
sich das Ventilglied somit über das Verdrängerglied
bezüglich dem Ventilgehäuse ab und weist zu diesem
Zweck insbesondere eine zur Abstützung am Verdrängerglied
dienende Zusatzabstützfläche auf.
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Vorzugsweise
wird das Ventilglied mittels Fluidkraft umgeschaltet. Hierzu begrenzt
es zweckmäßigerweise mit mindestens einer seiner
beiden stirnseitigen Endabschnitte eine Antriebskammer, die zum
Hervorrufen des Umschaltvorganges gesteuert mit einem Antriebsfluid
beaufschlagbar ist. Es kann sich hierbei um eine elektropneumatisch
vorgesteuerte Betätigungsform handeln. Der betreffende
Endabschnitt ist vorzugsweise als kolbenartiger Antriebskörper
ausgebildet.
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Mindestens
eine Endlagen-Dämpfungseinrichtung ist zweckmäßigerweise
an einem solchen stirnseitigen Endabschnitt des Ventilgliedes angeordnet,
der eine Antriebskammer begrenzt. Dies ermöglicht es in
besonders vorteilhafter Weise, die Drosseleinrichtung und/oder das
Rückschlagventil so auszubilden und anzuordnen, dass (jeweils)
eine Verbindung zwischen der Dämpfungskammer und der Antriebskammer
vorliegt bzw. gesteuert wird. Beim Ausführen der Arbeits-Relativbewegung
und der entgegengesetzten Relativbewegung kann auf diese Weise ein Fluidaustausch
unmittelbar zwischen der Dämpfungskammer und der benachbarten
Antriebskammer stattfinden.
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Ein
Anschluss des Rückschlagventils an sowohl die Dämpfungskammer
als auch die Antriebskammer hat den besonderen Vorteil, dass bei
einer zum Zwecke eines Umschaltens hervorgerufenen Fluidbeaufschlagung
der Antriebskammer der sich in der Antriebskammer aufbauende hohe
Druck ein aktives Nachfüllen der Dämpfungskammer
durch das sich hierbei öffnende Rückschlagventil
hindurch ermöglicht.
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Letzteres
ruft ein Rückstellen der Verdrängergliedes in
die Ausgangsstellung selbst dann hervor, wenn dem Verdrängerglied
keine gesonderten Rückstell-Federmittel zugeordnet sind.
Ist das Ventilglied aus der Endlage herausbewegt und wird die dies
verursachende Antriebskammer anschließend druckentlastet,
bewirkt das zuvor durch das Rückschlagventil hindurch in
die Dämpfungskammer eingepresste Fluid ein Zurückstellen
des Verdrängergliedes in die Ausgangsstellung, weil in
der Dämpfungskammer auf Grund des geringen Drosselquerschnittes
zumindest vorrübergehend ein höherer Druck herrscht
als in der Antriebskammer.
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Ungeachtet
dessen ist es jedoch von Vorteil, wenn zusätzliche Rückstell-Federmittel
vorhanden sind, die das Zurückbewegen des Verdrängergliedes in
die Ausgangsstellung unterstützen. Diese Rücksteil-Federmittel
sind zweckmäßigerweise im Innern der Dämpfungskammer
untergebracht und können sogar so ausgebildet sein, dass
sie gleichzeitig einen Bestandteil des Rückschlagventils
bilden. Das Rückschlagventil verfügt regelmäßig über
ein relativ zu einem Ventilsitz bewegliches Rückschlaglied,
das durch Federmittel an den Ventilsitz angedrückt wird, wobei
diese Federmittel von den vorgenannten Rückstell-Federmitteln
gebildet sein können, wenn sich der Ventilsitz am Verdrängerglied
befindet und somit die auf das Rückschlagglied einwirkende
Federkraft indirekt auch das Verdrängerglied beaufschlagt.
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Das
Verdrängerglied kann beispielsweise stößelartig
in eine stirnseitige Ausnehmung des Ventilgliedes eintauchen, wobei
die Drosseleinrichtung von einem zwischen dem Außenumfang
des Verdrängergliedes und dem Innenumfang der Ausnehmung
ausgebildeten, vorzugsweise ringförmigen Drosselspalt gebildet
ist.
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Ein
größeres maximales Volumen für die Dämpfungskammer
lässt sich besonders einfach dadurch realisieren, dass
das Verdrängerglied stirnseitig kappenartig so an das Ventilglied
angesetzt ist, dass es letzteres außen axial übergreift.
Dadurch kann auch noch ein dem Ventilglied axial vorgelagerter Be reich
für die Realisierung der Dämpfungskammer genutzt
werden. Der Drosselspalt befindet sich in diesem Fall zweckmäßigerweise
radial zwischen dem Außenumfang des Ventilgliedes und dem
Innenumfang des das Ventilglied außen übergreifenden ringförmigen
Abschnittes des Verdrängergliedes.
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Das
Ventilglied ist vorzugsweise als Ventilschieber ausgebildet, wobei
es einen länglichen, die Verbindung mehrerer Ventilkanäle
steuernden Steuerkörper aufweist und an mindestens einer
Stirnseite des Steuerkörpers einen insbesondere kolbenartig ausgebildeten,
zum Umschalten des Ventilgliedes mit einem Antriebsfluid beaufschlagbaren
Antriebskörper. Die Dämpfungskammer kann in dem
Antriebskörper ausgebildet sein, was die Herstellung vor
allem dann vereinfacht, wenn letzterer ein bezüglich des
Steuerkörpers gesondertes Bauteil ist. Steuerkörper
und Antriebskörper können aneinander befestigt
sein oder nur lose axial aneinander anliegen.
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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 gemäß Schnittlinie
I-I aus 2,
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2 eine
Stirnansicht des Ventils aus 1 mit Blickrichtung
gemäß Pfeil II,
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3 den
in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt III in
vergrößertem Maßstab, wobei ein Detail
daraus wiederum vergrößert abgebildet ist,
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4 den
in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IV in vergrößertem
Maßstab, wobei auch hier ein Detail ebenfalls nochmals
vergrößert abgebildet ist,
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5 das
Ventilglied des Ventils in einer perspektivischen Einzeldarstellung,
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6 ein
dem Ausschnitt III aus 1 entsprechendes vergrößertes
Detail einer weiteren Ausführungsform des Ventils und
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7 ein
dem Ausschnitt IV entsprechendes vergrößertes
Detail des gleichen modifizierten Ventils, zu dem auch die 6 gehört.
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Das
aus 1 und 2 ersichtliche Ventil 1 ist
als vorgesteuertes Mehrwegeventil konzipiert und verfügt über
ein Hauptventil 2 mit Ventilgehäuse 3 und
zwei stirnseitig an dem Ventilgehäuse 3 angeordneten,
elektrisch betätigbaren Vorsteuerventilen 4.
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Das
Ventilgehäuse 3 begrenzt eine längliche Ventilkammer 5 mit
Längsachse 6, in der ein ebenfalls längliches
Ventilglied 7 mit koaxialer Ausrichtung aufgenommen ist.
Vorzugsweise besteht das Ventilgehäuse 3 aus einem
die Ventilkammer 5 peripher begrenzenden Gehäusehauptteil 8 mit
an den beiden Stirnseiten angeordneten, die Ventilkammer 5 stirnseitig
verschließenden Gehäusedeckeln 12. Jeder Gehäusedeckel 12 fungiert
exemplarisch als Träger für eines der beiden Vorsteuerventile 4,
die aber alternativ auch gemeinsam der gleichen Stirnseite des Ventilgehäuses 3 zugeordnet
sein können.
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In
jeden Gehäusedeckel 12 ist zweckmäßigerweise
eine Handhilfsbetätigungseinrichtung 13 zur bedarfgemäßen
manuellen Betätigung des zugeordneten Vorsteuerventils
integriert.
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Das
Ventilglied 7 ist zweckmäßigerweise als Ventilschieber
konzipiert und enthält einen länglichen, insbesondere
kolbenartigen Steuerkörper 14 sowie zwei den beiden
Stirnseiten des Steuerkörpers 14 zugeordnete Antriebskörper 15.
Die Antriebskörper 15 sind vorzugsweise kolbenartig
ausgebildet und unter radialer Abdichtung verschiebbar in der Ventilkammer 5 aufgenommen.
Durch die Antriebskörper 15 wird somit die Ventilkam mer 5 in
zwei äußere Antriebskammern 16 und eine
dazwischenliegende, den Steuerkörper 14 aufnehmende
Steuerkammer 17 unterteilt. Jede Antriebskammer 16 ist axial
außen von einem der Gehäusedeckel 12 begrenzt.
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Die
beiden Antriebskammern 16 sind mittels den Vorsteuerventilen 4 gesteuert
mit einem Antriebsfluid beaufschlagbar. Das Antriebsfluid ist insbesondere
Druckluft. Es besteht die Möglichkeit, jede Antriebskammer 16 entweder
mit dem Antriebsfluid zu beaufschlagen oder druckmäßig
zu entlasten. Hierzu kommuniziert jede Antriebskammer 16 über einen
in 1 lediglich strichpunktiert angedeuteten Vorsteuerkanal 22 mit
dem zugeordneten Vorsteuerventil 4.
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Durch
die genannte, gesteuerte Fluidbeaufschlagung der Antriebskammern 16 kann
das Ventilglied 7 zu einer gemäß Doppelpfeil 23 angedeuteten Umschaltbewegung
angetrieben werden, um es in Achsrichtung der Längsachse 6 zwischen
der aus 1 ersichtlichen ersten Schaltstellung
und einer diesbezüglich axial verlagerten zweiten Schaltstellung
umzuschalten. Diese beiden Schaltstellungen sind dadurch charakterisiert,
dass der Steuerkörper 14 mehrere seitlich in die
Steuerkammer 17 einmündende Ventilkanäle 24 mit
unterschiedlichem Muster fluidisch miteinander verbindet oder voneinander
abtrennt. Exemplarisch beinhalten die Ventilkanäle 24 zwei
jeweils mit einem anzusteuernden Verbraucher verbindbare Arbeitskanäle 24a, 24b,
und darüber hinaus einen mit einer Druckquelle verbindbaren
Speisekanal 24c sowie zwei mit einer Drucksenke – insbesondere
der Atmosphäre – verbundene Abführkanäle 24d, 24e.
Je nach Schaltstellung ist entweder der eine oder andere Arbeitskanal 24a, 24b mit
dem Speisekanal 24c verbunden, während gleichzeitig der
jeweils andere Arbeitskanal 24b, 24a mit einem der
Abführkanäle 24d, 24e verbunden
ist.
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Eine
in der Steuerkammer 17 koaxial um den Steuerkörper 14 herum
angeordnete Dichtungseinrichtung 18, die ortsfest bezüglich
dem Ventilgehäuse 3 angeordnet ist, kooperiert
derart mit dem abgestuften Außenumfang des Steuerkörpers 14,
dass die geschilderte Kanalverschaltung stattfindet.
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Bei
den beiden erwähnten Schaltstellungen des Ventilgliedes 7 handelt
es sich um einander entgegengesetzte axiale Endlagen des Ventilgliedes. Diese
sind jeweils dadurch definiert, dass sich das Ventilglied 7 mit
einer axial orientierten Gegenabstützfläche 26 an
einer dieser Gegenabstützfläche 26 zugewandten,
ortsfest bezüglich dem Ventilgehäuse 3 angeordneten
Abstützfläche 25 abstützt. Die
Abstützflächen 25 sind zweckmäßigerweise
von den die Ventilkammer 5 stirnseitig verschließenden
Begrenzungsflächen 27 gebildet, bei denen es sich
exemplarisch um die dem Ventilglied 7 zugewandten Innen flächen
der Gehäusedeckel 12 handelt. Die Gegenabstützflächen 26 befinden
sich insbesondere im Bereich der Stirnseiten des Ventilgliedes 7 und
sind der jeweils gegenüberliegenden Abstützfläche 25 axial zugewandt.
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In
der Zeichnung ist das Ventil 1 in der ersten Schaltstellung
des Ventilgliedes 7 gezeigt, bei der das Ventilglied 7 die
nach links bewegte erste Endlage einnimmt und mit ihrem linken Endabschnitt
am Ventilgehäuse 3 anliegt. Der entgegengesetzte
rechte Endabschnitt des Ventilgliedes 7 ist hierbei mit
axialem Abstand zu der ihm zugeordneten Abstützfläche 25 angeordnet,
wobei der Abstand dem beim Umschalten zwischen den beiden Schaltstellungen zurückzulegenden
Schalthub entspricht. In der zweiten Schaltstellung und der zugeordneten
zweiten Endlage ist das Ventilglied 7 nach rechts bewegt,
so dass bezüglich der 1 gerade
umgekehrte Zustände vorliegen.
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Beim
Ausführungsbeispiel sind die Antriebskörper 15 als
bezüglich dem Steuerkörper 14 separate
Komponenten ausgebildet, die stirnseitig am Steuerkörper 14 lediglich
anliegen, so dass sie nur drückende Kräfte auf
den Steuerkörper 14 ausüben können.
Eine axial feste Verbindung zwischen den Körpern ist jedoch
ebenfalls möglich, wie auch eine Realisierung in Gestalt
eines einzigen Bauteils.
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Das
Ventilglied 7 ist an seinen beiden axialen Endabschnitten
mit jeweils einer Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 ausgestattet.
Diese bewirkt, dass das Ventilglied 7 mit nur geringer
Intensität in den Endlagen angelangt. Jede Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 verfügt über
die Eigenschaft, das Ventilglied 7 während einer
dem Erreichen einer Endlage unmittelbar vorausgehenden Dämpfungsphase bezüglich
der zuvor eingenommenen Umschaltgeschwindigkeit abzubremsen.
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Die
beiden Endlagen-Dämpfungseinrichtungen 28 sind
zweckmäßigerweise identisch ausgebildet. Die 3 und 4 einerseits
sowie die 6 und 7 andererseits
zeigen zwei unterschiedliche Varianten der Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28, die
allerdings auch kombiniert werden können. Es besteht überdies
die Möglichkeit, das Ventilglied 7 mit nur einer
Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 auszustatten,
wenn bei nur einer Bewegungsrichtung des Ventilgliedes 7 eine
Dämpfung des Endaufpralls erforderlich ist.
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Die
Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 verfügt über
eine im Ventilglied 7 ausgebildete Dämpfungskammer 32,
die von einem relativ zu dem Ventilglied 7 bewegbaren Verdrängerglied 33 begrenzt ist.
Das Ventilglied 7 und das Verdrängerglied 33 haben
somit die Möglichkeit, sich in Achsrichtung der Längsachse 6 relativ
zueinander zu verlagern.
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Das
Verdrängerglied 33 ist vorzugsweise als am Ventilglied 7 axial
verschiebbar gelagerter Kolben ausgebildet. In einer aus 3 und 6 eingenommen
Ausgangsstellung ist das Verdrängerglied 33 relativ
zum Ventilglied 7 soweit in Richtung zur zugeordneten Begrenzungsfläche 27 verlagert,
dass die Dämpfungskammer 32 ein maximales Volumen
einnimmt. Das Verdrängerglied 33 verfügt
an der der Begrenzungsfläche 27 zugewandten äußeren
Stirnfläche über eine Gegenanschlagfläche 35,
der eine ortsfest am Ventilgehäuse 3 angeordnete
Anschlagfläche 34 axial gegenüberliegt,
die bei sämtlichen Ausführungsbeispielen auch
von der Begrenzungsfläche 27 gebildet ist.
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Wenn
sich das Ventilglied 7 in einer Endlage befindet, nimmt
dasjenige Verdrängerglied 33, das der von der
Abstützfläche 25 entfernten Gegenabstützfläche 26 zugeordnet
ist, die Ausgangsstellung ein. Ihre Gegenanschlagfläche 35 ist
dabei von der gegenüberliegenden Anschlagfläche 34 beabstandet.
Dieser Abstand ist allerdings kleiner als der Abstand zwischen der
zugeordneten Gegenabstützfläche 26 und
der dieser gegenüberliegenden Abstützfläche 25.
Die Differenz des Abstandes definiert die Länge des während
der Dämpfungsphase vom Ventilglied 7 zurückgelegten
Dämpfungshubes.
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Wird
das Ventilglied 7 ausgehend von der aus 1 ersichtlichen
ersten Endlage in die zweite Endlage umgeschaltet, findet zunächst
eine ungebremste Umschaltphase mit maximaler Umschaltgeschwindigkeit
statt. Diese Umschaltphase endet, wenn das vor das Ventilglied 7 ragende
Verdrängerglied 33 mit seiner Gegenanschlagfläche 35 auf
die gegenüberliegende Anschlagfläche 34 aufläuft.
Damit ist die ungebremste Umschaltphase beendet und es beginnt die
Dämpfungsphase.
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Die
Dämpfungsphase der Umschaltbewegung 23 zeichnet
sich dadurch aus, dass das Verdrängerglied 33 durch
den Kontakt mit der Anschlagfläche 34 abgestoppt
und an einer Weiterbewegung gehindert ist, während sich
das Ventilglied 7 weiterbewegt. Die dabei stattfindende
Relativbewegung zwischen Verdrängerglied 33 und
Ventilglied 7 sei als Arbeits-Relativbewegung bezeichnet
und geht einher mit einer Verringerung des Volumens der vom Verdrängerglied 33 begrenzten
Dämpfungskammer 32.
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Die
Arbeits-Relativbewegung ist beendet, wenn die zweiten Endlage erreicht
ist. Diese ist beim Ausführungsbeispiel der 3 und 4 dann
erreicht, wenn die am Ventilglied 7 angeordnet Gegenabstützfläche 26 an
der Abstützfläche 25 zur Anlage gekommen
ist. Beim Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist
die Endlage dadurch definiert, dass das Ventilglied 7 mit
einer stirnseitigen Zusatzabstützfläche 36 auf
das Verdrängerglied 33 aufläuft, das schon
seit Beginn des Dämp fungshubes mit der an ihm angeordneten
Gegenabstützfläche 26 an der gehäusefesten
Abstützfläche 25 anliegt. Der Unterschied
der beiden Bauformen liegt also darin, dass sich das Ventilglied 7 bei
Erreichen der Endlage im einen Fall direkt und im anderen Fall indirekt,
unter Zwischenschaltung des Verdrängergliedes 33,
am Ventilgehäuse 3 axial abstützt.
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Während
des Dämpfungshubes wird das Ventilglied 7 stark
abgebremst. Dies beruht auf einem fluidischen Dämpfungseffekt.
Das Verdrängerglied 33 verdrängt aus
der Dämpfungskammer 32 das darin enthaltene Fluid,
und zwar durch eine mit der Dämpfungskammer 32 kommunizierende
Drosseleinrichtung 37 hindurch, die eine nur verhältnismäßig geringe
Strömungsrate zulässt, so dass nur mehr eine stark
verlangsamte Bewegung des Ventilgliedes 7 möglich
ist.
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Ist
die zweite Endlage erreicht, ergeben sich im Bereich der in 1 rechts
abgebildeten Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 die
gleichen Verhältnisse wie in der ersten Endlage bei der
anhand 4 und 7 gezeigten, dem linken Endabschnitt
des Ventilgliedes 7 zugeordneten Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28.
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Die
in einer Endlage von einem Verdrängerglied 33 relativ
zum Ventilglied 7 eingenommene Stellung sei im Folgenden
als End stellung bezeichnet. Damit das Verdrängerglied 33 rasch
wieder aus der Endstellung in die Ausgangsstellung zurückkehren
kann, wenn das Ventilglied 7 umschaltet, ist jede Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 zusätzlich
mit einem ebenfalls mit der Dämpfungskammer 32 kommunizierenden
Rückschlagventil 38 ausgestattet, das eine Fluidströmung
aus der Dämpfungskammer 32 verhindert, eine Zuströmung
jedoch bei Vorhandensein entsprechender Druckverhältnisse
zulässt.
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Es
ist von Vorteil, wenn sowohl die Drosseleinrichtung 37 als
auch das Rückschlagventil 38 auf der der Dämpfungskammer 32 entgegengesetzten Seite
mit der benachbarten Antriebskammer 16 kommunizieren. Somit
findet beim Verkleinern und Vergrößern des Volumens
der Dämpfungskammer 32 ein unmittelbarer Fluidaustausch
zwischen der Dämpfungskammer 32 und der zugeordneten
Antriebskammer 16 statt.
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Beiden
Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das Verdrängerglied 33 eine
bewegliche Begrenzungswand der Dämpfungskammer 32 bildet. Beim
Ausführungsbeispiel der 3 und 4 verfügt
das Ventilglied 7 stirnseitig über eine axiale
Ausnehmung 42, in die das stößelartig
ausgebildete Verdrängerglied 33 eintaucht, wobei
die Eintauchtiefe von der Relativposition zwischen dem Verdrängerglied 33 und
dem Ventilglied 7 abhängt. In der Ausgangsstellung
ragt das Verdrängerglied 33 weitestmöglich
aus der Ausnehmung 42 heraus, so dass die an ihm angeordnete
Gegenanschlagfläche 35 der benachbarten Gegenabstützfläche 26 zu
der Begrenzungsfläche 27 hin axial vorgelagert
ist. In der Endstellung ist das Verdrängerglied 33 beim
Ausführungsbeispiel so weit in die axial Ausnehmung 42 eingeschoben,
dass seine Gegenanschlagfläche 35 in einer gemeinsamen
Radialebene mit der Gegenabstützfläche 26 liegt,
wobei letztere zweckmäßigerweise von der die Mündung
der axialen Ausnehmung 42 umrahmenden Stirnfläche
des Ventilgliedes 7 gebildet ist.
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Miteinander
kooperierende Anschlagmittel 43 begrenzen die Ausfahrbewegung
des Verdrängergliedes 33 bezüglich dem
Ventilglied 7 und verhindern, dass es weiter als bis zu
der Ausgangsstellung aus der Ausnehmung 42 ausfährt.
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Das
Verdrängerglied gemäß 6 und 7 ist
so ausgebildet, dass es das Ventilglied 7 stirnseitig nach
Art einer Kappe axial übergreift. Wiederum verfügt
das Ventilglied 7 über eine axiale Ausnehmung 42,
die unter Bildung der Dämpfungskammer 32 von dem
Verdrängerglied 33 begrenzt ist, wobei letzteres
aber mit einem ringförmigen Randabschnitt 45 einen
ringförmigen Axialvorsprung 44 des Ventilgliedes 7 radial
außen in axialer Richtung überlappt. Die Überlappungslänge
hängt von der momentanen Relativposition zwischen dem Verdrängerglied 33 und
dem Ventilglied 7 zusammen.
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Verschlossen
ist die axiale Ausnehmung 42 durch eine radial außen
den ringförmigen Randabschnitt 45 tragende Bodenwand 46 des
Verdrängergliedes 33, die der Stirnfläche
des ringförmigen Axialvorsprunges 44 vorgelagert
ist, bei der es sich um die oben schon erwähnte Zusatzabstützfläche 36 handelt.
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Bei
dieser Ausführungsform wird die Dämpfungskammer 32 nicht
nur von einem Längenabschnitt der axialen Ausnehmung 42 gebildet,
sondern auch noch von dem dem Ventilglied 7 außen
axial vorgelagerten Bereich zwischen dem ringförmigen Axialvorsprung 44 und
der Bodenwand 46. Somit steht ein größeres
Fluidvolumen für den Dämpfungsvorgang zur Verfügung.
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Wiederum
ist das Verdrängerglied 33 durch miteinander kooperierende
Anschlagmittel 43 in der Ausgangsstellung festgehalten.
Diese Anschlagmittel 43 können von hakenartigen
Elementen gebildet sein, die in die Ausnehmung 42 eintauchen
und am Innenumfang der Ausnehmung 42 angeordnete Vorsprünge
hintergreifen.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen ist die Drosseleinrichtung 37 besonders
einfach und kostengünstig realisiert. Sie besteht aus einem
ringförmigen Drosselspalt 47, der zwischen dem
Ventilglied 7 und dem diesbezüglich verschiebbaren
Verdrängerglied 33 ausgebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel der 3 und 4 befindet
er sich radial zwischen dem Außenumfang des in die axiale
Ausnehmung 42 eintauchenden Längenabschnittes
des Verdrängergliedes 33 und dem Innenumfang dieser
axialen Ausnehmung 42. Beim Ausführungsbeispiel
der 6 und 7 befindet er sich radial zwischen
dem Außenumfang des ringförmigen Axialvorsprunges 44 und
dem Innenumfang des ringförmigen Randabschnittes 45 des
kappenförmigen Verdrängergliedes 33.
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In
beiden Fällen ist die Spalthöhe des Drosselspaltes 47 sehr
gering und mit dem bloßen Auge kaum sichtbar. Aus diesem
Grunde enthalten die 3 und 6 jeweils
noch eine vergrößerte Detaildarstellung des den
Drosselspalt 47 beinhaltenden Bereiches. Die Spalthöhe
liegt insbesondere im Bereich zwischen 2 μm und 5 μm.
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Das
Rückschlagventil 38 ist zweckmäßigerweise
in das Verdrängerglied 33 integriert. Es enthält beim
Ausführungsbeispiel einen das Verdrängerglied 33 insbesondere
axial durchsetzenden Fluidkanal 48, der innen in die Dämpfungskammer 32 und
außen in die Antriebskammer 16 mündet.
Der Fluidkanal 48 ist von einem der Dämpfungskammer 32 zugewandten
Ventilsitz 52 umrahmt, an dem ein bewegliches Rückschlagglied 53 anliegt, das
durch Rückschlag-Federmittel 54 in eine abdichtende
Schließstellung gegen den Ventilsitz 52 vorgespannt
ist. Das Rückschlagventil 53 ist beim Ausführungsbeispiel
als Kugel ausgebildet, kann jedoch auch anders gestaltet sein.
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Die
einerseits das Rückschlagglied 53 beaufschlagenden
Rückschlag-Federmittel 54 könnten sich
andererseits auch am Verdrängerglied 33 abstützen.
Beim Ausführungsbeispiel ist allerdings eine vorteilhaftere
Variante verwirklicht, bei der die Rückschlag-Federmittel 54 am
Ventilglied 7 abgestützt sind, insbesondere am
Boden der axialen Ausnehmung 42. Dies hat den Effekt einer
Doppelfunktion der Federmittel, die nun zugleich als Rückschlag-Federmittel 55 für
das Verdrängerglied 33 fungieren und dieses stets
in nachgiebiger Weise in die Ausgangsstellung vorspannen.
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Die
Rückschlag-Federmittel 55 unterstützen das
Rückstellen des Verdrängergliedes 33 aus
der Endstellung in die Ausgangsstellung, könnten prinzipiell
aber auch entfallen, weil der in der Dämpfungskammer 32 herrschende
Druck auch allein schon in der Lage wäre, die Ausgangsstellung
hervorzurufen. Das Ansprechverhalten wird allerdings durch die Rückschlag-Federmittel 55 stark
verbessert.
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Prinzipiell
wäre es auch möglich, die Rückschlag-Federmittel 54 und
die Rücksteil-Federmittel 55 als gesonderte Federmittel
zu realisieren. Als Federmittel 54, 66 kommt insbesondere
eine Schraubendruckfeder zum Einsatz. Anstelle mechanischer Federmittel
könnte auch eine Luftfeder herangezogen werden.
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Während
der Arbeits-Relativbewegung bleibt das Rückschlagventil 38 geschlossen,
weil der in der Dämpfungskammer 32 herrschende
Innendruck aufgrund der Verringerung des Kammervolumens größer
ist als der in der angeschlossenen Arbeitskammer 16 herrschende
Druck. Letzterer entspricht in dieser Phase regelmäßig
dem Atmosphärendruck, weil die Antriebskammer über
das zugeordnete Vorsteuerventil druckentlastet ist.
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Zum
Umschalten des Ventilgliedes 7 wird diejenige Antriebskammer 16 mit
unter atmosphärischen Überdruck stehendem Antriebsfluid
beaufschlagt, der diejenige Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 zugeordnet
ist, deren Verdrängerglied 33 gegenwärtig
in die Endstellung verlagert ist. Das Antriebsfluid beaufschlagt
sodann den Antriebskörper 15 wie auch das Verdrängerglied 33,
so dass sich das Ventilglied 7 in die andere Schaltstellung
bewegt. Das Verdrängerglied 33 behält
hierbei die eingefahrene Endstellung im Wesentlichen bei, wobei
allerdings das Rückschlagventil 38 wegen des bezüglich der
Dämpfungskammer 32 höheren Druckes in
der An triebskammer 16 öffnet. Somit strömt
Antriebsfluid in die Dämpfungskammer 32 nach,
bis ein Druckausgleich stattgefunden hat. Da die Federmittel 54, 55 relativ
schwach sind, führt dieser Druckausgleich regelmäßig
noch zu keiner Änderung in der Relativposition zwischen
Ventilglied 7 und Verdrängerglied 33. Erst
wenn die andere Schaltstellung erreicht wurde und die Druckbeaufschlagung
der Antriebskammer 16 wieder aufgehoben wird, kehrt das
Verdrängerglied 33 durch die Kraft des in der
Dämpfungskammer 32 eingesperrten und wegen der
Drosseleinrichtung 37 an einem raschen Entweichen gehinderten Fluides
in die Ausgangsstellung zurück.
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Der
geschilderte Effekt tritt auch ohne gesonderte Rückstell-Federmittel 55 ein.
Diese sind daher prinzipiell verzichtbar, erhöhen jedoch
die Betriebssicherheit.
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Die
Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 ist zweckmäßigerweise
an jeweils einem der Antriebskörper 15 angeordnet.
Dies hat den Vorteil, dass man ein und den selben Steuerkörper 14 nach
Bedarf mit Antriebskörpern 15 mit oder ohne Endlagen-Dämpfungseinrichtung 28 ausstatten
kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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