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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, mit einem Ventilgehäuse, mit einem unter Ausführung einer Umschaltbewegung bezüglich des Ventilgehäuses in einer Schwenkebene um ein Schwenkzentrum verschwenkbaren Ventilglied, und mit einem mit dem Ventilglied antriebsmäßig zusammenwirkenden Aktuator zur Erzeugung der Umschaltbewegung, wobei das Ventilglied mindestens einen Schließkörper aufweist, der in einem Abstand zu dem Schwenkzentrum an einer die Umschaltbewegung mitmachenden Tragstruktur des Ventilgliedes angeordnet ist und der im Rahmen der Umschaltbewegung wahlweise in einer einen ersten steuerbaren Ventilkanal verschließenden ersten Schaltstellung oder in mindestens einer den ersten steuerbaren Ventilkanal freigebenden weiteren Schaltstellung positionierbar ist, wobei er in der ersten Schaltstellung mit einer Schließfläche an einem eine Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals umrahmenden ersten Ventilsitz dichtend anliegt.
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Eine aus der
DE 10233316 A1 bekannte Ventilanordnung dieser Art enthält ein bezüglich eines Ventilgehäuses zur Ausführung einer Umschaltbewegung verschwenkbar gelagertes Ventilglied, das einen kugelförmigen Schließkörper aufweist, der an einer zur Schwenklagerung verwendeten Tragstruktur angeordnet ist, an der ein piezoelektrischer Aktuator angreift. Der kugelförmige Schließkörper befindet sich zwischen zwei einander zugewandten, jeweils von einem Ventilsitz umrahmten Kanalöffnungen zweier Ventilglieder und kann durch entsprechende Betätigung des Aktuators in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen positioniert werden, in denen er durch Anlage an einem Ventilsitz die jeweils zugeordnete Kanalmündung verschließt. Um eine Kanalmündung gegen einen im zugeordneten Ventilkanal herrschenden Fluiddruck dicht zu verschließen, muss der Aktuator eine relativ hohe Stellkraft auf das Ventilglied ausüben. Hierzu ist ein großvolumiger Aktuator erforderlich, aus dem große Abmessungen der Ventilanordnung und relativ hohe Herstellungskosten resultieren.
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Aus der
DE 19720849 C2 ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der ebenfalls ein Ventilglied an einem Gehäuse verschwenkbar gelagert ist, um wahlweise an jeweils einem von zwei sich gegenüberliegenden Ventilsitzen anzuliegen und einen zugeordneten Ventilkanal zu verschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen eine Generierung hoher Schließkräfte ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Schließkörper bezüglich der Tragstruktur drehbar ist, wobei er von einer an der Tragstruktur um eine zu der Schwenkebene rechtwinkelige Drehachse verdrehbar gelagerten Rolle gebildet ist, deren radial bezüglich der Drehachse orientierte Außenumfangsfläche die Schließfläche bildet, wobei der dem ersten steuerbaren Ventilkanal zugeordnete erste Ventilsitz von der Schwenkebene geschnitten wird und zum Schwenkzentrum weist, derart, dass der Schließkörper an dem ersten Ventilsitz abrollt, wenn das Ventilglied in die erste Schaltstellung und aus der ersten Schaltstellung bewegt wird.
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Bei einer solchen Ventilanordnung rollt bzw. wälzt sich der Schließkörper des Ventilgliedes beim Übergang zwischen der ersten Schaltstellung und einer von der ersten Schaltstellung abweichenden weiteren Schaltstellung an dem dem ersten steuerbaren Ventilkanal zugeordneten ersten Ventilsitz ab und führt gleichzeitig eine Drehbewegung relativ zu der ihn tragenden Tragstruktur des Ventilgliedes aus. Der abrollende Kontakt zwischen der Schließfläche des rollenförmigen Schließkörpers und dem ersten Ventilsitz erlaubt es, den Schließkörper mit einer hohen Kraft an den ersten Ventilsitz anzudrücken und dennoch die Umschaltbewegung mittels einer relativ geringen Betätigungskraft hervorzurufen. Die in der ersten Schaltstellung zwischen dem Schließkörper und dem ersten Ventilsitz wirkende Schließkraft ist in der Schwenkebene des Ventilgliedes quer zur Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung orientiert und kann ohne Mitwirkung des Aktuators durch eine gehäuseseitige Abstützung der Tragstruktur im Bereich des Schwenkzentrums realisiert werden, sodass der Aktuator durch die aufzubringende Schließkraft nicht oder nur wenig beansprucht wird und folglich relativ klein dimensioniert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Baugröße und die Herstellungskosten auswirkt. Die Verschwenkbarkeit des Ventilgliedes bietet überdies die Möglichkeit, durch entsprechende Wahl des Angriffspunktes des Aktuators Einfluss auf das zum Erzeugen der Umschaltbewegung in das Ventilglied einzuleitende Drehmoment zu nehmen. Um komplexe Ventilfunktionen zu generieren, kann das Ventilglied durchaus auch mit mehreren jeweils zur Steuerung mindestens eines steuerbaren Ventilkanals dienenden Schließkörpern ausgestattet sein, die in Form einer bezüglich der Tragstruktur verdrehbar gelagerten Rolle ausgeführt sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Vorzugsweise ist die von dem ersten Ventilsitz umrahmte Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals so angeordnet, dass ihre zentrale Längsachse mit dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes zusammentrifft. Auf diese Weise ergibt sich in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes eine ideale Abstützung des Schließkörpers bezüglich des Ventilgehäuses, die kein Drehmoment generiert, sodass der am Ventilglied angreifende Aktuator diesbezüglich entlastet ist.
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Eine besonders einfache Möglichkeit zur Realisierung der Schwenklagerung der Tragstruktur besteht darin, das Schwenkzentrum durch eine zu der Schwenkebene rechtwinkelige und bezüglich des Ventilgehäuses ortsfeste Schwenkachse zu definieren. Abweichend hiervon kann das Schwenkzentrum allerdings auch durch eine komplexe Hebelstruktur erzeugt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist der drehbare Schließkörper zwar drehbar, jedoch ortsfest an der Tragstruktur gelagert. Auf diese Weise macht der Schließkörper die Schwenkbewegung der Tragstruktur unmittelbar mit und bewegt sich bei der Umschaltbewegung entlang einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen Bahnkurve. Der radiale Abstand zwischen der Drehachse der den Schließkörper bildenden Rolle und dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes bleibt dabei zweckmäßigerweise stets konstant.
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Die Kanalmündung zumindest des ersten steuerbaren Ventilkanals mündet zweckmäßigerweise an einer der peripheren Schließfläche des Schließkörpers zugewandten Abstützfläche aus, die bezüglich des Ventilgehäuses ortsfest angeordnet ist und an der dem Schließkörper zugewandten Seite bogenförmig konkav gekrümmt ist. Bei Ausführung der Schwenkbewegung kann der Schließkörper an der gekrümmten Abstützfläche abrollen und auf diese Weise zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen bewegt werden.
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Die Ventilanordnung kann beispielsweise die Funktionalität eines 2/2-Wegeventils haben, wobei der erste steuerbare Ventilkanal in eine Ventilkammer einmündet, die außerdem noch mit mindestens einem weiteren Ventilkanal kommuniziert, der durch das Ventilglied nicht steuerbar ist. Das Ventilglied kann hier wahlweise eine von zwei Schaltstellungen einnehmen, um den ersten steuerbaren Ventilkanal entweder mit dem weiteren Ventilkanal zu verbinden oder diesbezüglich abzutrennen.
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Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, mindestens einen weiteren steuerbaren Ventilkanal vorzusehen, der wie der erste steuerbare Ventilkanal zu der Abstützfläche ausmündet, und zwar an einer in der Umschaltrichtung des Ventilgliedes mit Abstand zur Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals angeordneten Stelle, sodass das Ventilglied in mehreren Schaltstellungen positionierbar ist, in denen es abwechselnd die an der Abstützfläche ausmündenden steuerbaren Ventilkanäle verschließt oder freigibt.
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Die Schließfläche des von einer Rolle gebildeten Schließkörpers ist zweckmäßigerweise aus einem über Dichteigenschaften verfügenden Material realisiert, insbesondere aus einem Elastomermaterial. Die Rolle kann insbesondere einen starren Rollenkörper aufweisen, der am Außenumfang mit einem die Schließfläche definierenden dichtenden Material ganz oder teilweise ummantelt ist.
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Um zwischen dem Schließkörper und zumindest dem ersten Ventilsitz die gewünschte Schließkraft aufzubringen, kann auch mindestens eine dynamische Systemkomponente vorhanden sein, insbesondere in Gestalt von Federmitteln. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass der Schließkörper an der Tragstruktur nicht nur um eine zur Schwenkachse rechtwinkelige Drehachse verdrehbar gelagert ist, sondern auch noch mindestens einen Translationsfreiheitsgrad aufweist, der ihm eine relative Ausgleichsbewegung bezüglich der Tragstruktur in der Schwenkebene ermöglicht. Insbesondere zwischen der Tragstruktur und dem Schließkörper wirkende Federmittel rufen eine Vorspannung des Schließkörpers bezüglich der Tragstruktur hervor, sodass der Schließkörper in der ersten Schaltstellung durch die Federmittel aktiv an den ersten Ventilsitz angedrückt wird. Mündet die vom ersten Ventilsitz umrahmte Kanalmündung zu einer Abstützfläche aus, an der der Schließkörper mit seiner Schließfläche bei der Umschaltbewegung abrollt, können die Federmittel bewirken, dass der Schließkörper unabhängig von der momentanen Schwenkposition des Ventilgliedes mit einer hohen Andruckkraft an die Abstützfläche und jeden dort eventuell vorhandenen Ventilsitz angepresst wird.
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Vorzugsweise ist der Schließkörper an der Tragstruktur linear verschiebbar gelagert. Diese Lagerung ist insbesondere so ausgeführt, dass die Ausgleichsbewegung eine Linearbewegung in einer bezüglich des Schwenkzentrums radialen Richtung ist.
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Auch wenn der Schließkörper durch Federmittel vorgespannt ist, kann eine dem Schließkörper zugewandte, mit mindestens einer Kanalmündung versehene Abstützfläche eine konkav gewölbte Fläche sein. Da der Schließkörper jedoch in der Lage ist, eine relative Ausgleichsbewegung bezüglich der Tragstruktur auszuführen, kann der Krümmungsradius der Abstützfläche von einem Abstandsmaß abweichen, das sich aus einerseits dem Abstand zwischen dem Schwenkzentrum des Ventilgliedes und der Drehachse des Schließkörpers und zum anderen dem Radius der Rolle zusammensetzt. Es besteht überdies die Möglichkeit, eine ebene Abstützfläche vorzusehen, und zwar insbesondere eine Abstützfläche, die in einer zur Schwenkebene rechtwinkeligen Ebene verläuft und die in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes insbesondere rechtwinkelig zu einer Achse ausgerichtet ist, die das Schwenkzentrum mit der Drehachse der den Schließkörper definierenden Rolle verbindet. In beiden Fällen führt der rollenförmige Schließkörper bei der Umschaltbewegung des Ventilgliedes eine Rotationsbewegung um seine Längsachse relativ zur Tragstruktur aus, wobei dieser Drehbewegung eine translatorische Ausgleichsbewegung überlagert ist, die der rollenförmige Schließkörper relativ zur Tragstruktur ausführt, um bei der Schwenkbewegung der Tragstruktur den Kontakt zur Abstützfläche nicht zu verlieren.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Ventilanordnung ist dem drehbar gelagerten Schließkörper zusätzlich zu dem ersten steuerbaren Ventilkanal mindestens ein weiterer steuerbarer Ventilkanal zugeordnet, der auch über eine von einem in der Schwenkebene liegenden Ventilsitz umrahmte Kanalöffnung verfügt, die in der Bewegungsrichtung der Umschaltbewegung in einem Abstand zur Kanalöffnung des ersten steuerbaren Ventilkanals angeordnet ist. Wenn der Schließkörper in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes die Kanalöffnung des ersten steuerbaren Ventilkanals verschließt, indem er mit seiner Schließfläche am ersten Ventilsitz anliegt, ist jede weitere Kanalöffnung unabgedeckt und der zugeordnete steuerbare Ventilkanal folglich unverschlossen. Darüber hinaus kann das Ventilglied in diesem Fall in mindestens einer weiteren Schaltstellung positioniert werden, in der es mit dem Schließkörper die Kanalmündung eines weiteren steuerbaren Ventilkanals absperrt, gleichzeitig aber die Kanalmündung des ersten steuerbaren Ventilkanals freigibt. Die Anzahl der derart durch den Schließkörper steuerbaren Kanalöffnungen ist prinzipiell beliebig. Jeder weitere Ventilsitz ist insbesondere so angeordnet, dass der Schließkörper bei der Umschaltbewegung des Ventilgliedes auch an diesem weiteren Ventilsitz abrollen kann.
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Die von mindestens einem weiteren Ventilsitz umrahmte Kanalmündung ist vorzugsweise so angeordnet, dass ihre zentrale Längsachse auf die Drehachse des Schließkörpers trifft, wenn Letzterer eine am betreffenden weiteren Ventilsitz dichtend anliegende Schaltstellung einnimmt. Auf diese Weise ist eine optimale Abdichtung gewährleistet.
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Wenigstens zwei Kanalmündungen sind auch derart zu einer gehäusefesten Abstützfläche ausmündend platzierbar, dass sie beide gleichzeitig bei ein und derselben Schaltstellung des Ventilgliedes abgesperrt werden.
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Der Aktuator stützt sich einerseits am Ventilgehäuse ab und greift andererseits zweckmäßigerweise an der Tragstruktur des Ventilgliedes an. Je nach Ausgestaltung kann der Aktuator drückend oder ziehend an der Tragstruktur angreifen.
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Als besonders vorteilhaft wird eine Realisierung der Tragstruktur in Form einer zweiarmigen Hebelstruktur angesehen, wobei ein erster Hebelarm den Schließkörper trägt und ein zweiter Hebelarm einen Antriebsarm bildet, an dem der Aktuator angreift. Durch Wahl entsprechender Längenverhältnisse der beiden Hebelarme kann hier die auf den Schließkörper einwirkende Betätigungskraft des Aktuators nach Bedarf vorgegeben werden.
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Der Aktuator kann auch so platziert werden, dass er an demjenigen Hebelarm der Tragstruktur angreift, der den Schließkörper trägt.
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Der Aktuator kann prinzipiell von jedem beliebigen Typ sein. Es könnte sich bei ihm beispielsweise um einen Magnetaktuator oder um einen Piezoaktuator handeln. Als besonders vorteilhaft wird allerdings eine Realisierung als sogenannter elektroaktiver Polymer-Aktuator angesehen. Eine solche Bauform hat den Vorteil, dass ein Betrieb mit einer hohen Dynamik möglich ist. Außerdem lassen sich bei einem entsprechenden Schichtaufbau deutlich höhere Stellwege realisieren als bei Piezo-Stapelaktuatoren. Ein elektroaktiver Polymer-Aktuator hat außerdem den Vorteil, dass er proportional ansteuerbar ist.
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Bei dem elektroaktiven Polymer-Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen dielektrischen elektroaktiven Polymer-Aktuator. Im Vergleich zu ionischen Polymer-Aktuatoren, bei denen das Aktuatormaterial aufgrund einer elektrochemischen Reaktion eine Formänderung erfährt, haben elektroaktive Polymer-Aktuatoren den Vorteil, dass sie schnell sehr hohe Dehnungen erreichen können und in ihrem Verformungsverhalten kaum begrenzt sind. Außerdem ist ihre elektrische Ansteuerung einfacher zu realisieren.
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Als besonders vorteilhaft wird ein Aufbau des Polymer-Aktuators als dielektrischer Elastomeraktuator angesehen. Derartige Polymer-Aktuatoren enthalten zweckmäßigerweise mindestens eine Elastomermaterialschicht, die auf ihren beiden Seiten mit jeweils einer ebenfalls elastischen Elektrode beschichtet ist, wobei an den auf diese Weise vorhandenen Elektrodenschichten eine die Aktivierung des Polymer-Aktuators bewirkende Betätigungsspannung anlegbar ist. Es besteht die vorteilhafte Möglichkeit, durch Variation der Betätigungsspannung den Arbeitshub des Polymer-Aktuators zu variieren und dementsprechend auf den Schwenkwinkel des Ventilgliedes Einfluss zu nehmen.
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Der Polymer-Aktuator wird zweckmäßigerweise mit einem Multilayeraufbau realisiert, der über mehrere, quasi gestapelte Elastomermaterialschichten verfügt, die jeweils durch eine Elektrodenschicht voneinander getrennt sind. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, bei weiterhin kompakten Abmessungen eine hohe Energiedichte beziehungsweise sehr hohe Betätigungskräfte zu erzielen. Die Schichtdicke der einzelnen Elastomermaterialschichten kann bei einem solchen Mehrschichtaufbau problemlos verkleinert werden, um mit geringeren Betriebsspannungen ein vergleichbar großes Arbeitsvermögen zu realisieren. Durch eine Mehrzahl von aufeinandergestapelten Elastomermaterialschichten kann in Verbindung mit den zugehörigen, zwischen benachbarten Elastomermaterialschichten platzierten Elektrodenschichten eine höhere Kraft für die Umschaltbewegung des Ventilgliedes zur Verfügung gestellt werden, wodurch sich die Dynamik der Ventilanordnung weiter erhöhen lässt.
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Durch eine entsprechende Anzahl und Verteilung von mittels des Ventilgliedes steuerbaren Ventilkanälen bietet die Erfindung auch die Möglichkeit, strömende Fluide in Kammersystemen, beispielsweise in fluidbetätigten Zylindern, energieeffizient anzusteuern und zu betreiben. Beispielsweise können zwei Kammern eines doppeltwirkenden fluidbetätigten Arbeitszylinders an jeweils einen von zwei steuerbaren Ventilkanälen angeschlossen sein, bei denen es sich um weitere steuerbare Ventilkanäle handelt, die abwechselnd mit dem in der ersten Schaltstellung verschlossenen ersten steuerbaren Ventilkanal verbindbar sind. Hier können die Kanalmündungen der beiden weiteren steuerbaren Ventilkanäle so angeordnet sein, dass sie in der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes offen sind und miteinander kommunizieren können. Auf diese Weise ergibt sich ein fluidischer Kurzschluss zwischen den beiden weiteren steuerbaren Ventilkanälen, was einen Druckausgleich zwischen den angeschlossenen Kammern des fluidbetätigten Arbeitszylinders zur Folge hat, sodass im Anschluss daran ein schneller Druckaufbau mit geringem Fluidverbrauch möglich ist.
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Die Tragstruktur des Ventilgliedes kann auch in Form einer zweiarmigen Hebelstruktur realisiert werden, sodass quasi eine doppelte Wippe vorliegt. Jeder Hebelarm trägt einen als drehbare Rolle konzipierten Schließkörper, dem eigene Ventilkanäle zur Steuerung zugeordnet sind. Ein besonders vorteilhafter Aufbau in diesem Zusammenhang ergibt sich durch eine Spiegelung des weiter oben geschilderten Ventilaufbaus.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung,
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2 einen horizontalen Längsschnitt durch die Ventilanordnung gemäß Schnittebene II-II aus 1 und 3,
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3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Ventilanordnung gemäß Schnittebene III-III aus 2,
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4 den in 3 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IV in einer vergrößerten Darstellung,
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5 die Ventilanordnung der 1 bis 4 in einer Schnittdarstellung entsprechend 3, wobei das Ventilglied bei Einnahme einer anderen Schaltstellung gezeigt ist,
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6 den in 5 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt VI in einer vergrößerten Darstellung,
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7 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer den 3 und 5 entsprechenden Schnittdarstellung,
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8 den in 7 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt VIII in einer vergrößerten Darstellung, und
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9 einen dem in 4 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IX entsprechenden Ausschnitt eines erneuten weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem der rollenförmige Schließkörper an der Tragstruktur nicht nur drehbar, sondern auch translatorisch bewegbar gelagert ist.
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Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventilanordnung verfügt über ein bevorzugt mehrteiliges Ventilgehäuse 2 und über ein an dem Ventilgehäuse 2 verschwenkbar gelagertes Ventilglied 3. Das Ventilglied 3 enthält mindestens einen Schließkörper 4, wobei es zumindest mit seinem den Schließkörper 4 aufweisenden Abschnitt in einer von dem Ventilgehäuse 2 begrenzten Ventilkammer 5 aufgenommen ist. Zweckmäßigerweise befindet sich das gesamte Ventilglied 3 im Innern dieser Ventilkammer 5, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.
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Das Ventilglied 3 ist um ein Schwenkzentrum 6 herum in einer Schwenkebene 7 verschwenkbar. Weil die Schwenkbewegung ein Umschalten des Schaltzustandes der Ventilanordnung 1 hervorruft, wird sie im Folgenden auch als Umschaltbewegung 8 bezeichnet. In der Zeichnung ist die Umschaltbewegung 8 durch einen bogenförmigen Doppelpfeil illustriert.
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Das Schwenkzentrum 6 ist zweckmäßigerweise durch eine zu der Schwenkebene 7 rechtwinkelige, in der Zeichnung strichpunktiert angedeutete Schwenkachse 12 definiert, die rechtwinkelig zu ihrer Achsrichtung bevorzugt sowohl relativ zum Ventilglied 3 als auch relativ zum Ventilgehäuse 2 ortsfest ist. Dementsprechend behält das Schwenkzentrum 6 bei der Umschaltbewegung 8 seine räumliche Lage vorzugsweise unverändert bei.
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Exemplarisch resultiert die Schwenkachse 12 aus einem im Ventilgehäuse 2 verankerten Lagerbolzen 13, der das Ventilglied 3 quer durchsetzt und bezüglich dessen das Ventilglied 3 verschwenkbar ist.
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Das Ventilglied 3 hat einen mehrteiligen Aufbau, wobei es sich insbesondere aus dem schon erwähnten Schließkörper 4 und einer den Schließkörper 4 tragenden Tragstruktur 14 zusammensetzt. Die Tragstruktur 14 ist bevorzugt eine starre Struktur. Die Schwenklagerung des Ventilgliedes 3 erfolgt an der Tragstruktur 14 in einem Abstand zu dem Schließkörper 4. Auf diese Weise macht auch der Schließkörper 4 die Umschaltbewegung 8 mit.
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Eine Besonderheit des Schließkörpers 4 besteht darin, dass er von einer an der Tragstruktur 14 frei drehbar gelagerten Rolle 4a gebildet ist. Der Schließkörper 4 ist also relativ zur Tragstruktur 14 verdrehbar. Die Drehachse 15 des von der Rolle 4a gebildeten Schließkörpers 4 verläuft rechtwinkelig zur Schwenkebene 7 und ist beim Ausführungsbeispiel parallel zu der Schwenkachse 12 ausgerichtet.
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Wenn im Folgenden von dem Schließkörper 4 die Rede ist, ist damit automatisch auch die den Schließkörper 4 bildende Rolle 4a gemeint. Die Begriffe ”Schließkörper” und ”Rolle” seien daher im Folgenden als Synonyme zu verstehen.
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Bevorzugt resultiert die Drehachse 15 aus einem die Tragstruktur 14 mit Abstand zu dem Lagerbolzen 13 durchsetzenden weiteren Lagerbolzen 16, der auch die Rolle 4a durchsetzt, wobei Letztere auf dem weiteren Lagerbolzen 16 verdrehbar ist.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der weitere Lagerbolzen 16 ein einstückiger Bestandteil der Rolle 4a und drehbar in der Tragstruktur 14 gehalten. Es besteht außerdem die Möglichkeit, den die Schwenkachse 12 definierenden Lagerbolzen 13 einstückig mit der Tragstruktur 14 auszubilden.
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Die Drehachse 15 des Schließkörpers 4 ist zu dem Schwenkzentrum 6 beziehungsweise zu der das Schwenkzentrum 6 definierenden Schwenkachse 12 in einem Abstand angeordnet, der im Folgenden als Achsabstand A bezeichnet wird. Im Rahmen der Umschaltbewegung 8 ist das Ventilglied 3 in unterschiedlichen, als Schaltstellungen bezeichneten Schwenkpositionen positionierbar, wobei der Achsabstand A bei allen Ausführungsbeispielen mit Ausnahme des in 9 illustrierten Ausführungsbeispieles unabhängig von der Schwenkposition konstant ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 9 ist der Achsabstand A variabel. Dies rührt davon her, dass der Schließkörper 4 anders als bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8, bei denen er abgesehen von seiner Verdrehbarkeit ortsfest an der Tragstruktur 14 fixiert ist, bei dem Ausführungsbeispiel der 9 zusätzlich in der Schwenkebene 7 relativ zur Tragstruktur 14 translatorisch bewegbar gelagert ist. Diese mögliche relative translatorische Bewegung sei im Folgenden als Ausgleichsbewegung 17 bezeichnet und ist in 9 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Bei der Ausgleichsbewegung 17 handelt es sich vorzugsweise um eine Linearbewegung, die ausschließlich in einer bezüglich des Schwenkzentrums 6 radialen Richtung möglich ist.
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Um die Ausgleichsbewegung 17 zu ermöglichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel der 9 der zur Drehlagerung des Schließkörpers 4 dienende weitere Lagerbolzen 16 in einer in der Tragstruktur 14 ausgebildeten Führungsnut-Anordnung 18, die sich radial bezüglich der Schwenkebene 7 erstreckt, linear verschiebbar gelagert.
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Wenn der Schließkörper 4 mit variablem Achsabstand A an der Tragstruktur 14 gelagert ist, verfügt das Ventilglied 3 zweckmäßigerweise auch noch über Federmittel 22, die den Schließkörper 4 relativ zur Tragstruktur 14 ständig im Sinne einer Vergrößerung des Achsabstandes A beaufschlagen beziehungsweise vorspannen. Diese Federmittel 22 sind beim Ausführungsbeispiel der 9 zwischen dem weiteren Lagerbolzen 16 und der Tragstruktur 14 wirksam. An der Tragstruktur 14 ausgebildete Anschlagmittel 23, die insbesondere von einer stirnseitigen Begrenzungsfläche der Führungsnut-Anordnung 18 gebildet sind, sorgen dafür, dass der variable Achsabstand A einen Maximalabstand nicht überschreiten kann und dass der Schließkörper 4 unverlierbar an der Tragstruktur 14 gehalten ist.
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In die Ventilkammer 5 münden mehrere die Wandung des Ventilgehäuses 2 durchsetzende steuerbare Ventilkanäle 24 ein. Mindestens einer dieser steuerbaren Ventilkanäle 24 und vorzugsweise mehrere dieser steuerbaren Ventilkanäle 24 sind durch das Ventilglied 3 dahingehend steuerbar, dass sie in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Ventilgliedes 3 durch den Schließkörper 4 jeweils entweder fluiddicht verschlossen oder zur Ermöglichung eines Fluiddurchtrittes freigegeben sind. Bei den Ausführungsbeispielen trifft diese Steuerungsmöglichkeit auf sämtliche in die Ventilkammer 5 einmündende Ventilkanäle 24 zu, die deshalb auch als steuerbare Ventilkanäle 24 bezeichnet werden.
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Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist mindestens ein durch das Ventilglied 3 nicht steuerbarer Ventilkanal 25 vorhanden, der in 3 strichpunktiert angedeutet ist und der abseits des Schließkörpers 4 derart in die Ventilkammer 5 einmündet, dass er unabhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes 3 mit der Ventilkammer 5 in Fluidverbindung steht. Bei einer solchen Ausgestaltung wird erreicht, dass der nicht steuerbare Ventilkanal 25 mit jedem momentan nicht verschlossenen steuerbaren Ventilkanal 24 in Fluidverbindung steht, sodass ein Fluidübertritt zwischen dem betreffenden steuerbaren Ventilkanal 24 und dem nicht steuerbaren Ventilkanal 25 durch die Ventilkammer 5 hindurch möglich ist. Eine solche Ausgestaltung bietet sich insbesondere an, um eine Ventilanordnung mit einer 2/2-Ventilfunktion oder mit einer 3/2-Ventilfunktion zu realisieren oder auch einen Fluidverteiler, der je nach Schaltstellung des Ventilgliedes 3 einen nicht steuerbaren Ventilkanal 25 fluidisch mit unterschiedlichen steuerbaren Ventilkanälen 25 verbindet.
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Zur Erzeugung der Umschaltbewegung 8 ist die Ventilanordnung 1 mit einem Aktuator 26 ausgestattet, der antriebsmäßig mit dem Ventilglied 3 und dabei insbesondere mit dessen Tragstruktur 14 zusammenwirkt. Der Aktuator 26 ist in der Lage, an dem Ventilglied 3 ein in der Umschaltbewegung 8 resultierendes Drehmoment hervorzurufen. Der Aktuator 26 ist zweckmäßigerweise auch im Innern des Ventilgehäuses 2 angeordnet, wobei er entweder in der Ventilkammer 5 oder in einer von der Ventilkammer 5 abgetrennten und bezüglich der Ventilkammer 5 insbesondere abgedichteten Antriebskammer 27 untergebracht sein kann.
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Als Aktuator 26 kommt vorzugsweise ein elektroaktiver Polymer-Aktuator 26a zum Einsatz. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen dielektrischen Elastomeraktuator, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft.
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Der elektroaktive Polymer-Aktuator 26a enthält mehrere in der Zeichnung nicht näher abgebildete und in Achsrichtung einer Hochachse 28 unter Zwischenschaltung je einer elastischen Elektrodenschicht aufeinandergestapelte Elastomermaterialschichten. Die jeweils dieselbe Elastomermaterialschicht auf entgegengesetzten Seiten flankierenden Elektrodenschichten sind an unterschiedliche elektrische Leiterelemente 32a, 32b angeschlossen, die zu einer außen am Ventilgehäuse 2 zugänglichen elektromechanischen Schnittstelleneinrichtung 33 führen und an die ein voneinander abweichendes Potential anlegbar ist. Aus der Potentialdifferenz resultiert ein die jeweils dazwischen angeordnete Elastomerschicht durchsetzendes elektrostatisches Feld, das dazu führt, dass die Elektrodenschichten zueinandergezogen werden, wobei die jeweils dazwischen liegende Elastomerschicht in Achsrichtung der Hochachse 28 zusammengedrückt wird. Auf diese Weise verringert sich die Höhe des Aktuators 26. Durch Deaktivierung des Polymer-Aktuators 26a wird erreicht, dass sich die Höhe des Polymer-Aktuators 26a wieder vergrößert. Die hiermit zusammenhängende Aktuatorverformung sei im Folgenden als Antriebsbewegung 34 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert.
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Durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Aktuators 26 kann erreicht werden, dass das Ventilglied eine aus 1 bis 4 und 9 ersichtliche erste Schaltstellung einnimmt. Diese erste Schaltstellung ist beim Ausführungsbeispiel eine Zwischenstellung zwischen zwei Endstellungen. Allerdings kann der Ventilaufbau auch so gestaltet sein, dass die erste Schaltstellung eine Endstellung und/oder Grundstellung der Schwenkbewegung des Ventilgliedes 4 ist.
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Der Aktuator 26 erstreckt sich zwischen einer an der Tragstruktur 14 ausgebildeten Krafteinleitungsstelle 35 und einem am Ventilgehäuse 2 angeordneten Lagersockel 36. Bei der Ausführungsform als Polymer-Aktuator 26a liegt die Tragstruktur 14 mit ihrer Krafteinleitungsstelle 35 an einer in Achsrichtung der Hochachse 28 orientierten ersten Stirnfläche 37 des Aktuators 26 an, während die entgegengesetzte zweite Stirnfläche 37b des Aktuators 26 auf dem Lagersockel 36 abgestützt ist. Die Krafteinleitungsstelle 35 kann bei einem einen Mehrschichtaufbau aufweisenden Polymer-Aktuator 26a unmittelbar an der obersten Aktuatorschicht anliegen oder kann auch alternativ über ein starres oder elastisches Zwischenelement kraftschlüssig mit dem Aktuator 26 verbunden sein.
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Zweckmäßigerweise ist zusätzlich eine von dem Aktuator 26 unabhängige Federeinrichtung 38 vorhanden, die zwischen dem Ventilgehäuse 2 und der Tragstruktur 14 wirksam ist und die durch Federbeaufschlagung der Tragstruktur 14 ständig ein Drehmoment in die Tragstruktur 14 einleitet, das dafür verantwortlich ist, dass die Tragstruktur 14 mit ihrer Krafteinleitungsstelle 35 ständig an den Aktuator 26 angedrückt wird. Auf diese Weise ist eine ständige Interaktion zwischen der Tragstruktur 14 und dem Aktuator 26 gewährleistet.
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Bei Aktivierung des Aktuators 26 zieht selbiger sich in seiner Höhenrichtung zusammen, wobei die Tragstruktur 14 unter Ausführung der Umschaltbewegung 8 aufgrund der Federbeaufschlagung der Federeinrichtung 38 verzögerungsfrei nachgeführt und verschwenkt wird. Bei den Ausführungsbeispielen bewegt sich der Schließkörper 4 dabei nach oben. Ein Deaktivieren des Aktuators 26 hat zur Folge, dass der Aktuator 26 unter Überwindung der Federkraft der Federeinrichtung 38 wieder expandiert und die Tragstruktur 14 in der Gegenrichtung verschwenkt wird.
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Zweckmäßigerweise ist der Federeinrichtung 38 eine Vorspanneinrichtung 42 zugeordnet, die beim Ausführungsbeispiel in Form einer im Ventilgehäuse 2 verankerten und auf die Federeinrichtung 38 einwirkenden Stellschraube realisiert ist. Mit ihr lässt sich die Federvorspannung der Federeinrichtung 38 von außen her sehr einfach justieren.
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In den Lagersockel 36 ist zweckmäßigerweise eine Positioniereinrichtung 43 integriert, die es ermöglicht, die Lage des Aktuators 26 in Achsrichtung der Hochachse 28 relativ zum Ventilgehäuse 2 zu justieren. Auf diese Weise besteht insbesondere die Möglichkeit, die im deaktivierten Zustand des Aktuators 26 bezüglich des Ventilgehäuses 2 eingenommene Grundstellung des Ventilgliedes 3 einzustellen.
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Die Tragstruktur 14 ist zweckmäßigerweise als zweiarmige Hebelstruktur 14a realisiert, was auf sämtliche Ausführungsbeispiele zutrifft. Hier hat die Tragstruktur 14 einen vom Schwenkzentrum 6 wegragenden und beabstandet zu dem Schwenkzentrum 6 den drehbaren Schließkörper 4 tragenden ersten Hebelarm 44 und außerdem einen ebenfalls in der Schwenkebene 7, jedoch in einer anderen Richtung als der erste Hebelarm 44 von dem Schwenkzentrum 6 abstehenden zweiten Hebelarm 45, der mit dem Aktuator 26 kooperiert und deshalb auch als Antriebsarm bezeichnet werden kann. Der zweite Hebelarm 45 weist beim Ausführungsbeispiel die Krafteinleitungsstelle 35 auf.
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Vorzugsweise ist der Achsabstand A, der von dem ersten Hebelarm 44 definiert wird, größer als ein Krafteinleitungsabstand K, der zwischen dem Schwenkzentrum 6 und der Krafteinleitungsstelle 35 gemessen wird, und zwar in einer Richtung in Verlängerung einer linearen Achsverbindungslinie 46, die sich zwischen der Drehachse 15 und dem Schwenkzentrum 6 erstreckt und die in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.
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Mit Hilfe der zweiarmigen Hebelstruktur 14a kann der Hub des Aktuators 26 in einem gewünschten Verhältnis entsprechend dem Hebelgesetz auf den von dem Schließkörper 4 auszuübenden Schwenkhub übersetzt werden.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel greift der Aktuator 26 an demjenigen Abschnitt der Tragstruktur 14 an, der sich zwischen dem Schwenkzentrum 6 und dem Schließkörper 4 erstreckt.
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Um einen der steuerbaren Ventilkanäle 24 abzusperren und seine Verbindung zur Ventilkammer 5 zu unterbrechen, wird die der Ventilkammer 5 zugewandte Kanalmündung 47 des betreffenden steuerbaren Ventilkanals 24 durch eine an dem Schließkörper 4 angeordnete Schließfläche 48 fluiddicht abgedeckt. Eine Schaltstellung, in der das Ventilglied 3 mit seinem Schließkörper 4 die Kanalmündung 47 mindestens eines steuerbaren Ventilkanals 24 verschließt, sei als Schließstellung bezeichnet. In Abhängigkeit davon, wie viele steuerbare Ventilkanäle 24 vorhanden sind, kann das Ventilglied 3 in mehreren jeweils eine Schließstellung definierenden Schaltstellungen positioniert werden.
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Die sich zur Ventilkammer 5 öffnende Kanalmündung 47 jedes steuerbaren Ventilkanals 24 ist von einem dem Schließkörper 4 zugewandten Ventilsitz 52 umrahmt. Der Ventilsitz 52 muss nicht zwingend erhaben strukturiert sein, ist dies jedoch zweckmäßigerweise, wobei er bevorzugt kragenförmig strukturiert ist. Die Erhabenheit der Ventilsitze 52 ist bei den Ausführungsbeispielen allerdings so gering, dass sie in den Abbildungen mit dem bloßen Auge nicht erkennbar ist.
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Der Ventilsitz 52 jedes steuerbaren Ventilkanals 24 wird von der Schwenkebene 7 geschnitten. Gleiches gilt für die zugeordnete Kanalmündung 47. Jede Kanalmündung 47 hat eine zentrale Längsachse 53, bei der es sich zweckmäßigerweise auch um eine zentrale Längsachse 53 des zugeordneten Ventilsitzes 52 handelt. Vorzugsweise ist jede zentrale Längsachse 53 vom zugeordneten Ventilsitz 52 konzentrisch umschlossen.
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Die Kanalmündungen 47 der steuerbaren Ventilkanäle 24 sind so ausgerichtet, dass ihre zentralen Längsachsen 53 parallel zur Schwenkebene 7 verlaufen und insbesondere mit der Schwenkebene 7 zusammenfallen.
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In Verbindung mit der genannten Ausrichtung der Kanalmündungen 47 und Ventilsitze 52 der steuerbaren Ventilkanäle 24 kommt dem Umstand Bedeutung zu, dass die Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 von der radial bezüglich der Drehachse 15 des Schließkörpers 4 orientierten Außenumfangsfläche 48a der Rolle 4a gebildet ist. Diese Außenumfangsfläche 48a ist zweckmäßigerweise entsprechend der Mantelfläche eines Kreiszylinders gestaltet. Vorzugsweise erstreckt sich die Schließfläche 48 rings um die Drehachse 15 herum und ist eine in sich geschlossene Ringfläche. Allerdings ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der nur ein in der Umfangsrichtung der Drehachse 15 gemessener Teilumfang der Außenumfangsfläche 48a als Schließfläche 48 fungiert. Letztlich kommt es darauf an, dass in jeder Schließstellung des Ventilgliedes 3 ein Abschnitt der Schließfläche 48 in der Lage ist, zum Verschließen einer Kanalmündung 47 unter Abdichtung am zugeordneten Ventilsitz 52 anzuliegen.
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Die den Schließkörper 4 bildende Rolle 4a hat bevorzugt einen Mehrkomponentenaufbau. Exemplarisch enthält sie einen starren Rollenkörper 54, der an der Tragstruktur 14 drehbar gelagert ist und der an seinem peripheren Außenumfang eine Dichtmaterialschicht 55 trägt, die die Schließfläche 48 definiert. Diese Dichtmaterialschicht 55 besteht insbesondere aus einem Elastomermaterial und ist daher zumindest geringfügig nachgiebig, was einen optimalen Dichtkontakt mit den Ventilsitzen 52 gewährleistet. Vorzugsweise ist die Dichtmaterialschicht 55 durch Spritzgießen auf den Rollenkörper 54 aufgebracht.
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Die Schließfläche 48 am Schließkörper 4 ist so angeordnet, dass ihre Flächennormalen ebenfalls parallel zu der Schwenkebene 7 verlaufen oder mit dieser zusammenfallen.
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Einer der steuerbaren Ventilkanäle 24 der Ventilanordnung 1, bei dem es sich auch um den einzigen steuerbaren Ventilkanal 24 der Ventilanordnung 1 handeln kann und der im Folgenden auch als erster steuerbarer Ventilkanal 24a bezeichnet wird, ist so ausgebildet, dass der ihm zugeordnete, im Folgenden auch als erster Ventilsitz 52a bezeichnete Ventilsitz 52 in Richtung zum Schwenkzentrum 6 des Ventilgliedes 3 weist. Entsprechendes gilt auch für die Kanalmündung 47 dieses ersten steuerbaren Ventilkanals 24a. Im Rahmen der Umschaltbewegung 8 kann das Ventilglied 3 in einer aus 3, 4 und 9 ersichtlichen ersten Schaltstellung positioniert werden, in der der Schließkörper 4 mit seiner Schließfläche 48 an dem ersten Ventilsitz 52a anliegt und den ersten steuerbaren Ventilkanal 24a verschließt. Ausgehend von dieser ersten Schaltstellung ist das Ventilglied durch eine Umschaltbewegung 8 derart verschwenkbar, dass sich der Schließkörper 4 von dem ersten Ventilsitz 52a wegbewegt und eine weitere Schaltstellung einnimmt, in der der erste steuerbare Ventilkanal 24a freigegeben ist. Eine solche weitere Schaltstellung ist in den 5 und 6 ersichtlich und auch in 7 und 8 anhand des weiteren Ausführungsbeispiels illustriert.
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Wenn das Ventilglied 3 in die erste Schaltstellung verschwenkt wird oder aus der ersten Schaltstellung in eine andere Schaltstellung verschwenkt wird, rollt der Schließkörper 4 mit seiner Schließfläche 48 an dem ersten Ventilsitz 52a ab. Auf diese Weise wird zum einen die Schließfläche 48 geschont und anders als bei einem reinen Verschieben nicht mit einem Abriebproblem konfrontiert. Außerdem hat die Möglichkeit des Abrollens der Rolle 4a an dem ersten Ventilsitz 52a den Effekt, dass das Ventilglied 3 mit geringer Betätigungskraft umschaltbar ist, obgleich der Schließkörper 4 mit einer hohen Kraft an den ersten Ventilsitz 52a angedrückt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die von dem ersten Ventilsitz 52a umrahmte Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a so angeordnet ist, dass ihre zentrale Längsachse 53 mit dem Schwenkzentrum 6 des Ventilgliedes 3 zusammentrifft. In der ersten Schaltstellung des Ventilgliedes 3 verlaufen die zentrale Längsachse 53 der Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a und die geradlinige Achsverbindungslinie 46 bevorzugt koaxial zueinander. Auf diese Weise übt die Schließkraft, mit der der Schließkörper 4 an den ersten Ventilsitz 52a angedrückt wird, kein Drehmoment auf das Ventilglied 3 aus, sodass ein Umschalten mit einer geringen Aktuatorkraft möglich ist.
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Zumindest die Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a mündet zweckmäßigerweise an einer am Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Abstützfläche 56 aus, die der Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 zugewandt ist. Eine rechtwinkelig auf der Abstützfläche 56 stehende Normalenebene, die zugleich rechtwinkelig zur Drehachse 15 des Schließkörpers 4 ausgerichtet ist, verläuft parallel zu der Schwenkebene 7 oder fällt mit dieser zusammen. Das Ventilglied 3 liegt mit der Schließfläche 48 seines Schließkörpers 4 an der Abstützfläche 56 an und rollt bei der Umschaltbewegung 8 an der Abstützfläche 56 ab.
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Bei allen Ausführungsbeispielen mit Ausnahme des Ausführungsbeispiels der 9 ist die Abstützfläche 56 bogenförmig konkav gekrümmt. Ihr Krümmungsradius entspricht zweckmäßigerweise der Summe aus dem Achsabstand A und dem Radius der drehbar gelagerten Rolle 4a. Somit folgt der Kontaktbereich zwischen der Abstützfläche 56 und der daran abrollenden Schließfläche 48 einem in der Schwenkebene 7 verlaufenden Kreisbogen 57, der in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.
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Auch beim Ausführungsbeispiel der 9 ist ein Abrollkontakt zwischen dem Schließkörper 4 und der Abstützfläche 56 bei der Umschaltbewegung 8 gewährleistet, obgleich hier die Abstützfläche 56 eine ungekrümmte Fläche ist, die insbesondere rechtwinkelig zur zentralen Längsachse 53 der Kanalmündung 47 des ersten steuerbaren Ventilkanals 24a ausgerichtet ist. Grund für den auch hier ständigen Abrollkontakt ist die zusätzliche translatorische Lagerung des Schließkörpers 4 an der Tragstruktur 14. Wird das Ventilglied 3 verschwenkt, macht der Schließkörper 4 einerseits die Schwenkbewegung mit und führt darüber hinaus eine überlagerte translatorische Ausgleichsbewegung 17 aus, sodass die Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 ständig im Kontakt mit der Abstützfläche 56 bleibt.
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Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass die Ventilanordnung 1 über mehrere durch das Ventilglied 3 steuerbare Ventilkanäle 24 verfügen kann, was auf sämtliche Ausführungsbeispiele zutrifft. In diesem Zusammenhang besteht die vorteilhafte Möglichkeit, einen oder mehrere steuerbare Ventilkanäle 24 so auszubilden, dass seine oder ihre Kanalmündung(en) 47 auch zu der Abstützfläche 56 ausmünden und beim Umschalten des Ventilgliedes 3 ebenfalls von dem Schließkörper 4 überrollbar sind. Exemplarisch trifft dies auf das Ausführungsbeispiel der 7 und 8 und zwei dort vorhandene erste weitere steuerbare Ventilkanäle 24b zu, deren Kanalmündungen 47 jeweils von einem ersten weiteren Ventilsitz 52b umrahmt sind, der im Bereich der Abstützfläche 56 angeordnet ist. Die ersten weiteren Ventilsitze 52b sind in der Richtung der Umschaltbewegung 8 mit Abstand zu dem ersten Ventilsitz 52a angeordnet, beispielsweise beidseits dieses ersten Ventilsitzes 52a.
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Gemäß 7 und 8 kann das Ventilglied 3 ausgehend von der den ersten steuerbaren Ventilkanal 24a verschließenden ersten Schaltstellung in einander entgegengesetzte Richtungen verschwenkt werden, um in jeweils einer von zwei weiteren Schaltstellungen positioniert zu werden, von denen eine in 7 und 8 ersichtlich ist. In jeder dieser weiteren Schaltstellungen ist der erste steuerbare Ventilkanal 24a freigegeben und stattdessen einer der beiden ersten weiteren steuerbaren Ventilkanäle 24b verschlossen.
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Die 7 und 8 machen auch deutlich, dass die Abstützfläche 56 keine konstante Krümmung aufweisen muss. Es kann sich insbesondere an einen im Bereich des ersten Ventilsitzes 52a befindlichen ersten Flächenabschnitt 56a der Abstützfläche 56, der dem Kreisbogen 57 folgt, einseitig oder beidseitig ein zweiter Flächenabschnitt 56b der Abstützfläche 56 anschließen, der stärker gekrümmt ist und dessen Krümmung insbesondere der Krümmung der Schließfläche 48 des Schließkörpers 4 entspricht. Auf diese Weise kann auch gewährleistet werden, dass das Ventilglied 3 eine stabile Schaltstellung einnimmt, wenn es so weit verschwenkt wurde, dass sein Schließkörper 4 an dem zweiten Flächenabschnitt 56b der Abstützfläche 56 zur Anlage gelangt.
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Jede von einem ersten weiteren Ventilsitz 52b umrahmte Kanalmündung 47 ist zweckmäßigerweise so orientiert, dass ihre zentrale Längsachse 53 die Drehachse 15 des Schließkörpers 4 schneidet, wenn sich der Schließkörper 4 in der entsprechenden Schließstellung befindet.
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Dem Schließkörper 4 kann auch mindestens ein steuerbarer Ventilkanal 24 zugeordnet sein, der im Folgenden zur besseren Unterscheidung als zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal 24c bezeichnet wird und der nicht zu der als Abrollfläche bezeichenbaren Abstützfläche 56 ausmündet. Eine solche Kanalgestaltung ist bei allen illustrierten Ausführungsbeispielen gegeben.
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Jeder zweite weitere steuerbare Ventilkanal 24c mündet mittels einer Kanalmündung 47 zu einer die Ventilkammer 5 begrenzenden Wandfläche 58 des Ventilgehäuses 2 aus und ist dort von einem zweiten weiteren Ventilsitz 52c umrahmt. Die zugeordneten Kanalmündungen 47 sind dabei insbesondere so orientiert, dass ihre jeweilige zentrale Längsachse 53 zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig zu der Achsverbindungslinie 46 orientiert ist, wenn das Ventilglied 3 eine den zugeordneten zweiten weiteren steuerbaren Ventilkanal 24c verschließende Schaltstellung einnimmt.
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Die in den 1 bis 6 und 9 illustrierten Ventilanordnungen machen deutlich, dass die Ventilanordnung 1 nicht zwingend über zu der Abstützfläche 56 ausmündende erste weitere steuerbare Ventilkanäle 24b verfügen muss, sondern dass beispielsweise, was steuerbare Ventilkanäle 24 anbelangt, auch nur ein erster steuerbarer Ventilkanal 24a und mindestens ein zweiter weiterer steuerbarer Ventilkanal 24c vorhanden sein können.
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Auf alle Ausgestaltungen der Ventilanordnung 1 trifft vorzugsweise zu, dass der von einer Rolle 4a gebildete Schließkörper 4 mit seiner peripheren Schließfläche 48 bei der Umschaltbewegung 8 auf einer Abstützfläche 56 abrollt, die einen gekrümmten oder aber auch einen geradlinigen Verlauf haben kann und zu der mindestens ein steuerbarer Ventilkanal 24, 24a, 24b ausmündet, der durch die darüber hinwegrollende Schließfläche 48 je nach Schaltstellung des Ventilgliedes 3 freigegeben oder verschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10233316 A1 [0002]
- DE 19720849 C2 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Experimental characterization of the hysteretic and rate-dependent electromechanical behavior of dieletric electro-active polymer actuators” A. York, J. Dunn und S. Seelecke, veröffentlicht in ”Smart Materials and Structures”, 2010, Seiten 1 bis 9 [0004]
