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Die Erfindung betrifft ein Ventil, mit einer eine Längsachse aufweisenden, radial umfangsseitig von einer Begrenzungswand begrenzten zylindrischen Ventilkammer, die zwei in einem Übergangsbereich axial ineinander übergehende erste und zweite Ventilkammerabschnitte aufweist, wobei die Begrenzungswand in dem zweiten Ventilkammerabschnitt von einem Ventilkanal durchsetzt ist, der mit mindestens einer inneren Kanalmündung an der zylindrischen Innenumfangsfläche der Begrenzungswand in den zweiten Ventilkammerabschnitt einmündet, und mit einem koaxial zu der Ventilkammer angeordneten Ventilglied, das unter Ausführung einer Arbeitsbewegung relativ zu der Begrenzungswand axial verschiebbar ist und das an seinem radialen Außenumfang eine ringförmige Dichtung aufweist, die unter Abdichtung gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche der Begrenzungswand anliegt und bei der Arbeitsbewegung den Übergangsbereich zwischen den beiden Ventilkammern überfahren kann.
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Ein aus der
DE 30 11 791 C2 bekanntes Ventil dieser Art enthält zwei in einem Ventilgehäuse angeordnete Hülsen, die axial aufeinanderfolgend angeordnet sind und gemeinsam eine periphere Begrenzungswand einer Ventilkammer bilden, in der ein Ventilglied axial verschiebbar aufgenommen ist, das am Außenumfang eine Dichtung aufweist. Die Ventilkammer enthält unter anderem zwei axial ineinander übergehende Ventilkammerabschnitte, wobei die Begrenzungswand im Bereich des zweiten Ventilkammerabschnittes von einem Ventilkanal durchsetzt ist, der mit einer inneren Kanalmündung in den zweiten Ventilkammerabschnitt einmündet. Das Ventilglied kann unter Ausführung einer Arbeitsbewegung axial verschoben werden, um seine Schaltstellung zu verändern, wobei die Dichtung an der Innenumfangsfläche der Begrenzungswand entlanggleitet. Dabei muss die Dichtung auch einen Übergangsbereich zwischen den beiden Ventilkammerabschnitten überfahren, der dort liegt, wo die dem zweiten Ventilkammerabschnitt zugewandte stirnseitige Wandfläche des Ventilkanals in die Innenumfangsfläche der Begrenzungswand übergeht. Dieser Übergangsbereich ist durch eine ausgeprägte Kante charakterisiert, die an der darüber hinweg fahrenden Dichtung einen Verschleiß verursachen und die Lebensdauer der Dichtung herabsetzen kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass die Dichtung beim Überfahren der die Längsachse der Ventilkammer konzentrisch umschließenden inneren Kanalmündung in den Endabschnitt des Ventilkanals hineingezogen oder hineingedrückt wird, was Funktionsstörungen des Ventils hervorrufen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um bei einem Ventil der eingangs genannten Art die Verschleißanfälligkeit der Dichtung des Ventilgliedes zu verringern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Ventilkanal mit einer Mehrzahl entlang des Umfanges der Ventilkammer verteilter innerer Kanalmündungen radial in den zweiten Ventilkammerabschnitt einmündet, wobei zwischen in der Umfangsrichtung der Ventilkammer unmittelbar benachbarten inneren Kanalmündungen jeweils eine von einem Flächenabschnitt der Innenumfangsfläche der Begrenzungswand gebildete und zur radialen Abstützung der Dichtung dienende Abstützfläche angeordnet ist und wobei jede innere Kanalmündung vom Endbereich eines die Begrenzungswand durchsetzenden individuellen Kanalastes des Ventilkanals gebildet ist, dessen sich axial an den Übergangsbereich der beiden Ventilkammerabschnitte anschließende und vom ersten Ventilkammerabschnitt wegweisende stirnseitige Wandfläche als schräge Dichtungs-Einführfläche ausgebildet ist, die bezüglich der Längsachse der Ventilkammer einen derart schrägen Verlauf hat, dass sich ihr radialer Abstand zur Innenumfangsfläche der Begrenzungswand mit zunehmender axialer Entfernung von dem Übergangsbereich vergrößert.
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Auf diese Weise ist der Ventilkanal, zumindest im Bereich seines Einmündens in die Ventilkammer, in mehrere Kanaläste aufgeteilt, die mit in der Umfangsrichtung der Ventilkammer verteilten inneren Kanalmündungen in den zweiten Ventilkammerabschnitt einmünden. Gleitet die Dichtung beim Umschalten des Ventilgliedes über diese inneren Kanalmündungen hinweg, wird sie von den zwischen den jeweils benachbarten Kanalmündungen ausgebildeten Abstützflächen der Begrenzungswand radial abgestützt und daran gehindert, gesamthaft in den Ventilkanal hineingezogen oder hineingedrückt zu werden. Da die Dichtung in der Regel aus einem weichelastischen Dichtungsmaterial besteht, insbesondere aus einem Elastomermaterial, wobei sie mit einer gewissen radialen Vorspannung an der Innenumfangsfläche der Begrenzungswand anliegt, lässt es sich allerdings kaum vermeiden, dass die Dichtung beim Überfahren der inneren Kanalmündungen mit Abschnitten ihres Außenumfanges geringfügig in die zur Ventilkammer ausmündenden Kanaläste des Ventilkanals hineinragt. Damit auch diese Umfangsabschnitte der Dichtung beim Überfahren des Übergangsbereiches zwischen den beiden Ventilkammern keinen Schaden nehmen, ist die sich an den Übergangsbereich der beiden Ventilkammerabschnitte anschließende stirnseitige Wandfläche der Kanaläste als Schrägflächen ausgeführt, die hier aufgrund ihrer Funktion als Dichtungs-Einführflächen bezeichnet wird. Diese schrägen Dichtungs-Einführflächen sorgen dafür, dass die in die Kanaläste hineinragenden Umfangsabschnitte der Dichtung sanft in die Ventilkammer zurückgedrückt werden, wenn sich das Ventilglied in Richtung des ersten Ventilkammerabschnittes bewegt und sich die Dichtung dabei an den Übergangsbereich zwischen den beiden Ventilkammerabschnitten annähert. Auf diese Weise wird die Dichtung in dem Übergangsbereich schonend in den sich an die inneren Kanalmündungen anschließenden ersten Ventilkammerabschnitt eingeführt, ohne dass sie gezwungen wäre, eine Stufe zu überfahren. Somit unterliegt die Dichtung einem nur geringen Verschleiß, was ihrer Lebensdauer zugutekommt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Vorzugsweise ist die zylindrische Begrenzungswand der Ventilkammer in dem ersten Ventilkammerabschnitt zumindest in dem sich an den Übergangsbereich zwischen den Ventilkammerabschnitten anschließenden Bereich ringsum geschlossen. In diesem Zusammenhang ist das Ventilglied zweckmäßigerweise wahlweise in mindestens einer Freigabestellung oder in einer Absperrstellung positionierbar. In der mindestens einen Freigabestellung ist das Ventilglied so angeordnet, dass sich seine Dichtung auf der dem zweiten Ventilkammerabschnitt zugewandten Seite des Übergangsbereiches befindet, so dass durch die inneren Kanalmündungen hindurch eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Ventilkammerabschnitt und dem Ventilkanal bzw. dessen mehreren Kanalästen freigegeben ist. In der Absperrstellung ist das Ventilglied so positioniert, dass die Dichtung in dem Ventilkammerabschnitt in dem geschlossenen Bereich der Begrenzungswand ringsum dichtend an der Innenumfangsfläche der Begrenzungswand anliegt, so dass der die inneren Kanalmündungen aufweisende zweite Ventilkammerabschnitt fluiddicht von demjenigen Bereich des ersten Ventilkammerabschnittes abgesperrt ist, der sich auf der dem zweiten Ventilkammerabschnitt axial entgegengesetzten Seite der Dichtung befindet. Derart ausgestaltet kann das Ventil beispielsweise als Absperrventil mit insbesondere einer 2/2-Ventilfunktionalität genutzt werden.
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Die zwischen den inneren Kanalmündungen angeordneten Abstützflächen für das Ventilglied sind insbesondere streifenförmig ausgebildet und haben eine zur Längsachse der Ventilkammer parallele Längserstreckung. In diesem Zusammenhang besteht die vorteilhafte Möglichkeit, auch die inneren Kanalmündungen länglich zu gestalten, so dass sie insbesondere eine schlitzartige Struktur haben. Im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsachse der Ventilkammer gesehen sind die Abstützflächen vorzugsweise konkav gekrümmt, entsprechend der Querschnittskontur der Ventilkammer.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die inneren Kanalmündungen und die diesen inneren Kanalmündungen benachbarten Abstützflächen in der Umfangsrichtung der Ventilkammer rings um die Ventilkammer herum verteilt sind, wobei insbesondere eine gleichmäßige Verteilung vorliegt.
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Der Ventilkanal kann sich ausschließlich aus der Mehrzahl vorhandener Kanaläste zusammensetzen. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn jeder Kanalast mit einer der inneren Kanalmündung entgegengesetzten äußeren Kanalmündung an einer Außenfläche der Begrenzungswand des Ventils ausmündet. Auf diese Weise kann jeder Kanalast im Bereich seiner äußeren Kanalmündung beispielsweise unmittelbar mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, die mehreren Kanaläste in einem gemeinsamen Kanalabschnitt des Ventilkanals zusammenzuführen, der dann mit nur einer einzigen äußeren Kanalmündung zu einer Außenfläche der Begrenzungswand ausmündet.
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Sämtliche inneren Kanalmündungen sind in Achsrichtung der Längsachse der Ventilkammer zweckmäßigerweise auf gleicher axialer Höhe angeordnet. Der Übergangsbereich zwischen den beiden Ventilkammerabschnitten, der durch die dem ersten Ventilkammerabschnitt zugewandten Endbereiche der inneren Kanalmündungen definiert wird, ist zweckmäßigerweise ein zur Längsachse der Ventilkammer konzentrischer ringförmiger Übergangsbereich.
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Die schrägen Dichtungs-Einführflächen sämtlicher Kanaläste des Ventilkanals sind zweckmäßigerweise so angeordnet, dass sie gemeinsam auf einer gedachten Trichterfläche liegen, die sich in Richtung zu dem ersten Ventilkammerabschnitt verjüngt. Man kann sich dementsprechend den die inneren Kanalmündungen aufweisenden Bereich des zweiten Ventilkammerabschnittes auch als einen sich in Richtung des ersten Ventilkammerabschnittes verjüngenden Trichter vorstellen, in den in der Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete Stege eingesetzt sind, die die Abstützflächen definieren und die die Kanaläste des Ventilkanals voneinander abteilen. Bewegt sich das Ventilglied in Richtung zu dem ersten Ventilkammerabschnitt, wird das Einführen der ringförmigen Dichtung in den zylindrischen ersten Ventilkammerabschnitt durch die auf einer Trichterfläche liegenden Dichtungs-Einführflächen erleichtert und sogar unterstützt.
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Die zwischen in der Umfangsrichtung der Ventilkammer zueinander beabstandeten inneren Kanalmündungen angeordneten Abstützflächen sind vorzugsweise von stegförmigen oder rippenförmigen Wandabschnitten der die Ventilkammer peripher begrenzenden Begrenzungswand gebildet.
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Vorzugsweise gehen die schrägen Dichtungs-Einführflächen in dem Übergangsbereich nicht nur stufenlos sondern auch kantenlos in die Innenumfangsfläche der Begrenzungswand über. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Übergangsbereich konvex abgerundet ist, so dass die betroffenen Umfangsabschnitte der Dichtung besonders sanft in den ersten Ventilkammerabschnitt eingeführt werden.
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Vorzugsweise ist der mit der Längsachse der Ventilkammer eingeschlossene Neigungswinkel sämtlicher schrägen Dichtungs-Einführflächen gleich groß. Auf diese Weise wird die Dichtung beim Entlangfahren auf den Dichtungs-Einführflächen ringsum gleichmäßig radial beaufschlagt, was die Leichtgängigkeit der Arbeitsbewegung begünstigt. Außerdem lassen sich durchweg gleich große Neigungswinkel konstruktiv einfacher realisieren.
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Der Neigungswinkel zwischen der Längsachse der Ventilkammer und jeder schrägen Dichtungs-Einführfläche liegt zweckmäßigerweise in einem Winkelbereich von 10° bis 35° und insbesondere in einem Winkelbereich von 15° bis 25°. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Neigungswinkel der schrägen Dichtungs-Einführflächen bei zumindest in etwa 20° liegt.
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Die inneren Kanalmündungen der Kanaläste des Ventilkanals sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie sich in Richtung zu dem Übergangsbereich verjüngen.
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Zweckmäßigerweise ist der Ventilkanal so ausgebildet, dass seine Kanaläste die Begrenzungswand der Ventilkammer radial durchsetzen. Auf diese Weise tritt ein Fluid, das die Kanaläste durchströmt, radial durch die die Ventilkammer begrenzende Begrenzungswand hindurch.
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Besonders zweckmäßig ist es, die Kanaläste des Ventilkanals so zu gestalten, dass sie die Begrenzungswand nicht nur radial durchsetzen, sondern auch auf der der schrägen Dichtungs-Einführfläche axial gegenüberliegenden Seite offen sind. Letzteres führt dazu, dass auch die inneren Kanalmündungen an ihrer dem Übergangsbereich zwischen den beiden Ventilkammern axial entgegengesetzten Rückseite offen sind. Ein die Kanaläste durchströmendes Fluid ist folglich in der Lage, sowohl radial außen als auch axial rückseitig aus der Begrenzungswand auszutreten.
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Die inneren Kanalmündungen haben zweckmäßigerweise eine längliche, sich parallel zur Längsachse der Ventilkammer erstreckende Gestalt. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Kanaläste des Ventilkanals schlitzförmig ausgebildet sind.
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Zumindest in dem die Dichtung aufweisenden Bereich ist das Ventilglied zweckmäßigerweise kolbenartig ausgebildet. Das Ventilglied kann auch insgesamt ein Ventilkolben sein.
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Bei der Dichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Dichtungsring, der in einer peripheren Ringnut eines Ventilkörpers des Ventilgliedes gehalten ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils in schematischer Darstellung und in einer isometrischen Ansicht,
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2 eine stirnseitige Rückansicht des Ventils aus 1 mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
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3 einen Längsschnitt durch das Ventil gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei das Ventilglied bei Einnahme einer Freigabestellung gezeigt ist,
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4 einen weiteren Längsschnitt des Ventils mit in der Freigabestellung positioniertem Ventilglied gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2,
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5 einen Querschnitt des Ventils gemäß Schnittlinie V-V aus 3,
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6 einen perspektivischen Längsschnitt des Ventils in einer Schnittebene entsprechend 3,
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7 einen Längsschnitt des Ventils in einer Schnittebene entsprechend 4,
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8 einen Längsschnitt des Ventils gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei das Ventilglied in einer geringfügigen Freigabestellung unmittelbar vor dem Schließen einer Strömungsverbindung zwischen dem ersten Ventilkammerabschnitt und dem Ventilkanal gezeigt ist,
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9 das Ventil in der aus 8 ersichtlichen Stellung des Ventilgliedes in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2,
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10 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie X-X aus 8,
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11 einen perspektivischen Längsschnitt des Ventils in einer der 8 entsprechenden Schnittebene,
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12 einen perspektivischen Längsschnitt des Ventils in einer der 9 entsprechenden Schnittebene,
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13 einen Längsschnitt des Ventils gemäß Schnittlinie III-III aus 2, wobei das Ventilglied bei Einnahme einer Absperrstellung gezeigt ist,
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14 einen weiteren Längsschnitt des Ventils entsprechend Schnittlinie IV-IV aus 2, wobei das Ventilglied in der aus 13 ersichtlichen Absperrstellung gezeigt ist,
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15 einen Querschnitt durch das Ventil gemäß Schnittlinie XV-XV aus 13,
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16 einen perspektivischen Längsschnitt des Ventils in einer der 13 entsprechenden Schnittebene, und
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17 einen Längsschnitt des Ventils in einer der 14 entsprechenden Schnittebene.
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Die Zeichnung illustriert ein insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnetes Ventil, bei dem die Erfindung verwirklicht ist. Die abgebildete Bauform ist allerdings nur ein mögliches Beispiel für ein erfindungsgemäßes Ventil, bei dem die Vorteile der Erfindung besonders zum Tragen kommen. Hiervon abweichend kann die Erfindung auch bei anderen Ventilbauarten verwirklicht werden, so dass die nachfolgenden Ausführungen nicht als auf einen bestimmten Ventiltyp einschränkend zu verstehen sind.
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Das Ventil 1 des Ausführungsbeispiels ist ein Absperrventil mit einer 2/2-Ventilfunktion. Dieses Ventil 1 ist in der Lage, eine Strömungsverbindung zwischen einem ersten Ventilkanal 2 und einem zweiten Ventilkanal 3 wahlweise freizugeben, oder abzusperren. Bei dem ersten Ventilkanal 2 kann es sich um einen beliebigen Hohlraum des Ventils 1 handeln, der von einem Fluid durchströmbar ist.
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Das Ventil 1 kann die Strömung eines Fluides steuern, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt. Allerdings eignet sich das Ventil 1 auch zur Steuerung anderer gasförmiger und auch flüssiger Medien.
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Das Ventil 1 enthält ein bewegliches Ventilglied 4, das durch Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Arbeitsbewegung 5 in unterschiedlichen Arbeitsstellungen positionierbar ist. Exemplarisch wird das Ventil 1 als Schaltventil genutzt, jedoch ist auch eine Ausführung als Proportionqalventil möglich.
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Das Ventil 1 verfügt über eine Begrenzungswand 6, die radial umfangsseitig eine zylindrische Ventilkammer 7 des Ventils 1 begrenzt. Die Begrenzungswand 6 ist vorzugsweise hülsenförmig gestaltet. Außerdem handelt es sich bei der Begrenzungswand 6 insbesondere um einen einstückigen Körper.
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Zweckmäßigerweise bildet die Begrenzungswand 6 ein Ventilgehäuse 8 des Ventils 1 oder repräsentiert zumindest einen Bestandteil eines solchen Ventilgehäuses 8.
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Die Ventilkammer 7 hat eine Längserstreckung mit einer strichpunktiert angedeuteten zentralen Längsachse 12. Die Begrenzungswand 6 erstreckt sich rings um die Längsachse 12 herum. Gleiches gilt für die zylindrische Innenumfangsfläche 11 der Begrenzungswand 6, die die periphere Wandfläche der Ventilkammer 7 bildet.
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Die Ventilkammer 7 setzt sich aus zwei axial unmittelbar ineinander übergehenden Ventilkammerabschnitten zusammen, die im Folgenden als erster Ventilkammerabschnitt 13 und als zweiter Ventilkammerabschnitt 14 bezeichnet seien. Der Übergangsbereich 15 zwischen den beiden Ventilkammerabschnitten 13, 14 ist in der Zeichnung teils auch durch eine gepunktet umrahmte Zone kenntlich gemacht.
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Der bereits angesprochene erste Ventilkanal 2 ist beim Ausführungsbeispiel von einem axial beabstandet zu dem Übergangsbereich 15 angeordneten äußeren Endbereich 13a des ersten Ventilkammerabschnittes 13 gebildet. Alternativ kann der erste Ventilkanal 2 auch so ausgebildet sein, dass er axial oder umfangsseitig in den ersten Ventilkammerabschnitt 13 einmündet.
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Zumindest in dem sich an den Übergangsbereich 15 anschließenden Bereich ist der erste Ventilkammerabschnitt 13 peripher ringsum umschlossen. Dieser peripher geschlossene Bereich des ersten Ventilkammerabschnittes 13 sei im Folgenden auch als Absperrbereich 13b bezeichnet. Die Innenumfangsfläche 11 der Begrenzungswand 6 ist in dem Absperrbereich 13b in sich geschlossen und durchbrechungslos ausgebildet.
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Exemplarisch schließt sich der den ersten Ventilkanal 2 bildende äußere Endbereich 13a direkt axial an den Absperrbereich 13b an, wobei der Absperrbereich 13b nahtlos unmittelbar in den äußeren Endbereich 13a übergeht.
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Die Begrenzungswand 6 kann im Bereich des ersten Ventilkanals 2 mit nicht weiter illustrierten Anschlussmitteln ausgestattet sein, die das Anschließen einer Fluidleitung ermöglichen, in der das zu steuernde Fluid zuströmen und/oder abströmen kann.
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Der zweite Ventilkanal 3 mündet unmittelbar im Anschluss an den Übergangsbereich 15 in den zweiten Ventilkammerabschnitt 14 ein. Eine Besonderheit des zweiten Ventilkanals 3 besteht darin, dass er sich aus mehreren strömungsmäßig parallel geschalteten Kanalästen 16 zusammensetzt, die die Begrenzungswand 6 im Bereich des zweiten Ventilkammerabschnittes 14 durchsetzen und die jeweils mit einer inneren Kanalmündung 17 an der Innenumfangsfläche 11 in den zweiten Ventilkammerabschnitt 14 einmünden.
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Die inneren Kanalmündungen 17 sind in der Umfangsrichtung der Ventilkammer 7 rings um die Längsachse 12 herum verteilt. Vorzugsweise liegt hier eine gleichmäßige Verteilung vor. Bevorzugt wird eine Anordnung, bei der sich die inneren Kanalmündungen 17 paarweise bezüglich der Längsachse 12 diametral gegenüberliegen, wobei mehrere solcher sich diametral gegenüberliegender Paare innerer Kanalmündungen 17 vorhanden sind. Exemplarisch setzt sich der zweite Ventilkanal 3 aus insgesamt sechs Kanalästen 16 zusammen, so dass er mit insgesamt sechs inneren Kanalmündungen 17 quasi sternförmig in den zweiten Ventilkammerabschnitt 14 radial einmündet.
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Jede innere Kanalmündung 17 ist von einem Mündungsrand 18 begrenzt. Ein vorderer Randabschnitt 18a des Mündungsrandes 18 jeder inneren Kanalmündung 17 befindet sich in dem Übergangsbereich 15, wobei die vorderen Randabschnitte 18a der Mündungsränder 18 sämtlicher inneren Kanalmündungen 17 bevorzugt auf gleicher axialer Höhe mit Bezug auf die axiale Richtung der Längsachse 12 angeordnet sind.
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Jede innere Kanalmündung 17 erstreckt sich ausgehend von dem vorderen Randabschnitt 18a in der Längsrichtung der Ventilkammer 7 in einer vom ersten Ventilkammerabschnitt 13 wegweisenden Richtung, wobei sie zweckmäßigerweise an ihrer dem vorderen Randabschnitt 18a entgegengesetzten Rückseite offen ist. Letzteres resultiert daraus, dass die Kanaläste 16 die Begrenzungswand 6 nicht nur radial durchsetzen, sondern auch in axialer Richtung, und zwar derart, dass sie an ihrer dem Übergangsbereich 15 axial entgegengesetzten Rückseite offen sind. Jeder Kanalast 16 hat folglich eine äußere Kanalmündung 22, die sich aus einem radial nach außen orientierten radialen Mündungsabschnitt 22a und einem axial orientierten axialen Mündungsabschnitt 22b zusammensetzt. Radialer und axialer Mündungsabschnitt 22a, 22b gehen unmittelbar ineinander über.
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Die axialen Mündungsabschnitte 22b der äußeren Kanalmündungen 22 befinden sich beim Ausführungsbeispiel im Bereich einer rückseitigen Stirnfläche 23 der hülsenförmigen Begrenzungswand 6, die axial entgegengesetzt zu einer vorderen Stirnfläche 24 der Begrenzungswand 6 orientiert ist, zu der hin der erste Ventilkammerabschnitt 13 axial ausmündet. Der zweite Ventilkammerabschnitt 14 ist an seinem dem Übergangsbereich 15 entgegengesetzten Ende zu der rückseitigen Stirnfläche 23 hin zweckmäßigerweise offen.
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Um die geschilderte Struktur der Kanaläste 16 zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn diese Kanaläste 16 von Längsschlitzen gebildet sind, die im Bereich des zweiten Ventilkammerabschnittes 14 in der Begrenzungswand 6 ausgebildet sind und die jeweils die Begrenzungswand 6 einerseits radial durchsetzen und andererseits auch zu der rückseitigen Stirnfläche 23 hin offen sind.
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Die inneren Kanalmündungen 17 sind insbesondere so gestaltet, dass sie eine längliche Form haben und sich parallel zur Längsachse der Ventilkammer 7 erstrecken.
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Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kanaläste 16 rückseitig geschlossen. In diesem Fall sind sie gebildet von schlitzartigen Durchbrechungen der Begrenzungswand 6, deren Mündungsrand 18 ringsum geschlossen ist.
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Exemplarisch mündet der zweite Ventilkanal 3 mit seinen Kanalästen 16 über die äußere Kanalmündung 22 hinweg direkt zur atmosphärischen Umgebung aus. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der zweite Ventilkanal 3 einen sich an die Kanaläste 16 anschließenden Fortsetzungs-Kanalabschnitt, der mit sämtlichen Kanalästen 16 in Verbindung steht und über den hinweg eine Verbindung zur Atmosphäre vorliegt oder der Anschlussmittel aufweisen kann, die es ermöglichen, eine weiterführende Fluidleitung anzuschließen.
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Das bereits erwähnte Ventilglied 4 erstreckt sich mit zumindest einem Teil seiner Länge in der Ventilkammer 7, wobei es koaxial zu der Ventilkammer 7 angeordnet ist. Es kann unter Ausführung der Arbeitsbewegung 5 relativ zu der Begrenzungswand 6 axial verschoben werden, so dass sich auch seine axiale Relativposition bezüglich der Ventilkammer 7 verändert. Das Ventilglied 4 ist im Bereich seines Außenumfanges zweckmäßigerweise von der Innenumfangsfläche 11 der Begrenzungswand 6 radial abgestützt und linear verschiebbar geführt. Es weist eine zu der Längsachse 12 koaxiale ringförmige Dichtung 25 auf, die an der Innenumfangsfläche 11 unter Abdichtung anliegt und bei der Arbeitsbewegung 5 an der Innenumfangsfläche 11 entlanggleitet. Die Dichtung 25 ist im Bereich des radialen Außenumfanges des Ventilgliedes 4 angeordnet.
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Die ringförmige Dichtung 25 besteht zumindest partiell und vorzugsweise in ihrer Gesamtheit aus einem Dichtmaterial, das gummielastische Eigenschaften hat und bei dem es sich insbesondere um ein Elastomermaterial handelt. Vor der Montage des Ventilgliedes 4 in der Ventilkammer 7 hat die Dichtung 25 einen Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser der Ventilkammer 7. Auf diese Weise ist die Dichtung 25 im montierten Zustand des Ventilgliedes 4 zumindest geringfügig radial komprimiert, so dass sie mit einer radialen Vorspannung an der Innenumfangsfläche 11 anliegt.
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Das Ventilglied 4 enthält zweckmäßigerweise einen Ventilkörper 4a, an dem die ringförmige Dichtung 25 befestigt ist. Der Ventilkörper 4a ist zweckmäßigerweise kolbenartig ausgebildet. Bei der ringförmigen Dichtung 25 handelt es sich bevorzugt um eine bezüglich des Ventilkörpers 4a separate Komponente, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Dichtung 25 von einem Dichtungsring 25a gebildet ist, der an dem Ventilkörper 4a auf geeignete Weise fixiert ist. Bevorzugt verfügt der Ventilkörper 4a an seinem radialen Außenumfang über eine konzentrische, nach radial außen hin offene Ringnut 26, in der der Dichtungsring 25a gehalten ist. Bei dem Dichtungsring 25a handelt es sich vorzugsweise um einen O-Ring.
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Insgesamt ist es von Vorteil, wenn das Ventilglied 4, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft, zumindest in dem die Dichtung 25 aufweisenden Bereich kolbenartig ausgebildet ist.
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Das Ventilglied 4 hat zweckmäßigerweise eine geringere Länge als die Ventilkammer 7. Insbesondere sind die Längenmaße derart aufeinander abgestimmt, dass das Ventilglied 4 ungeachtet der während des Betriebes des Ventils 1 möglichen Arbeitsstellungen stets vollständig innerhalb der Ventilkammer 7 angeordnet ist. Es besteht aber vorteilhaft die Möglichkeit, das Ventilglied 4 so auszubilden, dass es einen Betätigungsabschnitt aufweist, der aus der Ventilkammer 7 herausragt und der nutzbar ist, um eine Betätigungskraft einzuleiten, die die Arbeitsbewegung 5 des Ventilgliedes 4 hervorruft, um das Ventilglied 4 in der jeweils gewünschten Arbeitsstellung zu positionieren.
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Das Ventil 1 kann beispielsweise ein Handventil sein, das über eine außerhalb des Ventilgehäuses 8 zugängliche Handhabe verfügt, die mit dem Ventilglied 4 in Antriebsverbindung steht und die manuell betätigbar ist, um das Ventilglied 4 zu bewegen und zu positionieren. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Ventil 1 vom elektrisch betätigbaren Typ oder vom durch Fluidkraft betätigbaren Typ oder vom Typ eines vorgesteuerten Ventils, das elektro-fluidisch und insbesondere elektro-pneumatisch betätigbar ist und zu diesem Zweck noch mindestens eine elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung aufweist.
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Das Ventilglied 4 kann in einer aus 3 bis 7 ersichtlichen Arbeitsstellung positioniert werden, bei der es sich um eine Freigabestellung handelt und in der sich die Dichtung 25 auf der dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 zugewandten Seite des Übergangsbereiches 15 befindet. Die Dichtung 25 nimmt in der Freigabestellung eine Position in dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 ein. In dieser Freigabestellung liegt eine freie Strömungsverbindung zwischen den beiden Ventilkanälen 2, 3 vor. Der mit dem ersten Ventilkanal 2 kommunizierende erste Ventilkammerabschnitt 13 steht hier in dem Übergangsbereich 15 mit dem sich daran anschließenden Längenabschnitt des zweiten Ventilkammerabschnittes 14 in Verbindung, in dem die Kanaläste 16 einmünden. Ein Fluid ist daher in der Lage, gemäß den Strömungspfeilen 29 aus dem ersten Fluidkanal 2 durch die unabgedeckten Bereiche der inneren Kanalmündungen 17 hindurch in die Kanaläste 16 und mithin in den zweiten Ventilkanal 3 überzuströmen.
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Ausgehend von der in 3 bis 7 illustrierten Freigabestellung ist das Ventilglied 4 unter Ausführung einer Arbeitsbewegung 5 in eine aus 13 bis 17 ersichtliche Absperrstellung verfahrbar. Hier nimmt die ringförmige Dichtung 25 eine Position in dem Absperrbereich 13b des ersten Ventilkammerabschnittes 13 ein, was zur Folge hat, dass der die inneren Kanalmündungen 17 aufweisende zweite Ventilkammerabschnitt 14 von demjenigen Bereich des ersten Ventilkammerabschnittes 13 fluiddicht abgetrennt ist, der auf der dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 axial entgegengesetzten Seite der Dichtung 25 liegt und der beim Ausführungsbeispiel von dem ersten Ventilkanal 2 gebildet ist. Auf diese Weise ist ein Fluidübertritt zwischen den beiden Ventilkanälen 2, 3 verhindert.
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Wenn das Ventilglied 4 durch Auferlegung entsprechender Betätigungskräfte aus der Freigabestellung in die Absperrstellung bewegt wird, überfährt die ringförmige Dichtung 25 den Übergangsbereich 15 zwischen den beiden Ventilkammerabschnitten 13, 14. Die 8 bis 12 illustrieren eine Zwischenstellung des Ventilgliedes 4, bei der sich die Dichtung 25 noch in dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 befindet, sich allerdings in unmittelbarer Nähe des Übergangsbereiches 15 befindet. Hier ist der dem Fluid für einen Übertritt zwischen den beiden Ventilkanälen 2, 3 zur Verfügung stehende freie Strömungsquerschnitt verglichen mit der in 3 bis 7 illustrierten Freigabestellung stark verringert, weil der axiale Abstand zwischen dem Übergangsbereich 15 und der Dichtung 25 bereits relativ klein ist und folglich die nachwievor mit dem ersten Ventilkammerabschnitt 13 in Strömungsverbindung stehenden Längenabschnitte der inneren Kanalmündungen 17 relativ kurz sind.
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Wenn das Ventilglied 4 ausgehend von der Zwischenstellung der 8 bis 12 seine Arbeitsbewegung in Richtung der Absperrstellung fortsetzt, erfolgt in dem Moment ein fluiddichtes Abtrennen zwischen den beiden Ventilkanälen 2, 3, in dem die Dichtung 25 in dem Übergangsbereich 15 die dort befindlichen vorderen Randabschnitte 18a der Mündungsränder 18 der inneren Kanalmündungen 17 erreicht oder überfahren hat. Dann liegt die Dichtung 25 voll umfänglich in dem Absperrbereich 13b des ersten Ventilkammerabschnittes 13 dichtend an.
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Wenn sich die Dichtung 25 in dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 im Bereich der inneren Kanalmündungen 17 befindet, wird sie in radialer Richtung, von radial außen her, von mehreren radial in Richtung zur Längsachse 12 der Ventilkammer 7 weisenden Abstützflächen 27 abgestützt. Jeweils eine solche Abstützfläche 27 befindet sich zwischen zwei in der Umfangsrichtung der Ventilkammer 7 unmittelbar benachbart zueinander angeordneten inneren Kanalmündungen 17. Mithin liegt eine Mehrfachanordnung von Abstützflächen 27 vor, die ringsum die Längsachse 12 herum an der Begrenzungswand 6 ausgebildet sind und die jeweils von einem Flächenabschnitt der Innenumfangsfläche 11 gebildet sind, der sich zwischen zwei benachbarten inneren Kanalmündungen 17 erstreckt.
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Entsprechend des Krümmungsradius der Innenumfangsfläche 11 sind auch die Abstützflächen 27 entsprechend gekrümmt und haben, in einem Querschnitt rechtwinkelig zu der Längsachse 12 betrachtet, eine Bogenform mit zur Längsachse 12 weisender Konkavität.
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Die Abstützflächen 27 sind insbesondere streifenförmig strukturiert und haben eine zur Längsachse 12 der Ventilkammer 7 parallele Längserstreckung.
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Auf diese Weise erfährt die Dichtung 25 auch innerhalb desjenigen Bereiches des zweiten Ventilkammerabschnittes 14, in dem sich die inneren Kanalmündungen 17 befinden, eine radiale Abstützung an einer Mehrzahl von Umfangsabschnitten ihres Außenumfanges, die in der durch einen Doppelpfeil illustrierten Umfangsrichtung 28 der Dichtung 25 zueinander beabstandet sind. Die vorgenannte Umfangsrichtung 28 ist eine Richtung rings um die Längsachse 12 der Ventilkammer 7.
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Diejenigen Umfangsabschnitte der Dichtung 25, die sich über die inneren Kanalmündungen 17 der Kanaläste 16 hinweg erstrecken, ragen aufgrund der Verformbarkeit der Dichtung 25 geringfügig durch die inneren Kanalmündungen 17 hindurch in den sich anschließenden inneren Endbereich der Kanaläste 16 hinein. Dass diese Umfangsabschnitte der Dichtung 25 gleichwohl keiner verschleißfördernden Beanspruchung ausgesetzt sind, wenn die Dichtung 25 dem Übergangsbereich 15 überfährt, ist dem Umstand geschuldet, dass die sich an den Übergangsbereich 15 anschließende stirnseitige Wandfläche 32 jedes Kanalastes 16 mit einem schrägen Verlauf versehen ist und als eine die Dichtung 25 beim Einfahren in den Absperrbereich 13b unterstützende schräge Dichtungs-Einführfläche 33 ausgebildet ist. Die die schräge Dichtungs-Einführfläche 33 bildende stirnseitige Wandfläche 32 jedes Kanalastes 16 schließt sich unmittelbar an den vorderen Randabschnitt 18a des Mündungsrandes 18 an, wobei sich ihr radialer Abstand zur Innenumfangsfläche 11 der Begrenzungswand 6 mit zunehmender axialer Entfernung von dem Umfangsbereich 15 bzw. von dem vorderen Randabschnitt 18a vergrößert.
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Anders ausgedrückt hat die als Dichtungs-Einführfläche 33 fungierende stirnseitige Wandfläche 32 der Kanaläste 16 einen derartigen Schrägverlauf, dass sie sich ausgehend von einem von dem Übergangsbereich 15 weiter entfernten Bereich zunehmend an die Innenumfangsfläche 11 annähert, je geringer der Abstand zu dem Übergangsbereich 15 ist.
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Man kann sich die schrägen Dichtungs-Einführflächen 33 vorstellen, als in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Flächenabschnitte einer Trichterfläche eines sich ausgehend von dem zweiten Ventilkammerabschnitt 14 in Richtung zu dem ersten Ventilkammerabschnitt 13 verjüngenden Trichters.
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Wenn sich daher die Dichtung 25 bei der Arbeitsbewegung 5 ausgehend von der Freigabestellung in Richtung der Absperrstellung bewegt, werden die durch die inneren Kanalmündungen 17 hindurch in die Kanaläste 16 geringfügig hineinragenden Umfangsabschnitte der Dichtung 25 von den in Richtung zu dem Übergangsbereich 15 allmählich ansteigenden schrägen Dichtungs-Einführflächen 33 mehr und mehr beaufschlagt und sanft radial zurückgedrängt, bis auf einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Ventilkammer 7 entspricht. Dementsprechend ergibt sich ein schonendes Überfahren der vorderen Randabschnitte 18a der Mündungsränder 18 seitens der Dichtung 25.
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Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die schrägen Dichtungs-Einführflächen 33 kantenlos in die Innenumfangsfläche 11 der Begrenzungswand 6 übergehen. Eine im Bereich des vorderen Randabschnittes 18a des Mündungsrandes 18 nach der Herstellung der Begrenzungswand 6 verbleibende Kante ist also zweckmäßigerweise angefast oder vorzugsweise konvex abgerundet. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die schrägen Dichtungs-Einführflächen 33 in dem Übergangsbereich 15 mit konvexer Rundung in die Innenumfangsfläche 11 des Absperrbereiches 13b übergehen.
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Jede schräge Dichtungs-Einführfläche 33 schließt mit der ihr zugewandten Längsachse 12 der Ventilkammer 7 einen Neigungswinkel ”W” ein. Zweckmäßigerweise sind die Neigungswinkel ”W” sämtlicher Dichtungs-Einführflächen 33 untereinander gleich groß.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Neigungswinkel ”W” 20° beträgt oder bei etwa 20° liegt. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Sehr gute Ergebnisse werden insgesamt erzielt, wenn der Neigungswinkel ”W” in einem Winkelbereich von 10° bis 35° liegt und vorzugsweise in einem Winkelbereich von 15° bis 25° liegt.
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Auf der dem vorderen Randabschnitt 18a axial entgegengesetzten Seite kann sich an die schräge Dichtungs-Einführfläche 33 ein weiterer Wandabschnitt des betreffenden Kanalastes 16 anschließen, der eine beliebige Formgebung hat und der insbesondere auch wesentlich steiler bezüglich der Längsachse 12 ausgerichtet sein kann, was bei den Ausführungsbeispielen der Fall ist. Eine schräge Dichtungs-Einführfläche 33 erübrigt sich in denjenigen Wandbereichen, mit denen die Dichtung 25 sowieso nicht in Kontakt gelangt, weil sie nur geringfügig in die inneren Kanalmündungen 17 hineinragt.
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Als zweckmäßig wird auch erachtet, wenn sich die inneren Kanalmündungen 17 in Richtung zu dem Übergangsbereich 15 verjüngen. Zweckmäßigerweise hat jede innere Kanalmündung 17 auf der dem ersten Ventilkammerabschnitt 13 zugewandten Seite einen sich verjüngenden Endabschnitt 34. Vorzugsweise verfügt der Mündungsrand 18 über den schon erwähnten vorderen Randabschnitt 18a, der zweckmäßigerweise rechtwinkelig zur Längsachse 12 der Ventilkammer 7 verläuft. An diesen vorderen Randabschnitt 18a schließen sich zwei zueinander beabstandete längsseitige Randabschnitte 18b des Mündungsrandes 18 an, die die Abstützflächen 27 begrenzen. Diese längsseitigen Randabschnitte 18b haben zweckmäßigerweise unmittelbar im Anschluss an den vorderen Randabschnitt 18a einen bezüglich der Längsachse 12 schrägen Verlauf, um den sich verjüngenden Endabschnitt 34 zu generieren, und daran anschließend einen zu der Längsachse 12 parallelen Verlauf, insbesondere bis hin zum axial entgegengesetzten Endbereich der betreffenden inneren Kanalmündung 17.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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