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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil, wie etwa ein Kugel-Absperrventil, und insbesondere auf ein Absperrventil zum Absperren der Zufuhr eines Druckgases von einer Druckgasquelle, wie etwa in einem Hydrauliksystem. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Druckgasanlage, auf ein Hydrauliksystem und auf ein Fahrzeug oder Flugzeug mit einem derartigen Absperrventil.
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In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, die Strömung eines gasförmigen oder flüssigen Fluids selektiv absperren zu können. Zu diesem Zweck werden Absperrventile oder -schieber verwendet. Ein häufig eingesetzter Typ solcher Absperrventile sind Kugel-Absperrventile, die auch als Kugelhähne oder Kugelschieber bezeichnet werden. Sie weisen als Absperr- bzw. Verschlusskörper eine mit einem Durchgangskanal bzw. einer Durchgangsbohrung versehene Kugel oder Kugelscheibe auf, die drehbar in einem Hohlraum eines Ventilkörpers bzw. Ventilgehäuses gelagert ist und durch geeignete Verdrehung selektiv eine Fluidströmung zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal des Ventilgehäuses durch das Ventilgehäuse zulassen oder blockieren kann. Dazu sind der Hohlraum und der Absperrkörper in Fluidströmungsrichtung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet, und der Absperrkörper kann in eine erste Stellung verdreht werden, in der sein Durchgangskanal mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal ausgerichtet ist, so dass Fluid von dem Einlasskanal durch den Durchgangskanal zum Auslasskanal strömen kann, und – üblicherweise mit einer Drehung um 90° - in eine zweite Stellung verdreht werden, in der der Durchgangskanal nicht mit dem Einlasskanal und dem Auslasskanal ausgerichtet ist und eine Fluidströmung zwischen Einlasskanal und Auslasskanal verhindert wird.
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Beim Einsatz von Absperrventilen in Fluidsystemen, wie etwa pneumatischen oder hydraulischen Systemen, ist es häufig wünschenswert oder erforderlich, nach dem Schließen eines Absperrventils in dem durch die vorhergehende Fluidzufuhr unter Druck stehenden, durch das Schließen des Absperrventils abgesperrten Bereich des Fluidsystems schnell und kontrolliert einen Druckausgleich herbeiführen zu können, etwa um Wartungsarbeiten an dem abgesperrten Bereich durchzuführen.
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Ein Beispiel hierfür ist in hydraulischen Systemen von Fahrzeugen und insbesondere von Flugzeugen zu finden. Die Hydraulikflüssigkeit ist in einem Hydraulikflüssigkeitsreservoir gespeichert, aus dem sie mit Hilfe von Pumpen angesaugt, verdichtet und unter hohem Druck in den Verbraucherkreis eingespeist wird. Nach verrichteter Arbeit wird die entspannte Hydraulikflüssigkeit wieder dem Hydraulikflüssigkeitsreservoir zugeführt. Die Hydraulikflüssigkeit wird demnach in einem geschlossenen Kreislauf geführt.
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Um ein effizientes Ansaugen der Hydraulikflüssigkeit durch die Pumpen aus dem Hydraulikflüssigkeitsreservoir zu gewährleisten, kann das Hydraulikflüssigkeitsreservoir mit Druckluft beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck wird Druckluft aus einer Druckluftquelle, wie etwa dem Druckluftsystem eines Flugzeugs, entnommen, in einer Druckluftanlage konditioniert und dann dem Hydraulikflüssigkeitsreservoir zugeführt. Die Konditionierung umfasst typischerweise die Kühlung, Entwässerung und Reduktion der Druckluft auf ein benötigtes Druckniveau. Zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion muss eine solche Druckluftanlage regelmäßig entwässert werden, d.h. das aus der Druckluft abgeschiedene Wasser abgelassen werden. Dazu muss die Druckluftanlage typischerweise druckfrei geschaltet werden, indem zum einen die Druckluftzufuhr gestoppt und zum anderen ein Druckausgleich herbeigeführt werden, um die Druckluftanlage auf den umgebenden Atmosphärendruck zu bringen. Zum Stoppen der Druckluftzufuhr kann in vorteilhafter Weise ein Kugel-Absperrventil vorgesehen sein. Da die Druckluftanlage nach dem Absperren aufgrund geringer interner Leckraten sowie fehlender Druckluftabnahme mit einem Restdruck beaufschlagt bleibt, der die Funktion eines Ablassventils zur Entwässerung der Druckluftanlage beeinträchtigen oder sogar verhindern kann, muss ggf. ein separates Druckausgleichsventil vorgesehen werden.
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Die Verwendung eines Absperrventils und insbesondere eines Kugel-Absperrventils in einer solchen Anordnung und allgemein in einer Anordnung, in der in einem durch ein Absperrventil abgesperrten Bereich eines Fluidsystems ein Druckausgleich herbeigeführt werden soll, ist daher umständlich und relativ kompliziert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfacher aufgebaute und leichter zu bedienende Vorrichtung bereitzustellen, mit der eine Fluidströmung in einem Fluidsystem abgesperrt und in einem abgesperrten Bereich des Fluidsytems ein Druckausgleich herbeigeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Absperrventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Kugel-Absperrventils sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein Absperrventil, wie etwa ein Kugel-Absperrventil – bzw. Kugelhahn oder Kugelschieber –, einen Ventilkörper mit einem Einlass und einem Auslass aufweist, bevorzugt in Form eines Einlasskanals bzw. eines Auslasskanals. Das Absperrventil weist ferner einen in dem Ventilkörper angeordneten Absperrkörper auf, durch den ein Durchgangskanal bzw. eine Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Der Durchgangskanal endet an seinen beiden – in der Erstreckungsrichtung durch den Absperrkörper gesehenen – Enden in zwei voneinander beabstandeten ersten Öffnungen in einer Außenfläche des Absperrkörpers.
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Der Absperrkörper ist in der Weise in dem Ventilkörper gelagert bzw. abgestützt, dass er zwischen einer Absperrstellung, in der der Absperrkörper einen Fluidfluss zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ventilkörpers blockiert, und einer Durchlassstellung des Absperrkörpers bewegt – beispielsweise verdreht – werden kann, in der der Absperrkörper einen Fluidfluss zwischen dem Einlass und dem Auslass des Ventilkörpers durch den Absperrkörper-Durchgangskanal erlaubt.
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Zusätzlich zu dem Durchgangskanal weist der Absperrkörper einen mit einem ersten bzw. inneren Ende in den Absperrkörper-Durchgangskanal mündenden ersten Druckausgleichskanal auf, und der Ventilkörper weist einen zweiten Druckausgleichskanal auf. Der erste und der zweite Druckausgleichskanal und der Absperrkörper-Durchgangskanal sind so angeordnet und ausgestaltet, dass zum einen in der Absperrstellung des Absperrkörpers der Absperrkörper einen Fluidfluss bzw. Druckausgleich vom Auslass in ein zweites bzw. äußeres Ende des ersten Druckausgleichskanals, vom ersten Druckausgleichskanal in den Absperrkörper-Durchgangskanal und vom bzw. aus dem Absperrkörper-Durchgangskanal durch eine von dessen ersten Öffnungen – bevorzugt direkt – in den zweiten Druckausgleichskanal erlaubt. Mit anderen Worten bilden dann zumindest ein Teil des Absperrkörper- Durchgangskanals und eine von dessen ersten Öffnungen einen Teil eines Fluidströmungsweges, über den Fluid zum Druckausgleich von dem Auslass in und durch den zweiten Druckausgleichskanal strömen kann. Zum anderen blockiert der Absperrkörper in der Durchlassstellung des Absperrkörpers einen Fluidfluss bzw. Druckausgleich zwischen dem Auslass und dem zweiten Druckausgleichskanal. Das innere Ende und das äußere Ende des ersten Druckausgleichskanals sind die Enden des ersten Druckausgleichskanals in dessen Erstreckungsrichtung durch den Absperrkörper. Der zweite Druckausgleichskanal ist bevorzugt mit dem Äußeren des Ventilkörpers verbunden bzw. öffnet sich bevorzugt zur Außenseite des Ventilkörpers hin, so dass der Druckausgleich mit der Umgebung des Absperrventils stattfinden kann.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass neben dem Absperrventil kein separates Ventil zum Druckausgleich eines abgesperrten Bereichs eines Fluidsystems vorgesehen werden muss, in dem das Absperrventil angeordnet ist. Dies führt zu einer Verringerung der Komplexität des Fluidsystems und zu einer Gewichtsersparnis, die z.B. insbesondere in Flugzeugen von Bedeutung ist. Außerdem kann in vorteilhafter Weise der Druckausgleich ohne zusätzlichen Arbeitsschritt einfach gleichzeitig mit dem Schließen des Absperrventils herbeigeführt werden. Dabei ist das Absperrventil einfach aufgebaut und die Komplexität gegenüber einem herkömmlichen Absperrventil nur unwesentlich erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der zweite Druckausgleichskanal und der Absperrkörper-Durchgangskanal ferner so angeordnet und ausgestaltet, dass in der Absperrstellung des Absperrkörpers ein Ende des zweiten Druckausgleichskanals direkt an einer der ersten Öffnungen des Absperrkörper-Durchgangskanals liegt und in der Durchlassstellung des Absperrkörpers dieses Ende des zweiten Druckausgleichskanals direkt vom Ventilkörper verschlossen ist, d.h. ein Fluidfluss in den zweiten Druckausgleichskanal durch dieses Ende vom Ventilkörper blockiert wird.
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Es ist bevorzugt, wenn der Einlass, der Auslass, die Absperrkörper-Durchgangsbohrung und der erste und der zweite Druckausgleichskanal so angeordnet sind, dass bei der Bewegung des Absperrkörpers aus der Durchlassstellung in die Absperrstellung zuerst ein Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen dem Einlass und dem Auslass blockiert wird, bevor der Druckausgleich bzw. Fluidfluss zwischen dem Auslass und dem zweiten Druckausgleichskanal ermöglicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Absperrkörper-Durchgangskanal und der erste Druckausgleichskanal gerade, und der erste Druckausgleichskanal verläuft senkrecht zu dem Absperrkörper-Durchgangskanal. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach zu verwirklichen. In dieser Ausführungsform und auch unabhängig davon ist es ferner bevorzugt, wenn der zweite Druckausgleichskanal gerade ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform mündet der erste Druckausgleichskanal in der Mitte zwischen den beiden Enden des Absperrkörper-Durchgangskanals in der Erstreckungsrichtung durch den Absperrkörper bzw. in der Mitte zwischen den beiden ersten Öffnungen des Absperrkörper-Durchgangskanals in den Absperrkörper-Durchgangskanal.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Absperrkörper bei der Bewegung zwischen der Durchlassstellung und der Absperrstellung um 90° verdreht wird, d.h. dass die Durchlassstellung und die Absperrstellung um 90° in Drehrichtung voneinander beabstandet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des ersten Druckausgleichskanals und/oder des zweiten Druckausgleichskanals geringer als der Durchmesser des Absperrkörper-Durchgangskanals, des Einlasses und des Auslasses, und/oder der Durchmesser des ersten Druckausgleichskanals ist geringer als der Durchmesser des zweiten Druckausgleichskanals. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass für den Druckausgleich geringere Leitungsquerschnitte als für die "reguläre" Fluidströmung wünschenswert sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Absperrventils, in der es bevorzugt ein Kugel-Absperrventil – bzw. Kugelhahn oder Kugelschieber – ist, weist der Ventilkörper, der insbesondere als ein Gehäuse ausgebildet sein kann, einen Hohlraum auf, der durch eine Innenfläche des Ventilkörpers begrenzt wird. Der Einlass wird durch einen in dem Ventilkörper vorgesehenen Einlasskanal zum Einlass von Fluid in den Ventilkörper gebildet, und der Auslass wird durch einen in dem Ventilkörper vorgesehenen Auslasskanal zum Auslass von Fluid aus dem Ventilkörper gebildet. Der Einlasskanal und der Auslasskanal, die bevorzugt gerade sind und zum Beispiel eine kreisförmige oder auch eine andere Querschnittsform haben können, münden an voneinander beabstandet Einmündungen in den Hohlraum ein. Die Einmündungen werden durch entsprechende Einmündungsöffnungen gebildet, deren Formen bevorzugt der Form des Einlasskanals bzw. Auslasskanals entsprechen. Der Einlasskanal, der Auslasskanal und der Hohlraum bilden einen Durchgang oder zumindest einen Teil eines Durchgangs durch den Ventilkörper, wobei durch den Durchgang Fluid, das durch den Einlasskanal in den Ventilkörper eintritt, durch den Ventilkörper strömen und durch den Auslasskanal aus dem Ventilkörper austreten kann. Entlang des Durchgangs ist der Hohlraum zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal angeordnet.
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In dieser Ausführungsform – aber auch in anderen Ausführungsformen – kann der Absperrkörper bzw. Verschlusskörper bei Ausgestaltung des Absperrventils als Kugel-Absperrventil bevorzugt in Form einer Kugel oder einer Kugelscheibe bzw. eines Kugelrings vorgesehen sein, und/oder seine Außenfläche kann zum Beispiel sphärisch gekrümmt sein oder zumindest einen sphärisch gekrümmten und ringförmig geschlossenen Abschnitt aufweisen. Die beiden ersten Öffnungen sind dabei bevorzugt in einem sphärisch gekrümmten Abschnitt der Außenfläche ausgebildet. Wenn der Absperrkörper in Form einer Kugel oder einer Kugelscheibe vorgesehen ist, erstreckt sich der Absperrkörper-Durchgangskanal bevorzugt durch den Mittelpunkt der Kugel bzw. der der Kugelscheibe entsprechenden Vollkugel und ist ferner bevorzugt symmetrisch in Bezug auf die Kugel bzw. Kugelscheibe angeordnet. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass bei Ausgestaltung des Absperrventils als Kugel-Absperrventil gewisse Abweichungen von der Kugelform und von einer sphärischen Krümmung der Außenfläche oder zumindest eines Abschnitts der Außenfläche möglich und in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung wünschenswert sind, etwa um eine Abdichtung zwischen dem Absperrkörper und dem Ventilkörper zu verbessern. Ist der Absperrkörper in Form einer Kugelscheibe ausgebildet, ist es bevorzugt, wenn die Kugelscheibe einer symmetrisch aus einer Vollkugel herausgeschnittenen Scheibe entspricht, d.h. wenn die beiden parallelen Schnittflächen zu beiden Seiten gleich weit von einer durch den Mittelpunkt der Vollkugel verlaufenden Ebene beabstandet sind. Im Fall einer Kugelscheibe ist die Außenfläche ringförmig und wird durch den der Vollkugel entsprechenden Teil der Außenseite der Kugelscheibe gebildet.
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Ferner ist der Absperrkörper in dieser Ausführungsform – unabhängig davon, ob das Absperrventil als Kugel-Absperrventil oder der Absperrkörper in Form einer Kugel oder Kugelscheibe ausgebildet ist oder nicht – in dem Hohlraum angeordnet und um mindestens eine Achse drehbar abgestützt, was entweder "schwimmend" unter Zulassung einer gewissen Translationsbewegung des Absperrkörpers im Hohlraum oder durch Drehzapfen "geführt" geschehen kann. Zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der Innenfläche des Ventilkörpers bzw. Hohlraums ist eine Abdichtung vorgesehen, die keinen Fluidfluss bzw. keine Fluidströmung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal entlang der Innenfläche und der Außenfläche zulässt, d.h. durch einen etwaigen Zwischenraum zwischen der Innenfläche und der Außenfläche. Diese Abdichtung kann durch ein oder mehrere Dichtungselemente, die zwischen der Innenfläche und der Außenfläche angeordnet sind, und/oder durch eine dichtende Anlage der Außenfläche an der Innenfläche bewirkt werden.
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Die drehbare Abstützung des Absperrkörpers ist in dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass er zwischen einer Durchlassstellung bzw. geöffneten Stellung und einer Absperrstellung bzw. geschlossenen Stellung verdrehbar ist, beispielsweise durch manuelle Betätigung eines geeigneten mechanischen Betätigungsmechanismus oder elektrisch mit Hilfe eines Stellmotors. In der Durchlassstellung steht der Einlasskanal mit einer der beiden ersten Öffnungen und der Auslasskanal mit der anderen der beiden ersten Öffnungen in Fluidverbindung, so dass ein Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal durch den Absperrkörper-Durchgangskanal möglich ist. Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter Fluidverbindung zwischen zwei Elementen in üblicher Weise verstanden, dass ein Fluid zwischen den beiden Elementen strömen kann, wie zum Beispiel insbesondere Luft. In der Absperrstellung sind die Einmündungsöffnungen des Einlasskanals und des Auslasskanals von den beiden ersten Öffnungen in Umfangsrichtung des Absperrkörpers bzw. in Drehrichtung bzw. winkelmäßig beabstandet, und der Absperrkörper und die Abdichtung blockieren jeden Fluidfluss bzw. jede Fluidströmung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal. Dass eine Öffnung in dem Ventilkörper und eine Öffnung in dem Absperrkörper voneinander beabstandet sind, wie jede der Einmündungsöffnungen und jede der ersten Öffnungen in der Absperrstellung des Absperrkörpers, bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung in üblicher Weise, dass sich die entsprechenden Öffnungen nicht überdecken bzw. überlappen oder – anders ausgedrückt – dass zwischen ihnen ein Winkelabstand vorhanden ist bzw. die Öffnung in dem Absperrkörper von der Projektion der Öffnung in dem Ventilkörper auf die Oberfläche des Absperrkörpers beabstandet ist.
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Ferner endet in dieser Ausführungsform der in dem Absperrkörper ausgebildete erste Druckausgleichskanal, der an einem seiner beiden entlang der Erstreckungsrichtung durch den Absperrkörper gegenüberliegenden Enden – nämlich dem inneren Ende in den Absperrkörper-Durchgangskanal mündet, an seinem anderen, äußeren Ende in einer von den beiden ersten Öffnungen beabstandeten zweiten Öffnung in der Außenfläche des Absperrkörpers, insbesondere in einem sphärisch gekrümmten Abschnitt der Außenfläche. Der zweite Druckausgleichskanal ist in der Weise in dem Ventilkörper ausgebildet, dass er an seinen beiden entlang der Erstreckungsrichtung durch den Ventilkörper gegenüberliegenden Enden sich einerseits zum Äußeren des Ventilkörpers öffnet und andererseits in einer von dem Einlasskanal und dem Auslasskanal und deren Einmündungsöffnungen in den Hohlraum beabstandeten dritten Öffnung in der Innenfläche des Ventilkörpers bzw. der den Hohlraum begrenzenden Wandung endet.
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Das Absperrventil ist in dieser Ausführungsform so ausgebildet, dass in der Absperrstellung des Absperrkörpers die zweite Öffnung mit dem Auslasskanal und die dritte Öffnung mit einer der ersten Öffnungen in Fluidverbindung steht, so dass ein Fluid, wie zum Beispiel insbesondere Druckluft, durch den Auslasskanal, von dort durch die zweite Öffnung, von dort durch den ersten Druckausgleichskanal, von dort durch den Absperrkörper-Durchgangskanal, von dort durch die mit der dritten Öffnung in Fluidverbindung stehende erste Öffnung und in die dritte Öffnung und von dort durch den zweiten Druckausgleichskanal zum Äußeren des Ventilkörpers abströmen kann. Mit anderen Worten wird der Auslasskanal in der Absperrstellung zur Atmosphäre hin geöffnet.
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Ferner sind in dieser Ausführungsform in der Durchlassstellung des Absperrkörpers die zweite Öffnung und die dritte Öffnung in Umfangsrichtung des Absperrkörpers bzw. winkelmäßig voneinander und von dem Einlasskanal und dem Auslasskanal bzw. deren Einmündungsöffnungen beabstandet angeordnet. Das bedeutet, dass die zweite Öffnung gegenüber der Innenfläche des Ventilkörpers angeordnet ist und die dritte Öffnung gegenüber der Außenfläche des Absperrkörpers angeordnet ist. Die Abdichtung ist so ausgebildet, dass ein Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen dem Einlasskanal und der zweiten und dritten Öffnung und ein Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen dem Auslasskanal und der zweiten und dritten Öffnung unmöglich ist. Mit anderen Worten wird in der Durchlassstellung die Öffnung des Auslasskanals zur Atmosphäre hin blockiert bzw. verhindert.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil eines besonders einfachen Aufbaus und einer besonders geringen Komplexität.
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In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform sind der Einlasskanal, der Auslasskanal, die ersten Öffnungen, die zweite Öffnung und die dritte Öffnung so angeordnet, dass in der Durchlassstellung des Absperrkörpers die ersten Öffnungen mit den Einmündungen bzw. Einmündungsöffnungen des Einlasskanals bzw. des Auslasskanals in den Hohlraum ausgerichtet sind und die zweite und dritte Öffnung von den Einmündungen bzw. Einmündungsöffnungen des Einlasskanals und des Auslasskanals in den Hohlraum und voneinander beabstandet sind und dass in der Absperrstellung des Absperrkörpers die zweite Öffnung mit einer der beiden ersten Öffnungen ausgerichtet ist und die andere der beiden ersten Öffnungen mit der dritten Öffnung ausgerichtet ist. Dass eine Öffnung in der Innenfläche des Ventilkörpers und eine Öffnung in der Außenfläche des Absperrkörpers miteinander ausgerichtet sind, bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung in üblicher Weise, dass sich die entsprechenden Öffnungen – über einen ggf. vorhandenen Zwischenraum zwischen der Innenfläche und der Außenfläche – unmittelbar gegenüberliegen und dass sie relativ zueinander zentriert sind, d.h. ihre zentralen Achsen auf einer gemeinsamen geraden Linie liegen.
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In einer weiteren oder alternativen bevorzugten Weiterbildung sind der Einlasskanal und seine Einmündungsöffnung in den Hohlraum, der Auslasskanal und seine Einmündungsöffnung in den Hohlraum, die ersten Öffnungen, die zweite Öffnung, die dritte Öffnung und die Abdichtung so angeordnet, dass bei der Verdrehung des Absperrkörpers aus der Durchlassstellung in die Absperrstellung zuerst ein Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal blockiert wird, bevor die zweite Öffnung mit dem Auslasskanal und/oder die dritte Öffnung mit einer der ersten Öffnungen in Fluidverbindung gelangt. Durch diese Ausgestaltung, mittels derer der erste Druckausgleichskanal und/oder der zweite Druckausgleichskanal bei der Verdrehung des Absperrkörpers aus der Durchlassstellung in die Absperrstellung erst dann mit dem Auslasskanal in Fluidverbindung kommt, wenn der Einlasskanal durch den Absperrkörper in Bezug auf den Auslasskanal blockiert und eine Fluidverbindung vom Einlasskanal über die dritte Öffnung zur Atmosphäre verhindert ist, wird in vorteilhafter Weise die Öffnung des Auslasskanals gegenüber der Atmosphäre ohne weitere Arbeitsschritte durch einfaches Schließen des Absperrventils bewirkt. Ansonsten wäre es ggf. erforderlich, ein zusätzliches Entlüftungsventil z.B. in dem zweiten Druckausgleichskanal vorzusehen.
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Werden die beiden vorhergehenden Weiterbildungen kombiniert, so ist es ferner bevorzugt, dass in der Durchlassstellung des Absperrkörpers der maximale Winkelabstand zwischen dem Rand der mit dem Einlasskanal ausgerichteten ersten Öffnung und dem Rand der Einmündungsöffnung des Einlasskanals kleiner als der minimale Winkelabstand zwischen dem Rand der mit dem Auslasskanal ausgerichteten ersten Öffnung und dem Rand der zweiten Öffnung ist. Mit anderen Worten ist die zweite Öffnung bei der Verdrehung des Absperrkörpers aus der Durchlassstellung in die Absperrstellung so lange von der Einmündungsöffnung des Auslasskanals in Umfangsrichtung des Absperrkörpers beabstandet, bis die in der Durchlassstellung des Absperrkörpers mit dem Einlasskanal ausgerichtete erste Öffnung von dem Einlasskanal in Umfangsrichtung des Absperrkörpers beabstandet ist. Wenn die Abdichtung, etwa durch in unmittelbarer Nähe der Einmündungsöffnungen des Einlasskanals und des Auslasskanals oder der ersten Öffnungen angeordnete Dichtungselemente, so ausgestaltet ist, dass jeder Eintritt von Fluid aus dem Einlasskanal und dem Auslasskanal zwischen den Absperrkörper und die Hohlraumwandung verhindert wird oder ein solcher Eintritt in seiner Ausdehnung beschränkt ist, wird durch die obige Ausgestaltung in einfacher Weise erreicht, dass der Auslasskanal erst dann zur Atmosphäre hin geöffnet wird, wenn der Absperrkörper und die Abdichtung einen Fluidfluss bzw. eine Fluidströmung zwischen Einlasskanal und Auslasskanal blockieren. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn in der Durchlassstellung des Absperrkörpers der maximale Winkelabstand zwischen dem Rand der mit dem Einlasskanal ausgerichteten ersten Öffnung und dem Rand der Einmündungsöffnung des Einlasskanals kleiner als der minimale Winkelabstand zwischen dem Rand der mit dem Auslasskanal ausgerichteten ersten Öffnung und dem Rand der dritten Öffnung ist. Mit anderen Worten ist dann die dritte Öffnung bei der Verdrehung des Absperrkörpers aus der Durchlassstellung in die Absperrstellung so lange von der in der Durchlassstellung des Absperrkörpers mit dem Auslasskanal ausgerichteten ersten Öffnung beabstandet, bis die in der Durchlassstellung des Absperrkörpers mit dem Einlasskanal ausgerichtete erste Öffnung von dem Einlasskanal in Umfangsrichtung des Absperrkörpers beabstandet ist.
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In einer weiteren oder alternativen bevorzugten Weiterbildung umfasst die Abdichtung ein oder mehrere Dichtungselemente, die zwischen der Innenfläche und der Außenfläche angeordnet sind, wobei bevorzugt jeweils ein Dichtungselement unmittelbar benachbart zu den Einmündungsöffnungen des Einlasskanals und des Auslasskanals in den Hohlraum angeordnet ist und diese beiden Dichtungselemente den Eintritt von Fluid aus dem Einlasskanal und dem Auslasskanal zwischen die Innenfläche und die Außenfläche verhindern.
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Ein Absperrventil der obigen Ausgestaltung, bevorzugt ein Kugel-Absperrventil, kann in vorteilhafter Weise in einer Druckgasanlage, insbesondere einer Druckluftanlage, zum Konditionieren eines von einer Druckgasquelle gelieferten Druckgases Verwendung finden, insbesondere zum Kühlen, Entwässern und/oder zur Druckreduktion des von der Druckgasquelle gelieferten Druckgases. Die Druckgasanlage weist einen Eingangsanschluss zum Anschluss einer Druckgasquelle, einen Ausgangsanschluss oder mehreren Ausgangsanschlüsse zum Anschluss von mit Druckgas zu versorgenden Vorrichtungen und eine zwischen dem Eingangsanschluss und dem einen Ausgangsanschluss oder den mehreren Ausgangsanschlüssen angeordnete Einrichtung zum Konditionieren – insbesondere zum Kühlen, Entwässern und/oder zur Druckreduktion des von der Druckgasquelle gelieferten Druckgases – von über den Eingangsanschluss in die Druckgasanlage eingeleitetem Druckgas auf. Ferner weist sie ein Absperrventil gemäß einer der oben erläuterten Ausgestaltungen auf, wobei entweder dessen Einlass bzw. Einlasskanal mit dem Eingangsanschluss verbunden ist und dessen Auslass bzw. Auslasskanal mit der Einrichtung zum Konditionieren von Druckgas verbunden ist oder dessen Auslass bzw. Auslasskanal mit dem Eingangsanschluss verbunden ist. Im letzteren Fall bildet der Einlass bzw. Einlasskanal des Absperrventils praktisch den Eingangsanschluss der Druckgasanlage.
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Eine solche Druckgasanlage oder auch unabhängig davon ein Absperrventil – bevorzugt ein Kugel-Absperrventil – der obigen Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise in einem Hydrauliksystem Verwendung finden. Das Hydrauliksystem weist ein Hydraulikflüssigkeitsreservoir, eine Druckgasquelle, insbesondere eine Druckluftquelle, und eine Druckgasanlage der obigen Ausgestaltung, deren Eingangsanschluss an die Druckgasquelle angeschlossen ist, wobei mindestens einer der Ausgangsanschlüsse der Druckgasanlage mit dem Hydraulikflüssigkeitsreservoir verbunden ist, und/oder ein Absperrventil – bevorzugt Kugel-Absperrventil – der obigen Ausgestaltung auf, das in einer Fluidleitung des Hydrauliksystems angeordnet ist. Das Absperrventil ermöglicht dann in einfacher Weise das Absperren der Druckgaszufuhr bzw. einer Fluidzufuhr und den Druckausgleich des abgesperrten Bereichs, wie insbesondere der Druckgasanlage.
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Ein Absperrventil, bevorzugt in Form eines Kugelabsperrventils, eine Druckgasanlage und/oder ein Hydrauliksystem der obigen Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise in einem Fahrzeug und besonders bevorzugt in einem Flugzeug Verwendung finden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kugel-Absperrventils in dessen Durchlassstellung bzw. geöffneter Stellung, und
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2 zeigt eine Querschnittsansicht des Kugel-Absperrventils der 1 in dessen Absperrstellung bzw. geschlossener Stellung.
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3 zeigt schematisch ein Hydrauliksystem eines Flugzeugs mit dem Kugel-Absperrventil der 1 und 2.
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Das in dem 1 und 2 gezeigte Kugel-Absperrventil 1 weist einen Ventilkörper in Form eines Gehäuses 2 und einen kugelförmigen Absperrkörper 3 auf. Der Absperrkörper 3 ist in einem ebenfalls kugelförmigen Hohlraum 4 angeordnet, der in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist und im Wesentlichen dieselbe Größe und Form wie der Absperrkörper 3 hat. Der Absperrkörper 3 ist in dem Hohlraum 4 um eine Drehachse 5 drehbar gelagert, die sich senkrecht zur Zeichenebene durch den Mittelpunkt des Hohlraums 4 erstreckt, und kann daher zwischen der in 1 dargestellten geöffneten Stellung und der in 2 gezeigten geschlossenen Stellung um 90° verdreht werden.
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In dem Gehäuse 2 sind ferner ein gerader Einlasskanal 6 und ein gerader Auslasskanal 7, die denselben Durchmesser haben und von beispielsweise kreisförmigem Querschnitt sind. Sie sind auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums 4 um 180° gegeneinander versetzt angeordnet, und ihre zentralen Achsen liegen auf einer gemeinsamen geraden Linie 8. In dem Absperrkörper 3 ist ein entsprechender gerader Durchgangskanal 9 ausgebildet, der beispielsweise denselben Durchmesser und dieselbe Querschnittsform wie der Einlasskanal 6 und der Auslasskanal 7 hat und den Absperrkörper 3 zentral durchläuft.
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In der in 1 dargestellten Stellung des Absperrkörpers 3 ist der Durchgangskanal 9 mit dem Einlasskanal 6 und dem Auslasskanal 7 ausgerichtet, so dass er gemeinsam mit ihnen einen Durchgangskanal durch das Ventil 1 bildet, durch den Druckluft strömen kann. Zwischen der den Hohlraum 4 begrenzenden sphärischen Innenfläche 10 des Gehäuses 2 und der sphärischen Außenfläche 11 des Absperrkörpers 3 sind Dichtungselemente (nicht gezeigt) angeordnet, die einen Eintritt von Druckluft aus dem Einlasskanal 6 und dem Auslasskanal 7 in den Spalt 12 zwischen der Innenfläche 10 und der Außenfläche 11 und damit eine Druckluftströmung zwischen dem Einlasskanal 6 und dem Auslasskanal 7 durch den Spalt 12 verhindern. Alternativ kann dies auch durch eine dichtende Anlage von Innenfläche 10 und Außenfläche 11 bewirkt werden. In dieser geöffneten Stellung des Ventils 1, in der eine Druckluftströmung zwischen Einlasskanal 6 und Auslasskanal 7 möglich ist, sind die beiden Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9 des Absperrkörpers 3 mit den Einmündungsöffnungen 14 des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 in den Hohlraum 4 ausgerichtet.
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In der in 2 dargestellten Stellung des Absperrkörpers 3 ist der Durchgangskanal 9 demgegenüber um 90° gegenüber dem Einlasskanal 6 und dem Auslasskanal 7 verdreht, und die beiden Öffnungen 13 an seinen Enden sind in Umfangsrichtung des Absperrkörpers 3 von den Einmündungsöffnungen 14 des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 beabstandet, so dass der Absperrkörper 3 – zusammen mit den Dichtungselementen – verhindert, dass Druckluft von dem Einlasskanal 6 zu dem Auslasskanal 7 gelangen kann.
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In dem Absperrkörper 3 ist ferner ein gerader Druckausgleichskanal 15 ausgebildet, der senkrecht zum Durchgangskanal 9 verläuft und an einem Ende in der Mitte zwischen den beiden Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9 in diesen einmündet und an seinem gegenüberliegenden Ende in einer Öffnung 16 in der Außenfläche 11 des Absperrkörpers 3 endet. In dem Gehäuse 2 ist ein weiterer gerader Druckausgleichskanal 17 ausgebildet, der senkrecht zu dem Einlasskanal 6 und dem Auslasskanal 7 bzw. der Linie 8 verläuft und an einem Ende in einer Öffnung 18 in der Innenfläche 10 endet und am gegenüberliegenden Ende zur Atmosphäre hin offen ist. Die Öffnung 16 ist in der Mitte zwischen den beiden Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9 angeordnet, und die Öffnung 18 ist in der Mitte zwischen den beiden Einmündungsöffnungen 14 des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 angeordnet. Die Druckausgleichskanäle 15 und 17 haben einen geringeren Durchmesser als der Einlasskanal 6, der Auslasskanal 7 und der Durchgangskanal 9 und können beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt haben.
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In der in 1 gezeigten geöffneten Stellung ist der Druckausgleichskanal 15 in der Weise von dem Druckausgleichskanal 17 entfernt auf der gegenüberliegenden Seite des Absperrkörpers 3 angeordnet, dass die Öffnungen 16 und 18 um 180° voneinander entlang des Umfangs des Absperrkörpers 3 beabstandet sind. Die Öffnungen 16 und 18 sind jeweils gegenüber einem geschlossenen Abschnitt der Innenfläche 10 bzw. der Außenfläche 11 angeordnet, und es ist keine Druckluftströmung zwischen ihnen möglich. Daher sind der Einlasskanal 6 und der Auslasskanal 7 zur Atmosphäre hin geschlossen.
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Wird nun der Absperrkörper 3 aus der Stellung der 1 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung auf die Stellung der 2 verdreht, verschließt der Absperrkörper 3 zunehmen den Einlasskanal 6 und den Auslasskanal 7, indem die Einmündungsöffnungen 14 des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 zunehmend von der Außenfläche 11 des Absperrkörpers 3 abgedeckt werden. Außerdem erreicht schließlich die Öffnung 16 des Druckausgleichskanals 15 des Absperrkörpers 3 die Einmündungsöffnung 14 des Auslasskanals 7, wodurch eine Druckluftverbindung zwischen ihnen hergestellt wird, und eine der Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9 erreicht die Öffnung 18, wodurch eine Druckluftverbindung zwischen ihnen hergestellt wird. In der in 2 gezeigten Stellung sind einerseits die Öffnung 16 des Druckausgleichskanals 15 des Absperrkörpers 3 und die Einmündungsöffnung 14 des Auslasskanals 7 und andererseits die entsprechende Öffnung 13 und die Öffnung 18 jeweils zueinander ausgerichtet bzw. zentriert und liegen einander unmittelbar gegenüber. In dieser Stellung ist die Druckluftströmung zwischen Einlasskanal 6 und Auslasskanal 7 blockiert und der Auslasskanal 7 über den Druckausgleichskanal 15, die Öffnung 16, einen Teil des Durchgangskanals 9, die Öffnung 13, die Öffnung 18 und den Druckausgleichskanal 17 zur Atmosphäre hin geöffnet, wie es durch die Pfeile 19 in 2 angedeutet ist.
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Der Winkeldurchmesser der Einmündungsöffnungen 14 und der Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9 ist geringer als der Winkelabstand zwischen dem Rand der Öffnung 16 und dem Rand von jeder der Öffnungen 13 an den Enden des Durchgangskanals 9. Daher werden während der beschriebenen Drehbewegung die Einmündungsöffnungen 14 des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 vollständig von der Außenfläche 11 des Absperrkörpers 3 abgedeckt und verschlossen, bevor die Öffnung 16 des Druckausgleichskanals 15 des Absperrkörpers 3 die Einmündungsöffnung 14 des Auslasskanals 7 erreicht und dadurch eine Druckluftverbindung zwischen ihnen hergestellt wird. Somit wird der Auslasskanal 7 erst zur Atmosphäre hin geöffnet, wenn die Druckluftzufuhr vom Einlasskanal 6 zum Auslasskanal 7 abgesperrt ist, so dass zu keinem Zeitpunkt eine Verbindung vom Einlasskanal 6 über den Druckausgleichskanal 17 zur Atmosphäre hin entsteht, wodurch unnötiges Ausblasen von aus der Druckquelle gespeister Druckluft und die damit verbundene Geräuschbildung verhindert wird.
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Dieses Kugel-Absperrventil 1 kann in vorteilhafter Weise einen Teil eines Hydrauliksystems eines Flugzeugs bilden. Ein Beispiel für ein solches Hydrauliksystem 20 ist schematisch und vereinfacht in 3 dargestellt.
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Das Hydrauliksystem 20 weist ein Reservoir 21 auf, in dem sich eine Hydraulikflüssigkeit 22 befindet. Die Hydraulikflüssigkeit 21 wird mit Hilfe einer Hydraulikpumpe 23 über eine Leitung 24 in einem geschlossenen Kreislauf zu hydraulischen Verbrauchern 25 (in 3 ist aus Darstellungsgründen nur ein hydraulischer Verbraucher gezeigt) und nach Verrichtung von Arbeit in den hydraulischen Verbrauchern 25 wieder zurück zum Reservoir 21 gepumpt. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass ein Hydrauliksystem in der Praxis nicht nur mehrere hydraulische Verbraucher 25 aufweist, sondern auch mehrere Hydraulikpumpen 23, Hydraulikreservoirs 21 und/oder Kreisläufe 24 aufweisen kann.
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Entsprechend den obigen Erläuterungen weist das Hydrauliksystem 20 ferner eine Druckluftanlage 26 auf, die über eine Druckluftleitung 27, in der ein Rückschlagventil 28 vorgesehen ist, mit dem Reservoir 21 verbunden ist. Die Druckluftanlage 26 ist dazu eingerichtet und angepasst, um das Reservoir 21 bzw. die in dem Reservoir 21 befindliche Hydraulikflüssigkeit 22 mit Druckluft 29 zu beaufschlagen, um ein effizientes Ansaugen der Hydraulikflüssigkeit 22 durch die Pumpe 23 aus dem Reservoir 21 zu gewährleisten.
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Die Druckluftanlage 26 bezieht die Druckluft 29 ihrerseits über eine Leitung 30 von einer Druckluftquelle 31, die durch das vorhandene Druckluftsystem des Flugzeugs bzw. eine Zapfluftquelle des Flugzeugs gebildet wird, und ist ferner dazu eingerichtet und angepasst, um die Druckluft 29 vor der Zuführung zu dem Reservoir 21 für die vorgesehene Anwendung zu konditionieren. Im gezeigten Beispiel umfasst die Konditionierung neben der Kühlung der Druckluft 29 und der Druckreduktion auf ein geeignetes Niveau die Entwässerung und Filterung der Druckluft 29. Zu diesem Zweck weist die Druckluftanlage 26 einen Luftfilter 32 und einen Wasserabscheider 33 auf. Das von dem Wasserabscheider 33 abgeschiedene und in diesem gesammelte Wasser kann über ein Wasserablassventil 34 in eine Wasserauffangvorrichtung 35 abgelassen werden.
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Um die Funktion der Druckluftanlage 26 und des Wasserabscheiders 33 aufrecht zu erhalten, muss das abgeschiedene Wasser regelmäßig abgelassen werden. Um dies gefahrlos und mit einfachen Mitteln durchführen zu können, weist die Druckluftanlage 26 das Kugel-Absperrventil 1 der oben beschriebenen Ausgestaltung auf, mit dem die Druckluftanlage 26 druckfrei geschaltet werden kann. Der Einlasskanal 37 des Kugel-Absperrventils 1 ist über die Leitung 30 mit der Druckluftquelle 31 verbunden, und der Auslasskanal 38 des Kugel-Absperrventils 1 ist über eine Leitung 39 mit einem Einlassanschluss 36 einer den Luftfilter 32 und den Wasserabscheider 33 enthaltenden Arbeitseinheit 40 der Druckluftanlage 26 verbunden. Es ist darauf hinzuweisen, dass auch die Arbeitseinheit 40 selbst als Druckluftanlage angesehen werden könnte, wobei dann das Kugel-Absperrventil 1 als externe, an diese Druckluftanlage angeschlossene Komponente anzusehen wäre.
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Im Normalbetrieb befindet sich das Kugel-Absperrventil 1 bzw. dessen Absperrkörper 3 in der in 1 gezeigten geöffneten Stellung. Durch Betreiben eines Stellmotors 41 kann das Kugel-Absperrventil 1 bzw. dessen Absperrkörper 3 in die in 2 gezeigte geschlossene Stellung gebracht werden, wodurch in der beschriebenen Weise in einem Arbeitsschritt die Druckluftzufuhr zu der Arbeitseinheit 40 blockiert und der Druck in der Druckluftanlage 26 auf den Umgebungsdruck gebracht wird. Das Rückschlagventil 28 verhindert, dass Hydraulikflüssigkeit 22 in die Druckluftanlage 26 gelangt.
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Das Wasserablassventil 34 ist federbelastet und so ausgebildet, dass es durch den im Normalbetrieb in der Druckluftanlage 26 vorherrschenden Druck gegen die Kraft einer Feder in die geschlossene Stellung gedrückt wird. Wenn die Druckluftanlage 26 durch entsprechende Betätigung des Kugel-Absperrventils 1 druckfrei geschaltet wird, öffnet sich das Wasserablassventil 34 durch die Kraft der Feder automatisch.
