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Die Erfindung betrifft einen Mehrfachventileinsatz, ein Mehrfachventil sowie eine Ventilanordnung mit einem Mehrfachventil, das einen Mehrfachventileinsatz aufweist.
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Ventilanordnungen, beispielsweise in Form einer Ventilinsel, weisen oft ein Grundmodul auf, auf dem verschiedene Ventilmodule aufgenommen sind. Es ist wünschenswert, dass einzelne Ventilmodule auch im laufenden Betrieb getauscht werden können. Um zu verhindern, dass dabei Fluid ungewollt aus den freien Steckplätzen des Grundmoduls austritt, kann ein Rückschlagventil in den jeweiligen Fluidanschluss im Grundmodul der Ventilinsel eingesetzt sein, das ein Ausströmen von Fluid verhindert, wenn kein Ventilmodul aufgesteckt ist. Das Rückschlagventil ist dabei so ausgelegt, dass es durch Einwirkung des Ventilmoduls in eine permanent offene Stellung bewegt werden kann, um eine Fluidströmung zum Ventilmodul hin zuzulassen. Dieses Prinzip ist beispielsweise in der WO 2008/ 125 131 A1 gezeigt.
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Die Montage der einzelnen Rückschlagventile für die jeweiligen Fluidanschlüsse ist zeitaufwendig und damit kostenintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Montage von Rückschlagventilen in einer Ventilanordnung wie beispielsweise einer Ventilinsel zu vereinfachen und somit die Ventilanordnung kostengünstiger zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird zum einen mit einem Mehrfachventileinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Mehrfachventileinsatz ist dazu vorgesehen, in einen langgestreckten, entlang einer Längsrichtung geradlinig verlaufenden Fluidkanal eingeschoben zu werden, der eine Innenwandung mit mehreren, entlang der Längsrichtung nebeneinanderliegenden Öffnungen aufweist. Der Mehrfachventileinsatz umfasst einen langgestreckten Träger und wenigstens ein Ventilelement, wobei der Träger wenigstens einen Stützabschnitt zur Anlage an der Wandung des Fluidkanals und wenigstens einen Aufnahmebereich aufweist, in dem das Ventilelement so mit dem Träger verbunden ist, dass es zumindest in Längsrichtung des Trägers gegenüber diesem unverschieblich ist. Es sind mehrere Ventildichtungen zum Verschließen der Öffnungen vorgesehen, die an einem oder mehreren Ventilelementen vorgesehen sind, wobei die Ventildichtungen in Längsrichtung des Trägers aufeinanderfolgend angeordnet und in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung beweglich sind. Erfindungsgemäß können mehrere Fluidanschlüsse gleichzeitig durch einen einzigen Mehrfachventileinsatz mit Rückschlagventilen versehen werden, sodass sich der Montageaufwand gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert. Der Mehrfachventileinsatz ist soweit vormontiert, dass er einfach in einen Fluidkanal der Ventilanordnung eingeschoben werden kann und lediglich an der gewünschten Stelle unter den zu verschließenden Öffnungen positioniert werden muss. Da das Ventilelement fest am Träger befestigt ist, werden die Ventildichtungen automatisch durch eine geeignete Positionierung des Trägers an ihre gewünschten Positionen gebracht.
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Der Träger ist normalerweise starr und vorzugsweise einstückig ausgeführt, zum Beispiel aus einem geeigneten Kunststoff.
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Um den Fluiddurchfluss durch den Fluidkanal nicht zu behindern, sollte der Träger im Querschnitt eine ausreichende Fluidströmung in Längsrichtung zulassen. Dies ist beispielsweise durch Unterbrechungen und Ausnehmungen sowie eine geeignete Form des Querschnitts des Trägers erreichbar. An keiner Stelle ist der Querschnitt der Fluidleitung durch den Träger komplett verschlossen und bevorzugt auch nicht durch eine andere Komponente des Mehrfachventileinsatzes.
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Die Ventildichtungen sind insbesondere so ausgelegt und lassen sich im Fluidkanal unter den Öffnungen so anordnen, dass eine Fluiddurchströmung durch die Öffnung komplett unterbunden werden kann.
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Die Ventilelemente sind vorzugsweise so ausgelegt, dass eine Fluidströmung durch den Fluidkanal in Richtung der Öffnungen in der Wandung des Fluidkanals die Ventildichtungen senkrecht zur Längsrichtung auslenkt, gegen die Wandung drückt und so die Öffnung verschließt. Die Ventildichtungen wirken dabei als Rückschlagventil und verhindern einen Fluidaustritt aus dem Fluidkanal durch die Öffnung.
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Es können beispielsweise zwei Stützabschnitte vorgesehen sein, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei der Aufnahmebereich zwischen den Stützabschnitten liegt und sich senkrecht zu diesen erstreckt. Der Träger kann dann im Querschnitt in etwa eine U-Form aufweisen. Eine derartige Ausführung ist besonders für Fluidkanäle mit einem rechteckigen oder allgemein polygonalen Querschnitt geeignet, in dem sich der Träger so an zwei parallelen Wandungen des Fluidkanals abstützen kann.
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Für die Verwendung in Fluidkanälen mit rundem oder ovalem Querschnitt können die Stützabschnitte und der Aufnahmebereich auch gewölbt ausgeführt sein, um eine bessere Anlage des Trägers und der Ventildichtungen an der Innenwand des Fluidkanals zu erreichen.
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Es ist auch möglich, nur einen einzigen Stützabschnitt vorzusehen, der dann vorzugsweise mittig unter dem Aufnahmebereich angeordnet ist, sodass Aufnahmebereich und Stützabschnitt im Querschnitt gesehen etwa eine T-Form bilden. Auch in diesem Fall ergibt sich eine ausreichende Stützwirkung des Trägers, um die Ventildichtungen zuverlässig an ihrer gewünschten Position unterhalb der Öffnungen zu halten und ein sicheres Verschließen der Öffnungen durch die Ventildichtungen zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Ventilelement vorgesehen, an dem mehrere Ventildichtungen angeordnet sind. Es können beispielsweise zwei bis zehn Ventildichtungen an einem Ventilelement ausgebildet sein, insbesondere drei bis sechs Ventildichtungen. Bevorzugt ist es, wenn das Ventilelement insgesamt vier Ventildichtungen aufweist.
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Es ist möglich, nur ein einziges Ventilelement am Träger vorzusehen, an dem alle Ventildichtungen angeordnet sind. Genauso ist es natürlich denkbar, mehrere Ventilelemente mit jeweils mehreren Ventildichtungen an einem einzigen Träger anzuordnen.
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Die einzelnen Ventildichtungen im Ventilelement lassen sich beispielsweise dadurch herstellen, dass wenigstens eine der Ventildichtungen durch eine insbesondere linienförmige Aussparung im Ventilelement begrenzt ist. Hierzu kann beispielsweise die Ventildichtung entlang ihres Umfangs teilweise ausgeschnitten oder ausgestanzt sein. In diesem Fall ist eine einfache Fertigung der Dichtelemente aus einer Kunststofffolie möglich. Die Umrisslinie kann auch beim Spritzgießen durch einen schmalen Steg im Werkzeug ausgespart bleiben.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Ventilelement plattenförmig ist und in Längsrichtung betrachtet zwischen den Ventildichtungen auf dem Aufnahmebereich aufliegt. So lassen sich die Ventildichtungen ausreichend am Träger abstützen, und das Ventilelement kann insgesamt flexibel sein.
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Das Ventilelement wirkt vorzugsweise mit einer im Aufnahmebereich am Träger ausgebildeten Formschlussstruktur zusammen, die das Verschieben des Ventilelements in Längsrichtung gegenüber dem Träger verhindert. Die Formschlussstruktur umfasst beispielsweise wenigstens einen Vorsprung im Aufnahmebereich, der so angeordnet ist, dass er ein Verschieben des Ventilelements in Längsrichtung blockiert. Der oder die Vorsprünge können von den Längsseiten des Trägers in den Aufnahmebereich ragen, könnten aber auch z.B. auf den Auflageflächen zwischen den Ventildichtungen angeordnet sein. Die Vorsprünge haben vorteilhaft senkrecht zur Fläche des Ventilelements eine mindestens der Dicke des Ventilelements entsprechende Ausdehnung, sodass das Ventilelement sicher an den Vorsprüngen zurück gehalten werden kann, insbesondere, während der Mehrfachventileinsatz in den Fluidkanal eingeschoben wird.
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Vorzugsweise ist das Ventilelement aus einem gummielastischen Kunststoff, z.B. einem Gummi oder einem anderen Elastomer, hergestellt. Vorzugsweise ist das Ventilelement einfach auf den Träger aufgelegt. Es ist aber auch denkbar, zwischen Träger und Ventilelement eine feste Fixierung vorzusehen, z.B. über eine Rastverbindung, oder indem das Ventilelement an den Träger angespritzt wird. Es kann ein einziges Material für das gesamte Ventilelement einschließlich der Ventildichtungen verwendet werden. Die Ventildichtungen könnten auch einstückig am restlichen Ventilelement angeformt sein.
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Zum Schutz des Ventilelements während des Einschiebens in den Fluidkanal kann sich der Träger zumindest an seinen Längsseiten senkrecht zum Aufnahmebereich und damit auch senkrecht zum Ventilelement zumindest bis zu einer Oberseite des Ventilelements erstrecken. Auf diese Weise sind die Seitenränder des Ventilelements durch den Träger geschützt.
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Der Aufnahmebereich ist vorzugsweise so ausgebildet, dass quer zur Längsrichtung auf jeder Seite ein Wandabschnitt des Aufnahmebereichs an einen Seitenrand des Ventilelements anschließt, so dass ein Kontakt der Seitenränder des Ventilelements mit der Wandung des Fluidkanals verhindert ist und das Ventilelement, das meist aus weicherem Material besteht als der Träger, durch den Träger geschützt ist. Das Ventilelement kann dabei in einer Ausnehmung des Trägers liegen, sodass es vor allem beim Einschieben des Mehrfachventileinsatzes in den Fluidkanals ein Kontakt mit der Innenwandung des Fluidkanals verhindert wird.
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Quer zur Längsrichtung betrachtet liegt der Aufnahmebereich vorzugsweise im Wesentlichen in der Mitte des Trägers, um eine einfache Positionierung bezüglich der Öffnungen, die im Normalfall auch mittig zum Fluidkanal angeordnet sind, zu ermöglichen.
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Das gesamte Dichtelement definiert vorzugsweise eine Fläche, wobei die Ventildichtungen im nicht ausgelenkten Zustand in der Fläche liegen und nicht über das restliche Dichtelement überstehen. Im fertigen Mehrfachventileinsatz, wenn das Dichtelement am Träger am Aufnahmebereich montiert ist, kann die Fläche abhängig von der Form des Aufnahmebereichs eben oder gekrümmt sein.
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Natürlich ist es auch möglich, die Ventilelemente direkt am Träger anzuspritzen. In diesem Fall kann es auch günstig sein, die Ventilelemente so auszulegen, dass jedes von ihnen nur eine einzige Ventildichtung trägt und die Ventilelemente mit Abstand am Träger entsprechend den Abständen der Öffnungen im Fluidkanal vorzusehen, um Material zu sparen.
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Eine Bewegung der Ventildichtungen senkrecht zur Längsrichtung in Richtung in das Innere des Fluidkanals lässt sich auf ein gewünschtes Höchstmaß begrenzen, indem im Aufnahmebereich Anschläge ausgebildet sind, an die die Ventildichtung nach einer gewissen Auslenkung in Anlage kommt. Die Anschläge sind vorzugsweise einstückig mit dem Träger ausgebildet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Aufnahmebereich mehrere voneinander getrennte Durchbrüche im Träger auf, in die jeweils ein Ventilelement eingesetzt ist, das eine einzige Ventildichtung aufweist. Der Rand der Durchbrüche kann entsprechend strukturiert sein, um eine feste Befestigung des Ventilelements im Träger zu ermöglichen.
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Das Ventilelement kann in diesem Fall neben der Ventildichtung einen mit der Ventildichtung verbundenen, im Träger geführten Stößel sowie ein zwischen Aufnahmebereich und Ventildichtung angeordnetes Federelement aufweisen. Das Federelement beaufschlagt den Stößel und somit die Ventildichtung vorzugsweise in Richtung zur Wandung des Fluidkanals, also in Richtung zur Öffnung, hin.
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Die Ventildichtung kann direkt am Stößel befestigt sein, beispielsweise durch Anspritzen oder eine Rastverbindung.
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Der Stößel erstreckt sich vorzugsweise durch den Durchbruch hindurch und kann an der Wand des Durchbruchs geführt sein.
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In diesem Fall ist vorzugsweise ein einziger Stützabschnitt am Träger vorgesehen, der als mittiger Steg auf der Seite gegenüber dem Ventilelement am Träger ausgebildet ist und der im Bereich der Durchbrüche Aussparungen aufweist.
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Das Federelement ist vorzugsweise eine Druckfeder, die eine Vorspannung senkrecht zur Längsrichtung vom Aufnahmebereich weg erzeugt.
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Alle Teile des Ventilelements lassen sich unverlierbar miteinander verbinden, beispielsweise durch Verrasten, sodass beim Einschieben des Mehrfachventileinsatzes in den Fluidkanal alle Komponenten des Mehrfachventileinsatzes sicher aneinander fixiert bleiben.
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Der Stößel kann aus demselben Material wie der Träger bestehen, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff. Die Ventildichtung ist vorzugsweise aus einem weicheren Kunststoff, beispielsweise einem Gummi oder einem anderen Elastomer gefertigt.
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Der Träger und die Ventilelemente sind in dieser Ausführungsform vorzugsweise als separate Bauteile hergestellt, beispielsweise jeweils in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren, und werden bei der Montage des Mehrfachventileinsatzes zusammengesetzt.
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Generell kann in allen Ausführungsformen der Aufnahmebereich so ausgerichtet sein, dass in Längsrichtung aufeinanderfolgend mehrere Durchbrüche vorgesehen sind. Insbesondere können zwischen benachbarten Ventildichtungen starre Abschnitte am Träger vorgesehen sein, an denen das Ventilelement in Kontakt mit dem Träger ist. Diese starren Abschnitte liegen vorzugsweise in einer Draufsicht unmittelbar neben den Ventildichtungen und sorgen beispielsweise auch dafür, dass das Ventilelement mit Ausnahme der Ventildichtungen unbeweglich am Träger bleibt, auch wenn Fluid durch den Mehrfachventileinsatz hindurch strömt.
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Bei der Verwendung eines plattenförmigen Ventilelements mit mehreren Ventildichtungen liegt vorzugsweise das Ventilelement zwischen zwei Ventildichtungen am Träger auf. Werden einzelne, separate Ventilelemente in jeden der Durchbrüche eingesetzt, ist beispielsweise ein Rand des Ventilelements am Rand des Durchbruchs im Träger fest fixiert.
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Die Ventildichtungen liegen vorzugsweise auf einer Geraden nebeneinander. Es ist jedoch auch möglich, die Ventildichtungen in Umfangsrichtung um die Längsrichtung herum in unterschiedlichen Positionen anzuordnen, wobei jede Ventildichtung eine Umfangslinie bestimmt auf, entlang der jeweils eine oder mehrere Ventildichtungen vorgesehen sein können. Damit ließen sich auch seitlich oder von unten in den Fluidkanal einmündende Kanäle mit Ventilen versorgen.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Mehrfachventil mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Ein solches Mehrfachventil weist ein Kanalmodul auf, das wenigstens einen langgestreckten, entlang einer Längsrichtung geradlinig verlaufenden Fluidkanal und mehrere Stichkanäle aufweist, die in entlang der Längsrichtung in einer Wandung des Fluidkanals nebeneinander liegenden Öffnungen in den Fluidkanal münden. Ein oben beschriebener Mehrfachventileinsatz ist in den Fluidkanal eingesetzt, so dass die Ventildichtungen jeweils eine der Öffnungen abdichten können. Dabei ist es möglich, im Fluidkanal sämtliche vorhandene oder nur einige der Öffnungen durch Ventile des Mehrfachventileinsatzes zu verschließen. Es kann ein einziger Mehrfachventileinsatz für alle zu verschließenden Öffnungen des jeweiligen Fluidkanals vorgesehen sein, oder es können mehrere Mehrfachventileinsätze hintereinander in einen Fluidkanal eingesetzt sein.
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Eine Montage der Mehrfachventileinsätze im Kanalmodul kann durch einfaches Einschieben eines Mehrfachventileinsatzes in einen Fluidkanal erfolgen, bis zu einer Position, in der die Ventildichtungen alle unter den zugeordneten Öffnungen liegen. Senkrecht zur Längserstreckung des Fluidkanals liegt im montierten Zustand der Aufnahmebereich des Mehrfachventileinsatzes den Öffnungen der Wandung des Fluidkanals gegenüber.
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Die Innenwandung des Fluidkanals um den Rand der Öffnung kann einen Ventilsitz für die jeweilige zugeordnete Ventildichtung bilden. Vorzugsweise ist die Ventildichtung biegsam genug ausgeführt, um eine ausreichende Abdichtung der Öffnung zu erreichen, ohne dass der Ventilsitz eine spezielle Geometrie aufweisen müsste, sodass auf eine Bearbeitung des Randes der Öffnung verzichtet werden kann. Eine geeignete Nachbearbeitung des Randes der Öffnung, um einen Ventilsitz zu formen, wäre natürlich auch denkbar.
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Die einzelnen Ventile des Mehrfachventils sind bevorzugt als Rückschlagventile ausgebildet, die eine Fluidströmung durch den Stichkanal in den Fluidkanal freigeben und in Gegenrichtung sperren. Somit verhindern die Ventilelemente effektiv einen Austritt von Fluid durch den Stichkanal aus dem Fluidkanal.
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In den Stichkanälen können Druckstücke angeordnet sein, die von der dem Fluidkanal entgegengesetzten Mündung des jeweiligen Stichkanals betätigbar sind und die mit den Ventildichtungen zusammenwirken und diese in Richtung zum Inneren des Fluidkanals hin beaufschlagen können, um das entsprechende Ventil des Mehrfachventils zu öffnen. In diesem Fall bilden die einzelnen Ventile nicht nur einfache Rückschlagventile, sondern Absperrventile, die gezielt geöffnet werden können, um einen Fluiddurchtritt durch die Öffnung zu ermöglichen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Ventilanordnung mit wenigstens einem Mehrfachventil, wie es oben beschrieben wurde, wobei das Kanalmodul Teil eines Grundmoduls ist, an dem mehrere Ventilmodule montiert werden können, die fluidisch mit den Stichkanälen verbunden sind.
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Die Ventilmodule sind insbesondere so ausgelegt, dass sie Druckstücke in den Stichkanälen, die mit den Ventildichtungen der Ventile des Mehrfachventils zusammenwirken, betätigen können, um das jeweilige Ventil dauerhaft zu öffnen. Hierbei wird das jeweilige Rückschlag- oder Absperrventil, das durch je eine Ventildichtung gebildet ist, entsperrt, sodass eine ungehinderte Fluidströmung in beide Richtungen durch den Stichkanal in den Fluidkanal vom Ventilmodul und vom Fluidkanal in das Ventilmodul möglich ist.
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Wird das Ventilmodul vom Grundmodul entfernt, entfällt die Kraft auf das Druckstück und das Ventil schließt automatisch, sodass kein Fluid mehr aus dem Fluidkanal austreten kann. Dies erlaubt, Ventilmodule im laufenden Betrieb zu wechseln. Ein Ventilmodul kann dabei mit mehreren Stichkanälen verbunden sein, die jeweils ein Ventil eines Mehrfachventils aufweisen können. Es ist natürlich auch möglich, Fluidkanäle mit Ventilmodulen zu verbinden, in denen kein Ventil eines Mehrfachventils vorgesehen ist, beispielsweise, wenn ein Fluidaustritt aus derartigen Fluidkanälen nicht zu erwarten ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine erfindungsgemäße Ventilanordnung in einer schematischen Explosionsdarstellung;
- - 2 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Mehrfachventils integriert in ein Grundmodul der Ventilanordnung aus 1, mit Mehrfachventileinsätzen gemäß zweier erfindungsgemäßer Ausführungsformen;
- - 3 einen erfindungsgemäßen Mehrfachventileinsatz gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
- - 4 den Mehrfachventileinsatz aus 3 in einer schematischen Explosionsdarstellung;
- - 5 eine schematische Schnitteinsicht eines erfindungsgemäßen Mehrfachventils mit zwei Mehrfachventileinsätzen der ersten Ausführungsform;
- - 6 eine schematische Schnittansicht eines der Ventile des Mehrfachventils aus 5 in geschlossenem Zustand;
- - 7 das Ventil aus 6 in geöffnetem Zustand;
- - 8 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mehrfachventils gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- - 9 eine schematische perspektivische Darstellung der Komponenten des Mehrfachventils aus 8;
- - 10 eine schematische teilgeschnittene Ansicht des Mehrfachventils aus 8;
- - 11 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Mehrfachventils mit zwei Mehrfachventileinsätzen aus 8; und
- - 12 eine schematische Schnittansicht eines der Ventile des Mehrfachventils aus 11.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist bei mehrfach vorhandenen Bauteilen nicht jedes dieser Bauteile mit Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren zeigen eine Ventilanordnung 10 mit einem Mehrfachventil 12 (2), sowie zwei unterschiedliche Mehrfachventileinsätze 14, 114 gemäß zweier verschiedener Ausführungsformen für das Mehrfachventil 12 (siehe auch 3-12).
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Die Ventilanordnung 10 (siehe 1) umfasst ein Grundmodul 16, auf das mehrere Funktionsmodule aufgesteckt werden können. Die Funktionsmodule umfassen dabei in diesem Beispiel Ventilmodule 18, die z.B. für die eigentliche Prozessdurchführung der Ventilanordnung 10 zuständig sind und die fluidische und elektrische Anschlüsse aufweisen. Die fluidischen Anschlüsse der Ventilmodule 18 sind mit im Inneren des Grundmoduls 16 verlaufenden Fluidkanälen 22 verbunden, wobei Fluid aus den Fluidkanälen 22 zu den Ventilmodulen 18 und von den Ventilmodulen 18 in die Fluidkanäle 22 strömen kann.
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Außerdem können reine Elektromodule 18a vorgesehen sein, die nur elektrische Anschlüsse aufweisen, sowie in diesem Beispiel etwa auch Einspeisungsmodule 18b, über die Fluide in das Grundmodul 16 eingespeist werden können, sowie zwei Verschlussmodule 18c, die an den Seiten des Grundmoduls 16 angeordnet sind und die offenen Enden der darin verlaufende Fluidkanäle 22 fluiddicht abschließen.
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Das Grundmodul 16 der Ventilanordnung 10 ist im Betrieb der Ventilanordnung 10 ständig von Fluid durchströmt, wobei auch unter Druck stehende Fluide beispielsweise als pneumatische oder hydraulische Arbeitsfluide in den Fluidkanälen 22 vorhanden sein können. Um einzelne Ventilmodule 18 bei laufendem Betrieb aus der Ventilanordnung 10 entnehmen zu können, sind einzelne oder alle der Fluidanschlüsse 20 im Grundmodul 16, die beim Aufsetzen eines der Ventilmodule 18 mit Fluidanschlüssen des jeweiligen Ventilmoduls verbunden werden, mit Ventilen 24 versehen. Die Ventile 24 sind jeweils Teil eines Mehrfachventileinsatzes 14, 114 (siehe auch 2).
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Wie beispielsweise die 2 und 5 zeigen, bildet der Fluid führende Abschnitt des Grundmoduls 16 der Ventilanordnung 10 ein Kanalmodul 26, durch das sich mehrere Fluidkanäle 22 hindurch erstrecken, die in einer Aufreihungsrichtung A der Ventilmodule 18 parallel zueinander verlaufen.
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Die Fluidkanäle 22 haben in diesem Beispiel unterschiedliche Querschnitte, jedoch bleibt der Querschnitt der einzelnen Fluidkanäle 22 über dessen Länge hinweg im Wesentlichen gleich.
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Von einer Fluidanschlussfläche 28 des Kanalmoduls 26, in der die Fluidanschlüsse 20 des Grundmoduls 16 angeordnet sind, erstrecken sich von den einzelnen Fluidanschlüssen 20 Stichkanäle 30 bis zu den Fluidkanälen 22. Dabei ist, wie beispielsweise in 5 gut zu erkennen ist, jeder der Fluidkanäle 22 mit einer Reihe von in Aufreihungsrichtung A hintereinanderliegenden Fluidanschlüssen 20 verbunden. Folgt man dem Fluidkanal 22 in Aufreihungsrichtung A, so sind in Abständen in einer Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 aufeinanderfolgend in einer Geraden angeordnet eine Vielzahl von Öffnungen 34 ausgebildet. Jede der Öffnungen 34 ist über einen Stichkanal 30 mit einem Fluidanschluss 20 auf der Fluidanschlussfläche 28 verbunden.
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In einige oder alle der Fluidkanäle 22 sind Mehrfachventileinsätze 14, 114 entlang deren Längsrichtung L eingeschoben, sodass die Ventile 24 der Mehrfachventileinsätze 14, 114 die Öffnungen 34 der zu den Fluidanschlüssen 20 führenden Stichkanäle 30 verschließen können. Im montierten Zustand fallen die Aufreihungsrichtung A und die Längsrichtung L zusammen.
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Jeder der Mehrfachventileinsätze 14, 114 besteht hier aus einem langgestreckten, geradlinig verlaufenden Träger 36, 136 und wenigstens einem Ventilelement 38, 138, das jeweils eine oder mehrere Ventildichtungen 40, 140 aufweist. Jede Ventildichtung 40, 140 ist Teil eines der Ventile 24 des jeweiligen Mehrfachventileinsatzes 14, 114. Die Ventilelemente 38, 138 sind in Längsrichtung L unverschieblich mit dem Träger 36, 136 verbunden, aber in Verschlussrichtung V senkrecht zur Längsrichtung L können sich alle Ventildichtungen 40, 140 gegenüber dem Träger 36, 136 bewegen.
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Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich in der Ausbildung von Träger 36, 136 und Ventilelementen 38, 138, das Funktionsprinzip ist jedoch gleich und wird daher hier für beide Ausführungsformen zusammen dargelegt.
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Der Träger 36, 136 ist an den Durchmesser des Querschnitts eines der Fluidkanäle 22 so angepasst, dass er in Aufreihungsrichtung A in diesen eingeschoben werden kann, aber an der Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 abschnittsweise anliegt. Die Anzahl und der Abstand der Ventildichtungen 40, 140 ist so gewählt, dass sie dem Abstand derjenigen Fluidanschlüsse 20 entspricht, die mit einem Ventil 24 verschlossen werden sollen. Im gezeigten Beispiel ist dies für sämtliche von Ventilmodulen 18 zu besetzende Fluidanschlüsse 20 der drei mit Bezugszeichen versehenen Fluidkanäle 22 in 2 der Fall.
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Natürlich könnten auch die anderen vorhandenen Fluidkanäle 22 mit Mehrfachventileinsätzen 14, 114 versehen werden oder nur einer oder zwei der drei gezeigten Fluidkanäle 22.
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Im gezeigten Beispiel sind pro Mehrfachventileinsatz 14, 114 jeweils vier Ventildichtungen 40, 140 also jeweils vier Ventile 24, vorgesehen. Insgesamt sind pro Fluidkanal 22 in diesem Beispiel acht Fluidanschlüsse 20 hintereinander vorgesehen. Daher werden hier jeweils zwei Mehrfachventileinsätze 14, 114 hintereinander in einen Fluidkanal 22 eingeschoben, wie dies 2, 5 und 11 verdeutlichen.
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Jeder der Mehrfachventileinsätze 14, 114 wird so in Aufreihungsrichtung A in den jeweiligen Fluidkanal 22 eingeschoben, dass unter jedem der zugeordneten Fluidanschlüsse 20, genauer unter jeder Öffnung 34, eine Ventildichtung 40, 140 eines der Mehrfachventileinsätze 14, 114 liegt (siehe 5 und 11). Der Rand der Öffnung 34 bildet dabei einen Ventilsitz, an dem die jeweilige Ventildichtung 40, 140 anliegt.
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Jedes der Ventile 24 der Mehrfachventileinsätze 14, 114 wirkt jetzt zunächst als Rückschlagventil und verhindert ein Ausströmen von Fluid aus den Fluidkanälen 22 durch die Fluidanschlüsse 20, indem die Öffnungen 34 in der Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 von den Ventildichtungen 40, 140 verschlossen werden, wenn der im Fluidkanal 22 herrschende Druck oder eine Federkraft die jeweilige Ventildichtung 40, 140 gegen den Rand der Öffnung 34 drückt.
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Die 3 bis 7 zeigen den Mehrfachventileinsatz 14 gemäß der ersten Ausführungsform im Detail.
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Der Träger 36 ist ein einstückiges, langgestrecktes, starres Bauteil, hier aus einem geeigneten Kunststoff, und weist einen Aufnahmebereich 42 auf, in dem hier auf einer Geraden hintereinanderliegend mehrere voneinander getrennte Durchbrüche 44 vorgesehen sind. Die Durchbrüche 44 sind durch starre Abschnitte 45 voneinander getrennt, die einstückig mit dem restlichen Träger 36 ausgebildet sind. In jeden der Durchbrüche 44 ist ein einzelnes Ventilelement 38 eingesetzt. Die Durchbrüche 44 sind von den Längsseiten 47 des Trägers 44 beabstandet.
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Jedes der Ventilelemente 38 umfasst hier eine Ventildichtung 40, die mit einem zum Träger 36 weisenden Stößel 46 fest verbunden ist, sowie ein zwischen Träger 36 und Ventildichtung 40 angeordnetes Federelement 48.
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Der Stößel 46 ist am Träger 36 in Verschlussrichtung V geführt und ist fest mit der Ventildichtung 40 verbunden, beispielsweise durch Verrasten oder indem die Ventildichtung 40 an den Stößel 46 angespritzt ist. Die Ventildichtung 40 besteht normalerweise aus einem weicheren Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Gummi oder einem anderen Elastomer, während der Träger 36 und der Stößel 46 aus einem harten, starren Kunststoffmaterial gefertigt sind.
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Das Federelement 48 ist hier eine als Druckfeder eingesetzte Spiralfeder, die die Ventildichtung 40 vom Aufnahmebereich 42 des Trägers 36 weg in Richtung zur Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 hin beaufschlagt, wenn der Mehrfachventileinsatz 14 im Fluidkanal 22 eingesetzt ist.
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Über den Stößel 46 ist das gesamte Ventilelement 38 einschließlich der Ventildichtung 40 verliersicher am Träger 36 arretiert, beispielsweise durch eine Rastverbindung, die ein Einsetzen des Stößels 46 in den Durchbruch 44 sowie eine limitierte Bewegung in Verschlussrichtung V erlaubt, aber kein vollständiges Herausziehen des Stößels 46 aus dem Durchbruch 44.
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Mit dieser oder einer anderen geeigneten Maßnahme werden vor dem Einsetzen des Mehrfachventileinsatzes 14 in den Fluidkanal 22 sämtliche Komponenten des Mehrfachventileinsatzes 14 verliersicher miteinander verbunden.
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Die Verschlussrichtung V, entlang derer sich die Ventildichtung 40 ausschließlich bewegen kann, verläuft entlang der Achse des Stößels 46 und senkrecht zu der durch den Aufnahmebereich 42 gebildeten Fläche des Trägers 36, also senkrecht zur Längsrichtung L und zur Querrichtung B des Trägers 36 (siehe 4).
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Der Träger 36 hat in dieser Ausführungsform mehrere Stützabschnitte 50, die entlang der Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind und die jeweils bezüglich der Querrichtung B mittig angeordnet sind. Der Stützabschnitt 50 ist an die Unterseite des im Wesentlichen plattenförmigen Aufnahmebereichs 42 angeformt und ist hier im Bereich der Durchbrüche 44 unterbrochen, damit sich die Stößel 46 frei bewegen können.
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In Längsrichtung L betrachtet hat der Träger 36 einen in etwa T-förmigen Querschnitt, der einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt im Fluidkanal 22 frei lässt, sodass die Fluidströmung durch den Fluidkanal 22 nicht beeinträchtigt ist.
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Zur Ausbildung des Mehrfachventils 12 wird die in 3 gezeigte vorgefertigte Einheit aus Träger 36 und Ventilelementen 38 in Längsrichtung L in den Fluidkanal 22 eingeschoben, bis alle Ventildichtungen 40 unter den zugeordneten Fluidanschlüssen 20 und den damit verbundenen Öffnungen 34 in der Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 liegen. In dieser Anordnung bilden die einzelnen Ventile 24 Rückschlagventile, die eine Fluidströmung aus dem Fluidkanal 22 durch die Öffnungen 34 zu den Fluidanschlüssen 20 hin unterbinden, da das Federelement 48 die Ventildichtungen 40 gegen den als Ventilsitz dienenden Rand der Öffnung 34 drückt, wodurch ein fluiddichter Verschluss der Öffnungen 34 erreicht wird.
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Durch entsprechenden Gegendruck vonseiten der Fluidanschlüsse 20 her kann das Federelement 48 komprimiert werden, wodurch sich die Ventildichtung 40 vom Rand der Öffnung 34 löst und ein Fluiddurchfluss durch den Stichkanal 30 in den Fluidkanal 22 hinein ermöglicht ist.
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Der Mehrfachventileinsatz 14 der ersten Ausführungsform kann jedoch auch als entsperrbares Rückschlagventil bzw. als Absperrventil eingesetzt werden. Dies zeigen beispielsweise die 4 bis 7.
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Hierzu werden, wenn der Mehrfachventileinsatz 14 an seinem gewünschten Platz im Fluidkanal 22 liegt, von der Fluidanschlussfläche 28 her durch die Fluidanschlüsse 20 Druckstücke 52 in die Stichkanäle 30 eingesetzt. In diesem Beispiel greifen die Druckstücke 52 über einen axialen Vorsprung 54 in zentrale Ausnehmungen 56 der Stößel 46 ein und verrasten dort. Die Druckstücke 52 sind so lang gewählt, dass im geschlossenen Zustand des Ventils 24 eine Kopffläche 58 des Druckstücks 52 über die Fluidanschlussfläche 28 hinausragt (siehe 6).
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Wird nun ein Ventilmodul 18 auf einen Steckplatz des Grundmoduls 16 aufgesteckt, wird durch eine entsprechende Gestalt des Fluidanschlusses des Ventilmoduls 18, beispielsweise einen Vorsprung am Fluidanschluss, das Druckstück 52 ein Stück in den Stichkanal 30 hineingedrückt, wodurch das Federelement 48 komprimiert wird und die Ventildichtung 40 von der Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 abhebt. Da die Kraft F durch das eingesetzte Ventilmodul 18 aufrechterhalten wird, bleibt das Ventil 24 in dieser in 7 gezeigten offenen Stellung, und eine Fluidströmung durch den Stichkanal 30 ist in beiden Richtungen möglich. Wie in 4 zu erkennen ist, ist natürlich das Druckstück 52 im Querschnitt so gestaltet, dass es die Fluidströmung nicht unnötig behindert. Hierzu kann beispielsweise ein sternförmiger Querschnitt gewählt werden.
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Wird das jeweilige Ventilmodul 18 wieder aus dem Grundmodul 16 der Ventilanordnung 10 entfernt, so entfällt die einwirkende Kraft F, und das Federelement 48 bewegt das Ventil 24 wieder in die in 6 gezeigte geschlossene Stellung.
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Auf diese Weise kann ein Ventilmodul 18 bei laufendem Betrieb und bei unter Druck stehendem Fluid im Inneren des Fluidkanals 22 aus der Ventilanordnung 10 entnommen bzw. eingesetzt werden.
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Die 8 bis 12 zeigen den Mehrfachventileinsatz 114 der zweiten Ausführungsform näher.
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Hier besitzt der Träger 136 zwei Stützabschnitte 150, die parallel zueinander an den Außenseiten des Mehrfachventileinsatzes 114 in Längsrichtung L verlaufen.
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Zwischen den beiden Stützabschnitten 150 ist ein sich etwa senkrecht zu diesen erstreckender Aufnahmebereich 142 ausgebildet. Im Aufnahmebereich 142 sind mehrere quer verlaufende, die beiden Stützabschnitte 150 verbindende starre Abschnitte 145 vorgesehen, die wie die starren Abschnitten 45 der ersten Ausführungsform zwischen den einzelnen Ventilelementen 140 angeordnet sind. Die starren Abschnitte 145 definieren Durchbrüche 144, denen jeweils eine Ventildichtung 140 zugeordnet ist. Die Durchbrüche 144 sind in Querrichtung B durch die Stützabschnitte 150 begrenzt.
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In Verschlussrichtung V stehen die Stützabschnitte 150 geringfügig über die starren Abschnitte 145 über, sodass sich der Träger 136 an seinen Längsseiten 147 senkrecht zum Aufnahmebereich 142 zumindest bis zu einer Oberseite 163 des Ventilelements 140 erstreckt und die Seitenränder des Ventilelements 138 durch den so gebildeten Steg 162 geschützt sind. Der Steg 162 erstreckt sich senkrecht zur Fläche des Ventilelements 138, also in Verschlussrichtung V, bis wenigstens zur Oberseite 163 des Ventilelements 138. In diesem Beispiel verläuft der Steg 162 über die gesamte Längserstreckung des Trägers 136.
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Hier ist nur ein einziges Ventilelement 138 vorgesehen, an dem vier Ventildichtungen 140 ausgebildet sind, die in Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind.
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Das Ventilelement 138 ist in diesem Beispiel lose auf den Aufnahmebereich 142 aufgelegt und nur formschlüssig mit dem Träger 136 verbunden. Das Ventilelement 138 ist so im Aufnahmebereich 142 angeordnet, dass flächige Abschnitte 164 zwischen den einzelnen Ventildichtungen 140 auf den starren Abschnitten 145 des Trägers 136 aufliegen. In diesen Bereichen könnte das Ventilelement 138 auch fest und bleibend mit dem Träger 136 verbunden sein, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen oder indem das Ventilelement 138 in einem Spritzgussverfahren an den Träger 136 angespritzt wurde.
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Um das Ventilelement 138 gegen ein Verschieben in Längsrichtung L zu sichern, weist der Träger 136 eine Formschlussstruktur auf, die mit dem Ventilelement 138 zusammenwirkt und dieses an einer Bewegung in Längsrichtung hindert. Die Formschlussstruktur umfasst hier mehrere von den Längsseiten 147 des Trägers 136 in Querrichtung B in den Aufnahmebereich 142 hineinragende Vorsprünge 149, an denen korrespondierende Strukturen 151 an den Seitenrändern des Ventilelements 138 anliegen, die hier als Schultern und Ausnehmungen ausgebildet sind. Ist das Ventilelement 138 in den Aufnahmebereich 142 eingelegt, bilden die Vorsprünge 149 und die Strukturen 151 einen Formschluss (siehe 8 und 9). Die Dicke der Vorsprünge 149 senkrecht zur Fläche des Ventilelements 138 entspricht hier in etwa der Dicke des Ventilelements 138.
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Zwischen den Vorsprüngen 149 liegen in diesem Beispiel die Seitenränder des Ventilelements 138 seitlich an den Stegen 162 an, was eine zusätzliche Lagesicherung bewirkt.
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Die beiden äußeren Ventildichtungen 140 sind hier freigestellt, während die beiden innen liegenden Ventildichtungen 140 aus der Fläche des Ventilelements 138 entlang ihrer Umrisslinien 166 ausgeschnitten sind. Es ist möglich, das Ventilelement 138 durch Ausschneiden, Ausstanzen, Spritzgießen oder eine Kombination dieser Verfahren zu fertigen, wie dies dem Fachmann geläufig ist.
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Unterhalb der Ventildichtungen 140, also entgegen der Verschlussrichtung V in das Innere des Mehrfachventileinsatzes 114 hinein gerichtet, sind im Aufnahmebereich 142 Anschläge 168 ausgebildet, wobei jeweils ein Anschlag 168 direkt unterhalb einer Ventildichtung 140 liegt. Dies ist auch in den 10 bis 12 zu erkennen.
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Diese Anschläge 168 verhindern, dass durch den Stichkanal 30 einströmendes Fluid, das die Ventildichtungen 140 entgegen der Verschlussrichtung V auslenkt, diese zu weit in das Innere des Fluidkanals 22 hineindrückt.
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Der in 8 dargestellte Mehrfachventileinsatz 114 wird in dieser Form vormontiert, wobei das Ventilelement 138 formschlüssig mit dem Träger 136 verbunden ist. Dann wird es entlang der Längsrichtung L in den Fluidkanal 22 eingeschoben, wobei die Stege 162 das Ventilelement 138 vor einer Berührung mit der Innenwandung 32 des Fluidkanals 22 schützen. Der Mehrfachventileinsatz 114 wird, wie in der ersten Ausführungsform, so in den Fluidkanal 22 eingeschoben, dass die Ventildichtungen 140 direkt unterhalb der ihnen zugeordneten Öffnungen 34 in der Innenwandung 32 des Fluidkanals liegen.
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Auch in dieser Ausführungsform weist jeweils ein Mehrfachventileinsatz 114 insgesamt vier Ventildichtungen 140 auf, die hier an einem einzigen Ventilelement 138 ausgebildet sind. Natürlich könnten auch mehr oder weniger Ventildichtungen 140 an einem Mehrfachventileinsatz 114 vorgesehen sein.
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In diesem Beispiel sollen acht Öffnungen abgedeckt werden, daher werden aufeinanderfolgend hintereinander zwei identisch ausgebildete Mehrfachventileinsätze 114 in denselben Fluidkanal 22 eingeschoben.
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Aufgrund der parallelen, eben verlaufenden Stützabschnitte 150 eignet sich diese Ausführungsform besonders gut für den Einsatz in Fluidkanälen 22 mit rechteckigem Querschnitt, während der Mehrfachventileinsatz 14 der ersten Ausführungsform eher in Fluidkanälen 22 mit rundem Querschnitt einsetzbar ist. Die Form des Trägers 36, 136 kann aber offensichtlich im Ermessen des Fachmanns auf einfache Weise an jeden beliebigen Fluidkanalquerschnitt angepasst werden, wobei auch bei der Verwendung von zwei Stützabschnitten 150 diese eine senkrecht zur Längsrichtung L gekrümmte Form aufweisen könnten, um beispielsweise besser in einen Fluidkanal 22 mit kreisförmigem Querschnitt eingesetzt zu werden, oder wobei ein Träger 36 mit einem einzigen Stützabschnitt 50 auch für eine rechteckige Querschnittsform eines Fluidkanals 22 auslegbar wäre. Wichtig ist hierbei, dass der Träger 36, 136 im Fluidkanal 22 so an dessen Innenwandung 32 anliegt, dass er den jeweiligen Mehrfachventileinsatz 14, 114 so abstützt, dass dieser gegen den Fluiddruck in der gewünschten Position bleibt.
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Es wäre denkbar, auch in der zweiten Ausführungsform Druckstücke einzusetzen, um die Ventile 24 als entsperrbare Rückschlagventile nutzen zu können, jedoch ist diese Form der Ventile besser dazu geeignet, als einfache Rückschlagventile eingesetzt zu werden.
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In beiden Ausführungsformen wäre es möglich, Durchbrüche 44 und zugeordnete Ventildichtungen 40, 140 vorzusehen, die in Umfangsrichtung um die Längsrichtung L versetzt angeordnet sind. Beispielsweise können mehrere Durchbrüche 44, 144 in Längsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sein, während zumindest einer der Durchbrüche 44, 144 aber bezüglich der Umfangsrichtung versetzt gegenüber anderen Durchbrüchen 44, 144 liegt. Genauso ist es möglich, auf einer Umfangslinie mehrere Durchbrüche 44, 144 und Ventildichtungen 40, 140 vorzusehen, die z.B. entlang dessen Innenumfangs in den Fluidkanal 22 einmündende Seitenkänale mit Ventilen versorgen (nicht dargestellt).
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Mehrfachventileinsätze 114 der zweiten Ausführungsform werden daher beispielsweise in Abluftfluidkanälen eingesetzt, bei denen eine Fluidströmung nur vom Fluidanschluss 20 in den Fluidkanal 22 hinein erforderlich ist, während Mehrfachventileinsätze 14 der ersten Ausführungsform beispielsweise in Druckluftzuleitungen eingesetzt werden, bei denen unter Druck stehendes Fluid aus dem Inneren des Fluidkanals 22 durch den Fluidanschluss 20 in das Ventilmodul 18 gelangen muss.
