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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß Anspruch 1, umfassend mindestens zwei Ventile, die in Fluidfließrichtung zwischen einem Druckanschluss und einem Arbeitsanschluss entlang einer Medienleitung angeordnet, und fluidisch miteinander verbunden sind und zwischen dem zweiten Ventil und dem Arbeitsanschluss eine Arbeitsanschlussleitung vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Druckdrosselung eines Aktuators gemäß Anspruch 9.
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An dem Arbeitsanschluss ist ein Aktuator anschließbar bzw. in zum Beispiel in pneumatischen oder hydraulischen Anwendungsfällen anschließbar. In gewissen Anwendungsfällen muss der pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagte Aktuator sehr schnell von dem Arbeitsdruck und/oder Fluidstrom abgetrennt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ventilanordnung und ein Verfahren vorzuschlagen, welche ein sehr schnelles fluidisches Abtrennen des pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Aktuators von dem Arbeitsdruck und/oder Fluidstrom ermöglicht.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 und Anspruch 9 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8 und 10.
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Erfindungsgemäß wird also eine Ventilanordnung vorgeschlagen, umfassend mindestens zwei Ventile, die in einer Fluidfließrichtung zwischen einem Druckanschluss und einem Arbeitsanschluss entlang einer Medienleitung angeordnet und fluidisch miteinander verbunden sind, eine Arbeitsanschlussleitung, die das zweite Ventil und den Arbeitsanschluss fluidisch verbindet, und eine in zumindest zwei unterschiedlichen Stellungen bringbare an der Arbeitsanschlussleitung angeordnete Schalteinheit, die in einer ersten Stellung einen Bypassentlüftungsanschluss der Ventilanordnung fluidisch mit der Arbeitsanschlussleitung verbindet und in einer zweiten Stellung den Bypassentlüftungsanschluss fluidisch von der Arbeitsanschlussleitung trennt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Ventilanordnung wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass an der Arbeitsanschlussleitung eine in zumindest zwei unterschiedlichen Stellungen bringbare Schalteinheit angeordnet ist und in einer ersten Stellung die Schalteinheit einen Bypassentlüftungsanschluss fluidisch mit der Arbeitsanschlussleitung verbindet und in einer zweiten Stellung die Schalteinheit einen Bypassentlüftungsanschluss fluidisch von der Arbeitsanschlussleitung trennt. Dadurch kann ein mittels der Ventilanordnung pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbarer Aktuator schnellstmöglich von dem Arbeitsdruck und/oder Fluidstrom abtrennbar sein.
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Ein typischer Anwendungsfall der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ventilanordnung ist zum Beispiel der Einsatz derselben in einem Retarder (=verschleißfreie hydrodynamische oder elektrodynamische Dauerbremse oder Kupplung) eines LKWs (=Lastkraftwagen). Der Retarder im Lkw hat beispielsweise die Aufgabe bei Talfahrten die Bremsen des LKWs zu entlasten bzw. zu unterstützen. Der Retarder ist dabei oftmals als ein auf einer Welle angeordneter Rotor ausgebildet, wobei die Welle über eine steuerbare Kupplung auf eine Getriebewelle des Fahrzeuges geregelt aufkuppelbar ist. Die Steuerung dieser Kupplung erfolgt über einen Aktuator, der mit Fluid aus der erfindungsgemäßen Ventilanordnung angesteuert wird. Der Propeller bewegt sich dabei in einem als Bordflüssigkeit des Lkws ausgeführten Medium bzw. Fluid, zum Beispiel der Hydraulik- oder Kühlflüssigkeit. Die Bewegung des Propellers in diesem Medium benötigt Energie, die dem Antriebsstrang entnommen wird, also die Bewegung des Fahrzeuges bremst. Bei Talfahrten des LKWs kann durch den Einsatz des Retarders so effektiv und bremsscheibenschonend die Geschwindigkeit des Fahrzeuges kontrolliert und/oder auch verringert werden.
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Diese Erfindung umfasst daher sowohl einen Retarder mit einer entsprechenden Ventilanordnung, wie auch ein Fahrzeug, zum Beispiel einen Lkw, der mit einem Retarder und einer entsprechenden Ventilanordnung ausgestattet ist. Die erfindungsgemäße Lösung ist aber nicht nur bei einem Retarder einsetzbar, sondern kann auch in Getriebe, der Kupplung, der Bremse, im Motor oder auch in anderen Anwendungsgebieten Verwendung finden.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ventilanordnung ist zum Beispiel in einer diskrete Bauteile umfassenden Schaltungen realisierbar. Es ist klar, dass bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung zumindest zwei Ventile, wie beschrieben, einzusetzen sind, es können aber auch mehr als zwei Ventile vorgesehen sein. Dabei müssen die beiden zusammenwirkenden Ventile nicht direkt hintereinander an der Medienleitung angeordnet sein, es können auch noch weitere Ventile dazwischen vorgesehen sein. In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Ventilanordnung in einem Ventilblock realisiert ist. Dabei umfasst die Erfindung auch eine Kombination von Ventilblöcken.
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Üblicherweise besitzt eine Ventilanordnung, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Druckanschluss und einen Arbeitsanschluss. Die Elemente „Druckanschluss“ und „Arbeitsanschluss“ sind dabei nicht zwingend als Bauteil zu verstehen, sondern definieren Schnittstellen oder Grenzen zu der davor oder danach angeordneten weiteren Teilen. Insofern umfasst insbesondere der Begriff „Arbeitsanschluss“ den gesamten fluidischen Pfad vom zweiten Ventil bis zum Aktuator unabhängig davon, wo und wie dieser Pfad realisiert ist. All diese Lösungen eignen sich zur Realisierung des erfindungsgemäßen Vorschlages.
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Weiterbildungsgemäß umfasst die Ventilanordnung alternativ oder zusätzlich eine Druckanschlussleitung, die den Druckanschluss und das erste Ventil fluidisch miteinander verbindet. Mittels dieser Druckanschlussleitung, welche die einzige Druckanschlussleitung der Ventilanordnung sein kann, kann ein unter Druck stehendes Fluid in die Ventilanordnung und zu dem ersten Ventil eingeleitet werden.
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Es ist auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Ventilanordnung alternativ oder zusätzlich eine Verbindungsleitung umfasst, die das erste Ventil und das zweite Ventil fluidisch miteinander verbindet. Diese Verbindungsleitung kann eine unmittelbare Fluidverbindung zwischen den beiden Ventilen darstellen und/oder das aus der Druckanschlussleitung geführte Fluid mittelbar oder unmittelbar weiterleiten.
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Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann diese alternativ oder zusätzlich ein erstes Rückschlagventil oder einen ersten Schalldämpfer und eine Entlüftungsleitung umfassen, die das erste Ventil mit dem ersten Rückschlagventil oder dem ersten Schalldämpfer fluidisch verbindet. Mittels Rückschlagventil oder Schalldämpfer können ein zu großer am ersten Ventil anstehender Druck oder davon dort erzeugte Geräusche bestmöglich und in dessen räumlicher Nähe reduziert werden.
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Es ist zudem denkbar, dass die Ventilanordnung alternativ oder zusätzlich ein zweites Rückschlagventil oder einen zweiten Schalldämpfer und eine Entlüftungsleitung umfasst, die das zweite Ventil mit dem zweiten Rückschlagventil oder dem zweiten Schalldämpfer fluidisch verbindet. Gleichsam können mittels Rückschlagventil oder Schalldämpfer ein zu großer am zweiten Ventil anstehender Druck oder davon dort erzeugte Geräusche bestmöglich und in dessen räumlicher Nähe reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann weiterbildungsgemäß eine Bypassentlüftungsleitung umfassen, die die Schalteinheit mit dem Bypassentlüftungsanschluss fluidisch verbindet. Die Bypassentlüftungsleitung kann auch mit der Arbeitsanschlussleitung mittelbar oder unmittelbar fluidisch verbinden sein und/oder fluidisch trenn- und verbindbar ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann sie alternativ oder zusätzlich ein drittes Rückschlagventil oder einen dritten Schalldämpfer umfassen, der an den Bypassentlüftungsanschluss angeschlossen ist. Gleichsam können mittels Rückschlagventil oder Schalldämpfer ein zu großer an der Schalteinheit anstehender Druck oder davon dort erzeugte Geräusche bestmöglich und in dessen räumlicher Nähe reduziert werden.
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Die Ventilanordnung nach der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich zumindest zwei erste Steuerleitungen umfassen zum Anschließen einer Ventilsteuerung für das erste Ventil, die mit dem ersten Ventil verbunden sind. Die Steuerleitungen können beispielsweise die jeweiligen elektrisch betätigbaren Aktuatoren oder den elektrisch betätigbaren Aktuator des Ventils mit einer Steuerung verbinden für den Fall, dass das Ventil als Elektromagnetventil ausgebildet ist, es können jedoch auch andere steuerbare Ventile vorgesehen sein, welche ebenfalls der Steuerleitungen bedürfen.
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Weiterbildungsgemäß kann die Ventilanordnung nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich zumindest zwei zweite Steuerleitungen umfassen zum Anschließen einer Ventilsteuerung für das zweiten Ventil, die mit dem zweiten Ventil verbunden sind. Die Steuerleitungen können auch hier beispielsweise die jeweiligen elektrisch betätigbaren Aktuatoren oder den elektrisch betätigbaren Aktuator des Ventils mit einer Steuerung verbinden für den Fall, dass das Ventil als Elektromagnetventil ausgebildet ist, es können jedoch auch andere steuerbare Ventile vorgesehen sein, welche ebenfalls der Steuerleitungen bedürfen.
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Die Ventilanordnung nach der Erfindung kann eine Druckleitung umfassen, die die Verbindungsleitung und die Schalteinheit fluidisch miteinander verbindet. Beispielsweise kann dadurch in der Druckleitung und somit auch in zumindest einem Teil der Schalteinheit somit idealerweise der gleiche Druck herrschen.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann alternativ oder zusätzlich auch derart ausgebildet sein, dass das erste Ventil als ein Ein-Aus-Ventil, insbesondere mit einer 3/2-Wegecharakteristik, ausgebildet ist. Das erste Ventil kann also lediglich zwei Schaltzustände realisieren und so diskrete Schaltstellungen abbildet.
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Es ist denkbar, dass die Ventilanordnung nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass das zweite Ventil als ein Proportionalventil ausgebildet ist. Das zweite Ventil kann also als ein Stetigventil ausgebildet sein, welches mit Hilfe eines Proportionalmagneten nicht nur diskrete Schaltstellungen zulässt, sondern einen stetigen Übergang der Ventilöffnung ermöglicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann alternativ oder zusätzlich das erste Ventil und/oder das zweite Ventil jeweils als ein Elektromagnetventil ausgebildet sein.
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Weiterbildungsgemäß kann bei der Ventilanordnung nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich ein Verhältnis einer Querschnittsfläche der Arbeitsanschlussleitung zu einer Querschnittsfläche der zweiten Entlüftungsleitung mindestens 2:1, vorteilhaft mindestens 3:1 beträgt, bevorzugt in einem Bereich von 3:1 bis 4:1 liegt
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Die Ventilanordnung nach der Erfindung kann auch vorsehen, dass die Schalteinheit einen Zylinder und einen in dem Zylinder beweglichen Kolben umfasst. Ein Kolben kann beispielsweise als bewegliches Element dienen, um verschiedene Schaltzustände der Ventilanordnung zu realisieren. Als Zylinder soll ein zylinderförmiger Raum aufgefasst werden.
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Weiterbildungsgemäß kann bei der Ventilanordnung nach der Erfindung der Kolben eine der Arbeitsanschlussleitung zugewandte Vorderseite und eine von der Arbeitsanschlussleitung abgewandte Rückseite aufweisen. Die Seiten können jeweils einem separaten Fluiddruck aussetzbar sein, welcher auf die jeweilige Seite einwirkt und so eine Kraft in den Kolben einträgt. Aufgrund der geometrischen Ausrichtung der beiden Seiten können die eingetragenen Kräfte einander entgegengesetzt sein, so dass sich daraus eine resultierende Kraft ergibt, welche kolbenverstellend wirken kann.
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Es ist bei einer Weiterbildung der Ventilanordnung nach der Erfindung denkbar, dass eine mit Druck beaufschlagbare Fläche der Vorderseite kleiner oder größer als eine mit Druck beaufschlagbare Fläche der Rückseite ist. Als mit einem Druck beaufschlagbare Fläche soll eine solche Fläche verstanden werden, auf die ein Fluiddruck des an der jeweiligen wirksamen Fläche anstehenden Fluids wirkt, um dort eine Kraft in den Kolben einzutragen.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche des Zylinders und/oder eine Querschnittsfläche der Bypassentlüftungsleitung größer gewählt sind als eine Querschnittsfläche der Arbeitsanschlussleitung, insbesondere mindestens zweimal größer, vorteilhaft dreimal größer und bevorzugt fünfmal größer.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Ventilanordnung nach der Erfindung kann der Zylinder einen Boden und in dem Boden eine Anschlussöffnung aufweisen, in die ein erstes Ende der Druckleitung mündet. Die Druckleitung ist somit in vorteilhafter Weise mit diesem Abschnitt des Zylinders fluidisch verbunden.
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Die Ventilanordnung kann weiterbildungsgemäß alternativ oder zusätzlich eine Schalteinheit umfassen, welche als ein Schiebersitzventil, ein Membranventil, ein Faltenbalgventil oder ein beliebiges steuerbares Ventil ausgebildet ist.
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Weiterbildungsgemäß kann die Ventilanordnung nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich eine Schalteinheit umfassen, welche zwangsgesteuert realisiert ist, insbesondere mechanisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch.
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Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann sie einen Ventilblock umfassen, in dem der Druckanschluss, der Arbeitsanschluss, der Bypassentlüftungsanschluss, das erste Ventil, das zweite Ventil, die Medienleitung mit der Druckanschlussleitung, der Verbindungsleitung und der Arbeitsanschlussleitung, die Schalteinheit, die Druckleitung, die erste Entlüftungsleitung, die zweite Entlüftungsleitung und die Bypassentlüftungsleitung realisiert sind. Somit ist ein einziges Gehäuse ausgebildet, welches die Ventilanordnung aufnimmt. Dieser Ventilblock kann beispielsweise einteilig oder monolithisch ausgebildet sein.
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Weiterbildungsgemäß kann die erfindungsgemäße Ventilanordnung alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass der Kolben der Schalteinheit eine der Arbeitsanschlussleitung zugewandte Vorderseite und einer von der Arbeitsanschlussleitung abgewandten Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite und die Rückseite unterschiedliche Oberflächengrößen aufweisen, wobei der Kolben derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass er in einem Zylinder der Schalteinheit aus der ersten Stellung in die zweite Stellung oder aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegbar ist und zwar in Abhängigkeit der resultierenden Verstellkraft, welche sich ergibt aus dem in der Arbeitsanschlussleitung anstehbaren und auf die Vorderseite wirkbaren Drucks und dem auf die Rückseite wirkbaren Drucks. Dadurch kann beispielsweise bei gleichem Druck beidseits des Kolbens dennoch eine Verstellung desselben realisiert werden und zwar dadurch, dass den Drücken unterschiedliche Oberflächengrößen und daher unterschiedlich große Druckangriffsflächen zugeordnet werden. Da gilt:
bedeutet ein fluidisches Druckgleichgewicht beidseits des Kolbens, dass sich der Kolben in diejenige Richtung verstellt, in welche die kleine Druckangriffsfläche ragt.
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Es ist gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung zudem alternativ oder zusätzlich denkbar, dass der Kolben der Schalteinheit in einem Zylinder der Schalteinheit mittels eines Federelements in eine der beiden Stellungen federvorgespannt ist. Um nun den Kolben aus seiner Federvorgespannten Stellung die die jeweils andere Stellung verbringen zu können ist also zunächst zusätzlich oder alternativ zum Fluiddruck die Federkraft zu überwinden. Dies ermöglicht eine gleichmäßige und materialschonende Verstellung des Kolbens und eine definierte Stellung, in welche der Kolben ohne äußere Kräfte zur Ruhe kommen kann. Ohne äußere Kräfte ist also die Stellung des Kolbens stets bekannt.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur schnellen Drucklosstellung (oder Unterbrechung des Fluidstromes) eines Aktuators, vorzugsweise mithilfe einer Ventilanordnung wie beschrieben, bei welchen in der Verbindung des zweiten Ventils zum Aktuator, zum Beispiel in der Arbeitsanschlussleitung eine Schalteinheit vorgesehen ist, die aufgrund eine Fehlermeldung (zum Beispiel ein Drucksignal, ein Druckdifferenzsignal oder ein sonstiges elektrisches oder elektronisches Signal) einen im normalen Betrieb von der Arbeitsanschlussleitung durch die Schalteinheit geschlossenen dann öffnet, und eine möglichst widerstandsarme schnell Entlüftungsmöglichkeit über einen Bypassentlüftungsanschluss ermöglicht.
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In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle in Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur in Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Offenbarung.
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Erfindungsgemäß ist also Verfahren zur schnellen Drucklosstellung eines druckgesteuerten Aktuators vorgeschlagen, bei dem
- - eine Schalteinheit einer Ventilanordnung in einer zweiten Stellung der Schalteinheit eine Arbeitsanschlussleitung der Ventilanordnung von einem Bypassentlüftungsanschluss der Ventilanordnung trennt, um einen an die Ventilanordnung angeschlossenen und mit der Arbeitsanschlussleitung fluidisch verbundenen druckgesteuerten Aktuator mit einem Druck zu beaufschlagen, wenn ein erstes Ventil der Ventilanordnung und ein zweites Ventil der Ventilanordnung geöffnet sind; und
- - die Schalteinheit in einer ersten Stellung der Schalteinheit die Arbeitsanschlussleitung mit dem Bypassentlüftungsanschluss der Ventilanordnung verbindet, um den Aktuator drucklos zu stellen, wenn das erste Ventil und/oder das zweite Ventil geschlossen sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass die Arbeitsanschlussleitung über die Schalteinheit, eine mit der Schalteinheit verbundene Bypassentlüftungsleitung der Ventilanordnung und den Bypassentlüftungsanschluss entleert wird.
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Weiterbildungsgemäß kann das Verfahren nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich vorsehen, dass die Arbeitsanschlussleitung über eine mit dem zweiten Ventil verbundene zweite Entlüftungsleitung der Ventilanordnung entleert wird, wenn das zweite Ventil geschlossen ist.
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Es ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens alternativ oder zusätzlich denkbar, dass eine das erste Ventil und das zweite Ventil fluidisch verbindende Verbindungsleitung der Ventilanordnung über eine mit dem ersten Ventil verbundene erste Entlüftungsleitung der Ventilanordnung entleert wird, wenn das erste Ventil geschlossen ist und das zweite Ventil geöffnet ist.
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Denkbar ist weiterbildungsgemäß bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass alternativ oder zusätzlich die Schalteinheit über eine Druckleitung der Ventilanordnung mit einem Arbeitsdruck in der Verbindungsleitung beaufschlagt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann alternativ oder zusätzlich auch derart ausgestaltet sein, dass ein Kolben der Schalteinheit in einem Zylinder der Schalteinheit durch eine Druckdifferenz zwischen einer der Arbeitsanschlussleitung zugewandten Vorderseite des Kolbens und einer von der Arbeitsanschlussleitung abgewandten Rückseite des Kolbens aus der ersten Stellung in die zweite Stellung oder aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt wird.
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Weiterbildungsgemäß kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich umfassen, dass ein Kolben der Schalteinheit eine der Arbeitsanschlussleitung zugewandte Vorderseite und einer von der Arbeitsanschlussleitung abgewandten Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite und die Rückseite unterschiedliche Oberflächengrößen aufweisen, und in einem Zylinder der Schalteinheit aus der ersten Stellung in die zweite Stellung oder aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt wird und zwar in Abhängigkeit der resultierenden Verstellkraft, welche sich ergibt aus dem in der Arbeitsanschlussleitung anstehenden und auf die Vorderseite wirkenden Drucks und dem auf die Rückseite wirkenden Drucks.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann gemäß einer Weiterbildung alternativ oder zusätzlich vorsehen, dass ein Kolben der Schalteinheit in einem Zylinder der Schalteinheit mittels eines Federelements in eine der beiden Stellungen federvorgespannt ist.
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Weiterbildungsgemäß kann das Verfahren nach der Erfindung alternativ oder zusätzlich mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Absätze ausgeführt werden.
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Die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen abhängigen Ausgestaltungen ergebenden Vorteile sind bereits bezüglich der erfindungsgemäßen Ventilanordnung und deren abhängigen Ausgestaltungen beschrieben und ergeben sich in gleicher Weise analog, worauf hiermit verwiesen wird.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 einen ersten Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
- 2 einen weiteren Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
- 3 einen weiteren Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
- 4 einen weiteren Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
- 5 einen weiteren Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung;
- 6 einen weiteren Schaltzustand der erfindungsgemäßen Ventilanordnung und
- 7 eine Schalteinheit gemäß einer weiteren Ausführung.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 wird in einem ersten Schaltzustand (=Stellung) in 1 erläutert. Die Ventilanordnung 1 besitzt einen Druckanschluss 10 und einen Arbeitsanschluss 11. Des weiteren besitzt die Ventilanordnung 1 zwei Ventile 2,3, die in Fluidfließrichtung 19 zwischen dem Druckanschluss 10 und dem Arbeitsanschluss 11, entlang einer Medienleitung 4, angeordnet sind. Dabei besteht die Medienleitung 4 aus mehreren Abschnitten, nämlich der Druckanschlussleitung 40, die den Druckanschluss 10 mit dem ersten Ventil 2 verbindet. Zwischen dem ersten Ventil 2 und dem zweiten Ventil 3 befindet sich die Verbindungsleitung 41. Zwischen dem zweiten Ventil 3 und dem Arbeitsanschluss 11 ist die Arbeitsanschlussleitung 42 vorgesehen. Somit ist die Medienleitung 4 zumindest gebildet aus der Druckanschlussleitung 40, der Verbindungsleitung 41 und der Arbeitsanschlussleitung 42, die zusammen den Druckanschluss 10 mit dem Arbeitsanschluss 11 fluidisch verbindet. Somit ist auch das erste Ventil 2 und das zweite Ventil 3 über die Medienleitung 4, genau genommen über die Verbindungsleitung 41, als Teil der Medienleitung 4, fluidisch miteinander verbunden.
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Der mit pneumatischen oder hydraulischen Druck anzusteuernde bzw. zu regelnde Aktuator befindet sich in Fluidfließrichtung 19 des Mediums nach dem Arbeitsanschluss 11. Es kann hierbei ein direkter Anschluss an den Aktuator vorgesehen sein oder aber es besteht eine Aktuatoranschlussleitung, die den am Arbeitsanschluss 11 anliegenden Arbeitsdruck an den Aktuator leitet. Die Ventile 2,3 sind vorzugsweise als Elektromagnetventile ausgebildet. Für eine Ansteuerung der beiden Ventile 2,3 sind Steuerleitungen 21, 22 (für das erste Ventil 2) und 31,32 (für das zweite Ventil 3) vorgesehen. Die Steuerleitungen 21, 22, 31, 32 verbinden die jeweiligen elektrisch betätigten Aktuatoren der Ventile 2,3 mit einer hier nicht gezeigten Steuerung. Es ist klar, dass die Ventile 2,3 nicht zwingender Weise als Elektromagnetventile auszubilden sind, es können auch andere steuerbare Ventile vorgesehen sein. Die hier eingesetzten Ventile 2,3 sind beispielsweise (ohne die Erfindung hierauf zu beschränken) als 3/2-Wege-Ventile ausgeführt. Neben den jeweiligen Zu- und Ableitungen sind an den Ventilen 2, 3 daher auch noch je eine Entlüftungsleitung 20 (an dem ersten Ventil 2) und eine Entlüftungsleitung 30 (an dem zweiten Ventil 3) vorgesehen. Die Ventilanordnung 1 ist mit gasförmigen Medium oder auch mit flüssigen Medium, also als Pneumatik- oder Hydraulikanwendung betreibbar. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine pneumatische Anwendung realisiert, weshalb die Entlüftungsleitung 20 das erste Ventil 2 mit einem Schalldämpfer 23 und die Entlüftungsleitung 30 das zweite Ventil 3 mit einem Schalldämpfer 33 verbindet. Das Betriebsmedium, hier zum Beispiel Luft bzw. komprimierte Luft wird nach den Schalldämpfern 23,33 an die Umgebung abgegeben.
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Für den Fall, dass die Ventilanordnung 1 in einer Hydraulikanwendung Verwendung findet mündet die Entlüftungsleitung 20 bzw. 30 in entsprechende Vorratsbehälter der Hydraulikflüssigkeit. Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass die Druckanschlussleitung 40 die Zuleitung zu dem ersten Ventil 2 und die Verbindungsleitungen 41 die Ableitung nach dem ersten Ventil 2 ist. Gleichzeitig ist die Verbindungsleitungen 41 die Zuleitung zu dem zweiten Ventil 3 und die Arbeitsanschlussleitung 42 ist die Ableitung nach dem zweiten Ventil 3. Das in Fluidfließrichtung 19 erste Ventil 2 ist als Ein-Aus-Ventil (vorzugsweise in 3/2 Wegecharakteristik) ausgebildet. Es dient als Sicherheitsventil in der Ventilanordnung 1, denn die Anordnung ist so ausgestaltet, dass falls an dem Arbeitsanschluss 11 kein Druck anliegt (also das erste Ventil 2 geschlossen ist), der an dem Arbeitsanschluss 11 angeschlossene Aktuator nicht in einem gefährlichen Zustand verbleibt. Die Ein-Aus-Steuerung des ersten Ventils 2 erfolgt dabei über die Steuerleitungen 21,22. Das in Fluidfließrichtung 19 nach dem ersten Ventil 2 vorgesehene zweite Ventil 3 ist als Proportionalventil ausgestaltet und erlaubt eine insbesondere hochgenaue Regelung des Volumenstroms bzw. des Drucks in Abhängigkeit einer Stellgröße, üblicherweise dem elektrischen Strom, der über die Steuerleitungen 31, 32 in das zweite Ventil 3 eingeprägt wird. In Fluidfließrichtung 19 schließt sich nach dem zweiten Ventil 3 die Arbeitsanschlussleitung 42 an. An dieser Arbeitsanschlussleitung 42 zweigt eine Bypassentlüftungsleitung 60 ab. Sie verbindet fluidisch (bei geöffneter Steuereinheit 5) den Bypassentlüftungsanschluss 6 mit der Arbeitsanschlussleitung 42, und somit auch den Arbeitsanschluss 11 mit dem Bypassentlüftungsanschluss 6. Die Bypassentlüftungsleitung 60 mündet am Bypassentlüftungsanschluss 6 in einen Schalldämpfer 61, da das hier gezeigte Anwendungsbeispiel eine pneumatische Verwendung zeigt. In einem hydraulischen Anwendungsfall würde sich hier, ähnlich wie bei den Entlüftungsleitungen 20 und 30, ein Vorratsbehälter für die hydraulische Flüssigkeit befinden. An der Arbeitsanschlussleitung 42 ist eine zumindest in zwei Stellungen bringbare Schalteinheit 5 angeordnet. Die Aufgabe der Schalteinheit 5 ist es, den Bypassentlüftungsanschluss 6 bei Bedarf fluidisch mit der Arbeitsanschlussleitung 42 zu verbinden oder zu trennen. Hierzu ist vorgesehen, dass die Schalteinheit 5 in mindestens zwei verschiedene Stellungen bringbar, also schaltbar ist. In der ersten Stellung der Schalteinheit 5, wie sie zum Beispiel in 1,5 oder 6 gezeigt ist, besteht eine Verbindung zwischen der Arbeitsanschlussleitung 42 und dem Bypassentlüftungsanschluss 6, die Schalteinheit 5 ist geöffnet. Der Effekt ist, dass das Fluid, das unter Druck in Richtung des an dem Arbeitsanschluss 11 angeschlossene Aktuators strömt oder sich unter Druck in der Arbeitsanschlussleitung 42 bzw. dem Arbeitsanschluss 11 (und der nicht gezeigten Zuleitung zum Aktuator) befindet, über den widerstandsarmen Bypassentlüftungsanschluss 6 abströmen kann und so sehr schnell der Aktuator vom Arbeitsdruck und /oder Fluidstrom abtrennbar ist. Dieser Effekt kann in einer Variante des Vorschlages auch noch verstärkt werden, in dem gleichzeitig mit dem Öffnen der Schalteinheit, also dem Verbinden der Arbeitsanschlussleitung 42 mit dem Bypassentlüftungsanschluss 6 die Verbindung des Ausgangs des zweiten Ventils 3 zum Arbeitsanschluss 11 getrennt wird. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 1 ist die Schalteinheit 5 gebildet von einem Kolben 50, der beidseitig, also auf der Vorderseite 52 und der Rückseite 53 mit Druck beaufschlagbar ist. Der Kolben 50 bewegt sich dabei in einem Zylinder 51. Die Vorderseite 52 des Kolbens 50 ist dabei der Arbeitsanschlussleitung 42 zugewandt, d.h., der in der Arbeitsanschlussleitung 42 wirkende Druck wirkt auch auf die Vorderseite 52 des Kolbens 50 und schiebt diesen nach rechts derart, dass der Kolben 50 die Bypassentlüftungsöffnung 60, die sich in dem diesem Ausführungsbeispiel im Zylinder 51 befindet, freigibt, also öffnet. Auf der der Arbeitsanschlussleitung 42 abgewandten Rückseite 53 des Kolbens 50 wirkt ebenfalls ein Druck. Hierzu befindet sich im Boden 54 des Zylinders 51 eine Anschlussöffnung 55, in die ein erstes Ende einer Druckleitung 56 mündet. Das andere Ende der Druckleitung 56 schließt an die Verbindungsleitung 41 an, die die beiden Ventile 2,3 miteinander verbindet. In der Druckleitung 56 und somit auch auf der Rückseite 53 des Kolbens 50 herrscht somit idealerweise der gleiche Druck wie auf der Vorderseite 52 bzw. der Arbeitsanschlussleitung 42. Der Kolben 50 bewegt sich nun entsprechend der resultierenden Kraftdifferenz, die aus den beiden von den jeweiligen Drücken resultierenden, entgegen gerichteten Kräften auf der Vorderseite 52 und Rückseite 53 resultieren. Da in dem zweiten, als Proportional-Regelventil ausgebildeten Ventil 2 mit einem gewissen Druckverlust zu rechnen ist, ist die mit Druck beaufschlagbare Fläche der Rückseite 53 des Kolbens 50 etwas kleiner wie die mit Druck beaufschlagbare Fläche der Vorderseite 52 des Kolbens 50.
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In den 2, 3 und 4 ist die zweite Stellung der Schalteinheit 5 gezeigt, der Kolben 50 befindet sich in der linken Stellung und verschließt so die Verbindung zwischen der Bypassentlüftungsleitung 60 und der Arbeitsanschlussleitung 42. Der gesamte, von dem zweiten Ventil 3 geregelte Druck bzw. Volumenstrom wird über die Arbeitsanschlussleitung 42 direkt auf den Aktuator gelenkt. Es ist klar, dass mit einer schnellen Öffnung der Schalteinheit 5, also einem Bewegen des Kolben 50 von der in 2 gezeigten linken Stellung in die in 1 gezeigte rechte Stellung sehr schnell der Druck bzw. Volumenstrom von dem zweiten Ventil 3 auf den Aktuator beendet werden kann. Der Vorteil der in den 1-6 gezeigten Schalteinheit 5 liegt darin, dass diese mit den sowieso bereits vorhandenen Druckniveau (Druckniveau in der Verbindungsleitung 41 und Arbeitsanschlussleitung 42) im platzsparender Weise und kostengünstig realisiert und betrieben werden kann. Letztendlich hat die Schalteinheit 5 aber Ventilaufgaben, da die Verbindung zwischen der Bypassentlüftungsleitung 60 und der Arbeitsanschlussleitung 42 geöffnet und geschlossen werden soll. Daher kann die Schalteinheit 5 auch ein beliebig steuerbares Ventil sein, zum Beispiel ein Schiebersitzventil, ein Membranventil, oder ein Faltenbalgventil. Solche Ventile können ebenfalls mit den hier angebotenen Drücken arbeiten. Es ist aber auch möglich eine zwangsgesteuerte Schalteinheit 5 zu realisieren, also auf die Anordnung der an die Rückseite 53 des Kolbens 50 geführten Druckleitung 56 zu verzichten und diese Bewegung zum Beispiel mechanisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch zu lösen. Auch ist es möglich, den Kolben bzw. das abdichtende Element in der Schalteinheit 5 federunterstützt oder federvorgespannt auszugestalten, um insbesondere die Öffnungsbewegung noch weiter zu beschleunigen. Bislang wurde der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1 beschrieben. 1-6 zeigen aber auch verschiedene Betriebszustände der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1, die nachfolgend zur weiteren Erläuterung der Erfindung beschrieben werden. Hierbei gilt in allen Figuren also in 1 bis 7, dass am Druckanschluss 10 bzw. der Druckanschlussleitung 40 der Ventilanordnung 1 der Arbeitsdruck anliegt.
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In 1 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil geschlossen. Auch das zweite Ventil 3, das Proportionalventil ist geschlossen. 1 beschreibt die unbenutzte Stellung, also die Stellung der Ventilanordnung 1 in einem Aggregat, welches in Betrieb genommen werden soll. Da beidseitig an dem Kolben 50 kein Druck anliegt befindet sich der Kolben in der letzten Stellung der Benutzung, hier ganz rechts, der Kolben 50 öffnet die Verbindung zwischen der Bypassentlüftungsleitung 60 und der Arbeitsanschlussleitung 42.
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In 2 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil geöffnet, aber das zweite Ventil 3, das Proportionalventil ist geschlossen. Der am Druckanschluss 10 anliegende Arbeitsdruck liegt jetzt auch in der Verbindungsleitung 41 und über die Druckleitung 56 auch auf der Rückseite 53 des Kolben 50 an, weswegen der Kolben 50 nach links versetzt ist, da der Arbeitsdruck nur auf der Eingangsseite des zweiten Ventils 3, nicht aber auf seiner Rückseite, in der Arbeitsanschlussleitung 42, bzw. die Vorderseite 52 des Kolbens 50 anliegt.
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In 3 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil und das zweite Ventil 3, das Proportionalventil geöffnet. In diesen Schaltzustand liegt auf der Rückseite 53 des Kolbens 50 über die Verbindungsleitung 41 und die Druckleitung 56 der Arbeitsdruck an. Die auf der Rückseite 53 resultierende Kraft ist größer wie die Kraft, die auf der Vorderseite 52 des Kolbens 50 von dem in der Arbeitsanschlussleitung 42 herrschenden Druck resultiert, da das Druckniveau in der Arbeitsanschlussleitung 42 aufgrund der Regelung in dem zweiten Ventil 3 geringer ist wie in der Verbindungsleitung 41. Der Aktuator wird bestmöglich mit Druck bzw. Fluidstrom beaufschlagt, die Bypassentlüftungsanschluss 6 ist durch die Stellung des Kolben 50 geschlossen, bzw. von der Arbeitsanschlussleitung 42 getrennt. Der bevorzugte Druck- bzw. Fluidstrom durch das zweite Ventil 3 ist mit dem Pfeil 18 gekennzeichnet.
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In 4 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil geöffnet, aber das zweite Ventil 3, das Proportionalventil ist geschlossen (das heißt die Verbindungsleitung 41 ist von der Arbeitsanschlussleitung 42 getrennt). Der Bypassentlüftungsanschluss 6 ist durch die Stellung des Kolbens 50 geschlossen, bzw. von der Arbeitsanschlussleitung 42 getrennt. Die noch unter Druck stehende Arbeitsanschlussleitung 42 (damit auch der Aktuator) wird über das zweite Ventil 3 und dessen Entlüftungsleitung 30 entlüftet, dies ist mit dem Pfeil 17 angedeutet. Zu beachten ist hierbei, dass die gezeigte Ventilanordnung ein Verhältnis der Querschnittsfläche der Arbeitsanschlussleitung 42 zur Querschnittsfläche der Entlüftungsteilleitung 30 von mindestens 2:1, bevorzugt mindestens 3:1, insbesondere bevorzugt ca. 3-4:1 aufweist. Prinzipiell ist jede Querschnittserhöhung gegenüber der Nennweite des zweiten Ventils 3, dem Proportionalventil als Bypassentlüftungsanschluss bzw. Schnellentlüftung wirksam.
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In 5 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil geschlossen (das heißt die Verbindungsleitung 41 ist von der Druckanschlussleitung 40 getrennt), das zweite Ventil 3, das Proportionalventil ist noch geöffnet, zum Beispiel, weil es klemmt. Der Aktuator, und somit auch die Arbeitsanschlussleitung 42 sind noch druckbeaufschlagt. Da die Verbindungsleitung 41 (und somit auch die Druckleitung 56) über das erste Ventil 2 und die Entlüftungsleitung 20 entlüftet wird (siehe Pfeil 29) fällt hier das Druckniveau ab. In der Arbeitsanschlussleitung 42 herrscht noch ein höheres Druckniveau. Da die auf die Rückseite 53 des Kolbens 50 wirkende Kraft sinkt (beziehungsweise schneller sinkt als die auf der Vorderseite 52 des Kolbens wirkende Kraft), wird der Kolben 50 in die rechte Stellung bewegt. Dadurch öffnet der Kolben 50 eine (Schnell-) Entlüftungsmöglichkeit der Arbeitsanschlussleitung 42 über die Bypassentlüftungsleitung 60 zu dem Bypassentlüftungsanschluss 6, wodurch die Zuleitung zu dem Aktuator sehr schnell drucklos (und somit der Aktuator auch wirkungslos) gestellt wird. Der aus der Arbeitsanschlussleitung 42 über den Zylinder 51 und die Bypassentlüftungsleitung 60 zu der dem Bypassentlüftungsanschluss 6 strömenden Fluidstrom ist mit dem Pfeil 69 gekennzeichnet. Um eine möglichst schnelle Entleerung oder Entlüftung der Arbeitsanschlussleitung 42 zu erreichen wird geschickterweise die Querschnittsfläche in dem Zylinder 51 aber auch die Querschnittsfläche in der Bypassentlüftungsleitung 60 größer, insbesondere mindestens zweimal, dreimal oder fünfmal größer wie die Querschnittsfläche der Arbeitsanschlussleitung 42 gewählt.
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In 6 ist das erste Ventil 2, das Sicherheitsventil wie auch das zweite Ventil 3, das Proportionalventil geschlossen. Der Aktuator, und somit auch die Arbeitsanschlussleitung 42 sind noch druckbeaufschlagt. Da die Verbindungsleitung 41 (und somit auch die Druckleitung 56) über das erste Ventil 2 und die Entlüftungsleitung 20 entlüftet wird fällt hier das Druckniveau ab. Die Arbeitsanschlussleitung 42 wird über das zweite Ventil 3 und deren Entlüftungsleitung 30 entlüftet (siehe Pfeil 17). Das Druckniveau in der Arbeitsanschlussleitung 42 und somit auch auf der Vorderseite 52 des Kolbens 50 sinkt auch aber langsamer wie auf der Rückseite 53 des Kolbens, der Kolben 50 bewegt sich nach rechts. Dadurch öffnet der Kolben 50 eine Entlüftungsmöglichkeit der Arbeitsanschlussleitung 42 über die Bypassentlüftungsleitung 60 zu dem Bypassentlüftungsanschluss 6, wodurch die Zuleitung zu dem Aktuator sehr schnell drucklos (und somit der Aktuator auch wirkungslos) gestellt wird. Der aus der Arbeitsanschlussleitung 42 über den Zylinder 51 und die Bypassentlüftungsleitung 60 zu der dem Bypassentlüftungsanschluss 6 strömenden Fluidstrom ist mit dem Pfeil 69 gekennzeichnet. Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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7 zeigt eine bezüglich der 1 bis 6 weitere Ausgestaltung der Schalteinheit 5, wobei sich diese durch die nachfolgend erläuterten Merkmale unterscheidet. Die 7 bildet dabei einen 1 entsprechenden Ausschnitt der Ventilanordnung 1 ab, wobei die nicht dargestellten Elemente der Ventilanordnung 1 den Elementen der 1 bis 6 identisch sein können.
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Es erkennbar, dass die mit Druck beaufschlagbare Fläche der Vorderseite 52 des Kolbens 50 größer als eine mit Druck beaufschlagbare Fläche der Rückseite 53 ist. Der Kolben 5 kann querschnittlich eine H-Form aufweisen mit zwei gegenüberliegenden Stirnabschnitten, welche die Vorderseite 52 bzw. die Rückseite 53 ausbilden. Der Kolben 50 der Schalteinheit 5 weist also die Vorderseite 52 und die Rückseite 53 mit unterschiedlichen Oberflächengrößen auf, wobei der Kolben 50 derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er in dem abgestuften Zylinder 51 der Schalteinheit 5 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung und aus der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegbar ist. Die Verstellung wird in Abhängigkeit einer resultierenden Verstellkraft realisiert. Diese resultierenden Verstellkraft ergibt aus dem Druck, der in der Arbeitsanschlussleitung 42 anstehen kann und auf die Vorderseite 52 wirken kann, und dem Druck, der in der Druckleitung 56 anstehen kann auf die Rückseite 53 wirken kann. Dadurch kann beispielsweise bei gleichem Druck beidseits des Kolbens 50 dennoch eine Verstellung desselben realisiert werden und zwar dadurch, dass den Drücken unterschiedliche Oberflächengrößen und daher unterschiedlich große Druckangriffsflächen zugeordnet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilanordnung
- 2
- Ventile
- 3
- Ventile
- 4
- Medienleitung
- 5
- Steuereinheit
- 6
- Bypassentlüftungsanschluss
- 10
- Druckanschluss
- 11
- Arbeitsanschluss
- 17
- Pfeil
- 18
- Pfeil
- 19
- Fluidfließrichtung
- 20
- Entlüftungsleitung
- 21
- Steuerleitung
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Schalldämpfer
- 29
- Pfeil
- 30
- Entlüftungsleitung
- 31
- Steuerleitung
- 32
- Steuerleitung
- 33
- Schalldämpfer
- 40
- Druckanschlussleitung
- 41
- Verbindungsleitung
- 42
- Arbeitsanschlussleitung
- 50
- Kolben
- 51
- Zylinder
- 52
- Vorderseite
- 53
- Rückseite
- 54
- Boden
- 55
- Anschlussöffnung
- 56
- Druckleitung
- 60
- Bypassentlüftungsleitung
- 61
- Schalldämpfer
- 69
- Pfeil
