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Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil zum Steuern einer Fluidströmung in einem Fluidkreislauf, insbesondere einem Kühlfluidkreislauf, eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Mehrwegeventils in einem Fluidkreislauf. Außerdem betrifft die Erfindung einen Fluidkreislauf mit dem Mehrwegeventil sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Mehrwegeventil oder den Fluidkreislauf.
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Mehrwegeventile zum Steuern einer Fluidströmung für Kühlfluidkreisläufe eines Kraftfahrzeugs sind bekannt. Beispielsweise beschreibt
DE 198 16 522 C2 ein 4/4 WegeVentil für eine Kreislauf-Heizleitung eines Kraftfahrzeugs mit zwei im Nebenschluss angeschlossenen Wärmetauschern. Das 4/4-Wegeventil nutzt einen becherförmigen Drehschieber mit einer Vielzahl außenumfänglich angeordneter, unterschiedlich großer Steueröffnungen. Der Drehschieber ist in einem Gehäuse mit vier Anschlüssen für verschiedene Heizleitungen untergebracht. Bei einer Umdrehung von 45° verbindet der Drehschieber unterschiedliche Anschluss-Paarungen. Die teils übergroßen Steueröffnungen bedingen eine schlechte Abdichtbarkeit des 4/4-Wege-Ventils. Das 4/4-Wege-Ventil kann keine andere Zahl als vier, insbesondere nicht mehr als vier Anschlüsse bedienen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern, insbesondere ein Mehrwegeventil bereitzustellen, das bei kompaktem Bauraum wenigstens vier, insbesondere mehr als vier, verschiedene Anschlüsse wahlweise mit einander verbinden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1, 14, 15 bzw. 16 gelöst.
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Demnach ist ein Mehrwegeventil zum Steuern einer Fluidströmung in einem Fluidkreislauf, insbesondere ein Kühlfluidkreislauf, eines Kraftfahrzeugs vorgesehen Das Mehrwegeventil umfasst ein Ventilgehäuse mit mehreren Fluidanschlüssen und einen im Ventilgehäuse angeordneten Drehschieber mit mehreren Öffnungen und mehreren Fluidverbindungen zwischen verschiedenen oder mehreren Öffnungen. Der Drehschieber ist um eine Drehachse drehbar. Der Drehschieber weist eine erste Etage mit wenigstens einer ersten Öffnung zum fluidischen Kommunizieren mit einem der mehreren Fluidanschlüsse auf. Der Drehschieber weist außerdem eine zweite Etage auf, die in Richtung der Drehachse zur ersten Etage versetzt ist. Die zweite Etage des Drehschiebers umfasst wenigstens eine zweite Öffnung zum fluidischen Kommunizieren mit einem der mehreren Fluidanschlüsse auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Mehrwegeventil wenigstens eine Verbindungsleitung von der ersten Etage zur zweiten Etage der Drehschieber umfasst. Die Barriere trennt die in der ersten Etage angeordneten Öffnungen fluidisch von den in der zweiten Etage angeordneten Öffnungen. Die Verbindungsleitung ist vorzugsweise außerhalb des Drehschiebers angeordnet. Die Verbindungsleitung kann in einem Gehäuse des Mehrwegeventils, an einem Gehäuse des Mehrwegeventils oder am Mehrwegeventil vorgesehen sein.
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Ein Drehschieber zeichnet sich im Allgemeinen dadurch aus, dass seine Beweglichkeit und um eine Drehachse gewährleistet ist und darauf beschränkt ist. Vorzugsweise umfasst das Ventilgehäuse drei Fluidanschlüsse, vier Fluidanschlüsse, fünf Fluidanschlüsse oder mehr Fluidanschlüsse, insbesondere genau fünf Fluidanschlüsse. Die Fluidverbindungen sind vorzugsweise innerhalb des Drehschiebers vorgesehen, insbesondere ausgebildet. Der Drehschieber kann beispielsweise einstückig sein. Eine Bewegung des Drehschiebers bedingt eine identische Bewegung der Fluidverbindungen im Drehschieber. Wenn der Drehschieber im Ventilgehäuse um die Drehachse bewegt wird, erfolgt eine korrespondierende Bewegung der Öffnungen gemeinsam mit den Fluidverbindungen in Relation zu den stationären Fluidanschlüssen des Ventilgehäuses.
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Der Drehschieber kann in verschiedenen Stellungen in Bezug auf das Ventilgehäuse und die im Ventilgehäuse vorgesehenen Fluidanschlüsse angeordnet sein. In den verschiedenen Relativstellungen des Drehschiebers in Bezug auf das Ventilgehäuse können die Öffnungen und Fluidverbindungen des Drehschiebers unterschiedliche Verbindungen zwischen den Fluidanschlüssen das Ventilgehäuse bereitstellen.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen einer Barriere zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene des Drehschiebers eine deutliche Erhöhung der mithilfe des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils bedienbaren Fluidanschlüsse im Vergleich zu konventionellen Mehrwegeventilen realisierbar ist. Gleichzeitig kann mithilfe der kommunizierenden Öffnungen und Fluidanschlüssen eine gute und verlässliche Dichtung am Mehrwegeventil erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils ist die Verbindungsleitung dazu ausgelegt und eingerichtet, eine Fluidverbindung von einer der in der ersten Etage angeordneten ersten Öffnungen zu der zweiten Etage bereitzustellen. Vorzugsweise kann die Verbindungsleitung derart am oder im Gehäuse des Mehrwegeventils vorgesehen sein, dass in den verschiedenen Relativstellungen des Drehschiebers in Bezug auf das Ventilgehäuse des Mehrwegeventils unterschiedliche Fluidverbindungen zwischen ersten Öffnungen in der ersten Etage des Drehschiebers und der zweiten Etage des Drehschiebers durch die Verbindungsleitung bereitgestellt werden. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Mehrwegeventil dazu ausgelegt und eingerichtet ist, in unterschiedlichen Relativstellungen des Drehschiebers in Bezug auf das Ventilgehäuse verschiedene Fluidverbindungen zwischen unterschiedlichen Fluidanschlüssen des Ventilgehäuses durch die erste Etage des Drehschiebers und durch die Verbindungsleitung zur zweiten Etage des Drehschiebers bereitzustellen.
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Bei einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils ist die Verbindungsleitung, insbesondere einstückig, im Ventilgehäuse gebildet. Das Ventilgehäuse kann eine im Wesentlichen formkomplementäre Aufnahme für den Drehschieber sowie eine an die Aufnahme für den Drehschieber angrenzende Verbindungsleitung aufweisen. Die Verbindungsleitung kann vorzugsweise im Ventilgehäuse gegenüber und/oder korrespondierend zu wenigstens einem oder genau einem Fluidanschluss angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Fluidanschlüsse gemeinsam mit der Verbindungsleitung in regelmäßigen Abständen, bspw. 60°-, 90°- oder 120°-Abständen entlang des Umfangs am Ventilgehäuse auf Höhe der ersten Etage des Drehschiebers angeordnet. Die Öffnungen am Drehschieber sind vorzugsweise in korrespondierenden Umfangsabständen korrespondierend zu den Umfangsabständen der Fluidanschlüsse und der Verbindungsleitung vorgesehen, bspw. in einem Abstand von 60°, 90° oder 120°. Die Verwendung des Ventilgehäuses zur Realisierung der Fluidverbindung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da auf diese Weise nicht nur eine sichere und einfache Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Etage des Drehschiebers und den darin jeweils vorgesehenen Öffnungen sowie ggf. Fluidanschlüssen bereitgestellt wird, sondern darüber hinaus die Herstellung und Montage besonders einfach ist, da eine sehr geringe Anzahl von Teilen benötigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines Mehrwegeventils mit einer im oder am Ventilgehäuse gebildeten Verbindungsleitung ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Aufnahme aufweist, in welcher der Drehschieber, insbesondere formkomplementär, aufgenommen ist, wobei die Verbindungsleitung durch einen Radialvorsprung, wie eine radiale, vorzugsweise konvexe, Wölbung der Aufnahme gebildet ist. Die Aufnahme ist ein, insbesondere topfartiger, Hohlraum, der durch das Ventilgehäuse begrenzt wird. Es kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Radialvorsprungs, insbesondere der Wölbung, des Ventilgehäuses, eine Abdichtwirkung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Drehschieber aufgelöst ist, sodass ein Fluidstrom im Bereich zwischen dem Ventilgehäuse und dem Drehschieber in der Aufnahme gestattet ist. Bevorzugt sind im Unterschied dazu im Bereich der Fluidanschlüsse des Ventilgehäuses Dichtmittel vorgesehen, welche im Bereich der Fluidanschlüsse sicherstellen, dass eine Fluidströmung nur vom jeweiligen Fluidanschluss zu einer jeweiligen korrespondierend Öffnung des Drehschiebers und der zur jeweiligen Öffnung korrespondierenden Fluidverbindung erfolgen kann, wobei insbesondere eine Fluidströmung aus dem jeweiligen Fluidanschluss oder der jeweiligen Öffnung in einen Zwischenbereich der Aufnahme zwischen dem Drehschieber und dem Ventilgehäuse durch das Dichtmittel unterbunden ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines Mehrwegeventils, die mit den oben beschriebenen Ausführungen kombinierbar ist, verläuft die Verbindungsleitung in Richtung der Drehachse, insbesondere parallel zur Drehachse. Beispielsweise kann die Verbindungsleitung eine Mittelpunktlinie definieren, welche in Richtung, insbesondere parallel, zur Drehachse ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann besonders effektiv eine Verbindung zwischen der ersten Etage und der zweiten Etage des Drehschiebers durch die Verbindungsleitung unter Umgehung der im Drehschieber angeordneten Barriere geschaffen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführung eines Mehrwegeventils, welche mit den vorigen Ausführungen kombinierbar ist, kann vorgesehen sein, dass der Drehschieber eine in Richtung der Drehachse zwischen der ersten Etage und der zweiten Etage angeordnete dritte Etage oder Zwischenetage umfasst. Die Zwischenetage ist mit den zweiten Öffnungen in der zweiten Etage fluidisch verbunden. Die Verbindungsleitung ist bei dieser Ausführungsform so ausgelegt und eingerichtet, eine erste Öffnung des Drehschiebers mit wenigstens einem Öffnungsfenster der Zwischenetage fluidisch zu verbinden. Auf diese Weise kann gewährleistet sein, dass der Drehschieber in Richtung der Drehachse eine Axialerstreckung hat, welche größer ist als die Axialerstreckung der ersten Etage und der zweiten Etage, wobei in der ersten Etage und in der zweiten Etage jeweils die Öffnungen des Drehschiebers angeordnet sind. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass eine Anschließbarkeit von einer Vielzahl von Fluidanschlüssen an die ersten Öffnungen in der ersten Etage sowie von anderen Fluidanschlüssen an die zweiten Öffnungen in der zweiten Etage gewährleistet sein kann, die vorzugsweise entlang des vollständigen Außenumfangs der zweiten Etage sowie ggf. eines Großteils des Außenumfangs der ersten Etage umgesetzt sein kann. Auf diese Weise kann ein Mehrwegeventil zur Verbindung einer großen Anzahl von Fluidanschlüssen (vier oder sehr viel mehr) umgesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung eines Mehrwegeventils mit einer Zwischenetage ist die Barriere zwischen der Zwischenetage und der ersten Etage angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Durchgangsöffnung im Drehschieber die Zwischenetage mit der zweiten Etage fluidisch verbinden. Die Barriere kann bspw. durch eine scheibenförmige Dichtung oder durch Vollmaterial des Mehrwegeventils in der Axialrichtung entsprechend der Richtung der Drehachse zwischen der ersten Etage und der Zwischenetage ausgebildet sein. Die Barriere verhindert das Durchdringen von Fluid von der ersten Etage zur Zwischenetage im Bereich des Drehschiebers vorzugsweise vollständig. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Barriere sich quer, insbesondere orthogonal, zur Drehachse erstreckt. Die zweite Etage und die Zwischenetage sind fluidisch durch eine Durchgangsöffnung verbunden. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Durchgangsöffnung wenigstens genauso groß, insbesondere größer, als der Querschnitt einer zweiten Öffnung. Es kann bevorzugt sein, dass die Durchgangsöffnung als Ringöffnung gebildet ist, welche den Drehschieber in Axialrichtung vorzugsweise vollumfänglich um die Drehachse durchdringt. Die Zwischenetage und die zweite Etage können eine einzige, gemeinsame, als Hohlraum gebildete Kammer im Drehschieber formen.
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Bei einer anderen Ausführung eines Mehrwegeventils, die mit den vorigen Ausführungen kombinierbar ist, weist das Ventilgehäuse im Bereich der ersten Etage drei erste Fluidanschlüsse auf. Insbesondere weist das Ventilgehäuse im Bereich der ersten Etage genau drei erste Fluidanschlüsse auf. Die ersten Fluidanschlüsse können im Bereich der ersten Etage umfänglich, vorzugsweise gleich, verteilt sein, insbesondere in gleich großen Abständen von etwa 60°, etwa 90° oder etwa 120°.
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Gemäß einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Magnetventils, welche mit den vorigen Ausführungen kombinierbar ist, weist der Drehschieber in der ersten Etage wenigstes eine, insbesondere zwei, vorzugsweise genau zwei, Fluidverbindungen auf. Jede der Fluidverbindungen in der ersten Etage verbindet je zwei verschiedene Öffnungen miteinander. Die Anzahl der Öffnungen entspricht demnach vorzugsweise der Anzahl der Fluidverbindungen mal zwei. Jeder Öffnung ist eine Fluidverbindung individuell zugeordnet. Insbesondere definiert die wenigstens eine Fluidverbindung einen jeweiligen Kanal, der je genau zwei der ersten Öffnungen miteinander verbindet. Insbesondere ist die wenigstens eine Fluidverbindung als gekrümmter und/oder integral mit dem Drehschieber gebildeter Kanal geformt. Es kann bevorzugt sein, dass der Drehschieber einstückig aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist und die Öffnungen und Fluidverbindungen des Drehschiebers einstückig als Gussteil, insbesondere Kunststoff-Spritzgussteil, gebildet sind. Es kann bevorzugt sein, dass der gekrümmte Kanal zwei in der Umfangsrichtung benachbarte erste Öffnungen als Fluidverbindung miteinander verbindet. Beispielsweise kann ein Kanal zwei um 60°, 90° oder 120° in Umfangsrichtung zueinander versetzte, unmittelbar benachbarte, Öffnungen miteinander als Fluidverbindung verbinden. Vorzugsweise sind die Fluidverbindungen durch Kanäle in derselben Querschnittsebene bzgl. der Drehachse angeordnet. Alternativ kann es denkbar sein, dass einer oder mehrere der Fluidkanäle einen von einer ebenen Erstreckung abweichenden gekrümmten Verlauf haben, sodass die mehreren Fluidverbindungen der ersten Etage in Vertikalrichtung aneinander vorbeilaufen können, einander also in Bezug auf eine durch die Drehachse vorgegebene Vertikalrichtung überbrücken bzw. untertunneln. Eine derartige Anordnung kann bevorzugt sein, um erste Öffnungen in der ersten Etage miteinander zu verbinden, welche nicht unmittelbar zueinander benachbart sind.
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Gemäß einer Ausführung eines Mehrwegeventils weist das Ventilgehäuse im Bereich der zweiten Etage zwei zweite Fluidanschlüsse auf. Insbesondere weist das Ventilgehäuse im Bereich der zweiten Etage genau zwei zweite Fluidanschlüsse auf. Die zweiten Fluidanschlüsse können im Bereich der zweiten Etage umfänglich, vorzugsweise gleich, verteilt sein, insbesondere in gleich großen Abständen von etwa 60°, etwa 90°, etwa 120° oder etwa 180°. Alternativ oder zusätzlich weist der Drehschieber in der zweiten Etage wenigstens eine zweite Öffnung auf. Insbesondere weist der Drehschieber in der zweiten Etage zwei Öffnungen auf, vorzugsweise genau zwei zweite Öffnungen. Es kann bevorzugt sein, dass der Drehschieber einstückig aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist und die zweiten Öffnungen einstückig im Gussteil, insbesondere Kunststoff-Spritzkristall, gebildet sind. Vorzugsweise sind die zweiten Fluidanschlüsse und/oder die zweiten Öffnungen in der zweiten Etage in Umfangsrichtung bzgl. der Drehachse um 180° versetzt angeordnet. Vorzugsweise sind erste Fluidanschlüsse und zweite Fluidanschlüsse des Ventilgehäuses korrespondierend zueinander angeordnet. Beispielsweise können erste Fluidanschlüsse und zweite Fluidanschlüsse bzgl. der Umfangsrichtung relativ zueinander ohne Versatz angeordnet sein. Alternativ ist es denkbar, dass sämtliche zweite Fluidanschlüsse einen, insbesondere denselben, Versatz in Umfangsrichtung bzgl. der Drehachse in Relation zu jeweils einem korrespondierenden ersten Fluidanschluss der ersten Etage aufweisen. Beispielsweise ist denkbar, dass zwei zweite Fluidanschlüsse in der zweiten Etage bzgl. der Umfangsrichtung um denselben Winkelversatz, bspw. von 45° oder 90°, in Relation zu einem Paar korrespondierender erster Fluidanschlüsse in der ersten Etage, bspw. einem diametral gegenüberliegenden Paar erster Fluidanschlüsse, in Umfangsrichtung verlagert sind. Die Anordnung der zweiten Öffnungen im Drehschieber kann in Bezug auf erste Öffnungen im Drehschieber korrespondierend vorgesehen sein. Beispielweise sind in Bezug die Drehachse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die zweiten Öffnungen bzgl. der Umfangsrichtung gleich mit den ersten Öffnungen angeordnet. Beispielweise können erste Öffnungen und zweite Öffnungen bzgl. der Umfangrichtung relativ zueinander ohne Versatz angeordnet sein. Alternativ ist es denkbar, dass sämtliche zweite Öffnungen einen, insbesondere denselben, Versatz in Umfangsrichtung bzgl. der Drehachse in Relation zu jeweils einer korrespondierenden ersten Öffnung der ersten Etage aufweisen. Beispielsweise ist denkbar, dass zwei zweite Öffnungen in der zweiten Etage bzgl. der Umfangrichtung um denselben Winkelversatz, bspw. 45°, 60° oder 90°, in Relation zu einem Paar korrespondierender erster Öffnungen in der ersten Etage in Umfangsrichtung verlagert sind. Indem dafür Sorge getragen ist, dass die ersten und zweiten Öffnungen wie auch die ersten und zweiten Fluidanschlüsse jeweils korrespondierend zueinander vorgesehen sind, kann die Herstellung und/oder die Steuerbarkeit des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils vereinfacht sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform eines Mehrwegeventils, die mit den vorigen Ausführungsformen kombinierbar ist, sind das Ventilgehäuse und der Drehschieber derart aufeinander abgestimmt, dass wenigstens zwei, insbesondere genau vier, vorbestimmte Relativstellungen des Drehschiebers in Bezug auf das Ventilgehäuse bereitgestellt sind. In diesen vorbestimmten Relativstellungen sind jeweils unterschiedliche der mehreren Fluidanschlüsse paarweise durch das Mehrwegeventil miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich steht in diesen Relativstellungen je eine andere der in der ersten Etage angeordneten ersten Öffnungen mit der Verbindungsleitung in Eingriff. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass das Mehrwegeventil ein 5/4-Wege-Ventil ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die mit den übrigen Ausführungen kombinierbar ist, steht an wenigstens einem Fluidanschluss eine Gleitdichtung in einem, insbesondere formkomplementären, Kontakteingriff mit einem vorzugsweise zylindrischen Außenumfang des Drehschiebers. Insbesondere sind die Gleitdichtungen drehfest und/oder mit einer Vorspannung in der Radialrichtung bzgl. Drehachse am Ventilgehäuse gehalten. Beispielsweise können die Gleitdichtungen an den öffnungsseitigen Enden der Fluidanschlüsse angeordnet sein und vorgespannt, bspw. durch eine Feder, gegen einen Außenumfang des Drehschiebers im Bereich je wenigstens einer Öffnung gedrängt werden. Bevorzugt stützen sich Federn zum Bereitstellen einer Anpresskraft für die wenigstens eine Gleitdichtung an wenigstens einem Fluidanschluss ab. Auf diese Weise kann eine sichere und verlässliche Fluidübertragung von einem Fluideinlass durch eine Öffnung in einer Fluidleitung im Drehschieber gewährleistet werden, und umgekehrt. Herkömmliche Mehrwegeventile mit Drehschiebern sind ohne Dichtelement zwischen dem Ventilgehäuse und dem Drehschieber ausgelegt. Das hat erhebliche Leckagen wie auch unerwünschten Abrieb in den Ringkontaktbereichen zwischen Drehschieber und Ventilgehäuse zur Folge.
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Bei einem Mehrwegeventil gemäß einer weiteren Ausführung, die mit den übrigen Ausführungen kombinierbar ist, ist an wenigstens einem Fluidanschluss eine Rohraufnahme angeordnet. Vorzugsweise sind an zwei, wenigstens drei oder mehreren, insbesondere allen Fluidanschlüssen, je eine Rohraufnahme angeordnet. Die wenigstens eine Rohraufnahme ist insbesondere integral im Ventilgehäuse gebildet. Vorzugsweise sind alle Rohraufnahmen im Bereich der Fluidanschlüsse integral im Ventilgehäuse gebildet. In der Rohraufnahme ist ein Anschlussstutzen zum Anbinden des Mehrwegeventils an den Fluidkreislauf angeordnet oder anordenbar. Der Anschlussstutzen, der in der Rohraufnahme angeordnet ist, kann insbesondere geradlinig sein. Alternativ kann der Anschlussstutzen, der in der Rohraufnahme angeordnet ist, eine Krümmung umfassen. Es ist denkbar, dass das Mehrwegeventil mit mehreren verschiedenen Anschlussstutzen ausgestattet ist, bspw. wenigstens einem Anschlussstutzen mit Krümmung und wenigstens einem geradlinigen Anschlussstutzen. Vorzugsweise kann bei einer Ausführung, bei der zueinander korrespondierende erste Fluidanschlüsse und zweite Fluidanschlüsse vorgesehen sind, je in einem zueinander gehörigen Paar bestehend aus einem ersten Fluidanschluss und einem dazu korrespondierenden zweiten Fluidanschluss ein Paar gleichartige Anschlussstutzen, entweder geradlinig oder mit einer Krümmung versehen, zum Anbinden des Mehrwegeventils an den Fluidkreislauf angeordnet oder anordenbar sein.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Mehrwegeventils wie oben beschrieben in einem Fluidkreislauf, insbesondere einem Kühlfluidkreislauf, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Fluidkreislauf, insbesondere einen Kühlfluidkreislauf, für ein Kraftfahrzeug, welcher wenigstens ein Mehrwegeventil wie oben beschrieben umfasst.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das wenigstens ein Mehrwegeventil wie oben beschrieben oder einen Fluidkreislauf wie oben beschrieben aufweist. Der Fluidkreislauf des Kraftfahrzeugs kann insbesondere ein Kühlfluidkreislauf sein.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der beiliegenden Figuren werden besonders bevorzugte Ausführungen der Erfindung dargestellt, in denen zeigen:
- 1 eine Schnittansicht durch die erste Etage eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils;
- 2 eine Schnittansicht durch die zweite Etage des Mehrwegeventils gemäß 1;
- 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittebene A-A durch das Mehrwegeventil gemäß 1;
- 4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B-B gemäß 2;
- 5 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils ohne Ventilgehäuse; und
- 6 eine schematische Darstellung eines 5/4-Wege-Ventils.
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In der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden für dieselben oder ähnliche Komponenten zur Vereinfachung der Lesbarkeit dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
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Die Form des Ventilgehäuses 3 ergibt sich aus den 1-4. Im Inneren des Ventilgehäuses 3 ist eine im Wesentlichen zylindrische Aufnahme 30 für einen kolbenförmigen Drehschieber 5 vorgesehen. Der Drehschieber 5 ist innerhalb des Ventilgehäuses 3 um eine Drehachse D drehbar gehalten. Wie in den 3 und 4 zu erkennen ist, ist der Drehschieber 5 in Axialrichtung bzgl. der Drehachse D unbeweglich gehalten durch Drehlagerungen einerseits am Boden 36 und andererseits an einem oberseitigen Einsteckdeckel 37 des Ventilgehäuses. Mit dem Deckel 37 wird die Aufnahme 30 des Ventilgehäuses 3 abdichtend verschlossen.
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Der Drehschieber 5 ist, wie in 3 und 4 gut zu erkennen ist, einstückig, bspw. durch Kunststoff-Spritzguss gebildet. Abgsehen von der beschriebenen und der gargestellten Öffnungen sind keine weiteren vorgesehen. Der Drehschieber umfasst mehrere Fluidverbindungen 71, 72 und 73 zwischen einer Vielzahl von Öffnungen 61, 62, 63, 64, 65 und 66. Wie in 1 zu erkennen ist, verbindet die erste Fluidverbindung 71 zwei erste Öffnungen 61 und 63 in der ersten Etage 51 des Drehschiebers 5. Ebenfalls in der ersten Etage 51 des Drehschiebers 5 verbindet eine zweite Fluidverbindung 72 zwei weitere erste Öffnungen 62 und 66 miteinander. Die Schnittansichten 4 und 3 zeigen ebenfalls die erste Fluidverbindung 71 und die zweite Fluidverbindung 72.
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Zwischen den Öffnungen 61, 62, 63 und 66 in der ersten Etage 51 des Drehschiebers 5 und den Öffnungen 64 und 65 in der zweiten Etage des Drehschiebers 5 besteht im Bereich des Drehschiebers 5 keine fluidische Verbindung. Vielmehr ist eine Barriere 7 vorgesehen, welche zwischen den ersten Öffnungen 61, 62, 63 und 66 einerseits und den zweiten Öffnungen 64 und 65 andererseits angeordnet ist. Im Bereich des Drehschiebers 5 verhindert die Barriere fluiddicht einen Fluidtransfer zwischen einerseits den ersten Öffnungen 61, 62, 63, 66 und andererseits den zweiten Öffnungen. Die zweiten Öffnungen 64 und 65 sind in der zweiten Etage 52 des Drehschiebers 5 angeordnet und durch eine dritte Fluidverbindung 73 miteinander verbunden. Die dritte Fluidverbindung 73 verbindet durch eine axiale Durchgangsöffnung 83 die zweiten Öffnungen 64 und 65 mit mehreren Öffnungsfenstern 81 am radialen Außenumfang des Drehschiebers 5 in einer Zwischenetage 53.
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Wie in den 1 und 4 zu erkennen ist, ist am Umfang des Ventilgehäuses 3 eine konvexe Wölbung vorgesehen, die eine Verbindungsleitung 4 von der ersten Etage 51 zur Zwischenetage oder dritten Etage 53 bildet. Der Verlauf der Verbindungleitung 4 ist besonders gut in 4 zu erkennen. Die Verbindungsleitung 4 im Bereich des Ventilgehäuses 3 umgeht die im Bereich des Drehschiebers 5 vorgesehene Barriere 7 und lässt eine Fluidströmung aus der ersten Etage 51 durch die Verbindungsleitung 4 in die dritte Etage 53 und von dort zur zweiten Etage 52 zu.
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Das Ventilgehäuse 3 umfasst einen ersten Satz Fluidanschlüsse 31, 32, 33 im Bereich der ersten Etage 51 des Drehschiebers 5. Das Ventilgehäuse 3 umfasst einen zweiten Satz Fluidanschlüsse 34 und 35 im Bereich der zweiten Etage 52 des Drehschiebers 5.
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1 zeigt in der Schnittdarstellung die erste Etage 51. In der ersten Etage 51 erstrecken sich orthogonal zur Drehachse D des Drehschiebers 5 die drei ersten Fluidanschlüsse 31, 32, 33 sowie eine Öffnung der Verbindungsleitung 4 radial aus dem Bereich der Aufnahme 30 des Ventilgehäuses 3 hinaus. Die drei ersten Fluidanschlüsse 31, 32 und 33 und die Öffnung für die Verbindungsleitung 4 sind entlang des Außenumfangs des Ventilgehäuses um je 90° versetzt zueinander angeordnet. Die um 90° versetzte Anordnung hat sich als ideal für ein 5/4-Wege-Ventil herausgestellt.
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In der zweiten Etage 52 sind die zweiten Fluidanschlüsse 34 und 35 angeordnet. Bezüglich der Drehachse D sind die beiden zweiten Fluidanschlüsse um 180° relativ zueinander versetzt angeordnet.
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In der zweiten Etage 52 ist die dritte Fluidverbindung 73 als ringförmiger Öffnungskanal im Inneren des Drehschiebers 5 gebildet. Der Drehschieber 5 hat an seinem Außenumfang in der zweiten Etage 52 zwei zweite Öffnungen 64 und 65. Die zweiten Öffnungen 64 und 65 sind gleich groß und kreisförmig. Die zweiten Öffnungen 54 und 56 sind entlang des Umfangs des Drehschiebers 5 um 90° zueinander versetzt angeordnet.
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Der Versatz der zweiten Öffnungen 54 und 55 relativ zueinander ist halb so groß wie der Versatz der zweiten Fluidöffnungen 34 und 35 relativ zueinander in der zweiten Etage 52. Dadurch kann gewährleistet werden, dass in den vier verschiedenen Stellungen des Mehrwegeventils 1 in der zweiten Etage 52 je eine einzelne Öffnung 64 oder 65 mit entweder dem einen oder dem anderen der zweiten Fluidanschlüsse 34 oder 35 verbunden ist. In jeder der vier vorgegebenen Stellungen des Mehrwegeventils ist in der zweiten Etage 52 sichergestellt, dass eine der beiden zweiten Fluidanschlüsse 34 oder 35 geöffnet und der andere verschlossen ist.
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In der ersten Etage 51 des Drehschiebers 5 sind zwei viertelkreisförmig verlaufende Fluidverbindungen 71 und 72 vorgesehen. Die erste Fluidverbindung 71 verbindet zwei um 90° zueinander versetzte erste Öffnungen 61 und 63 miteinander. Die zweite Fluidverbindung 72 verbindet zwei andere um 90° relativ zueinander versetzte Öffnungen 63 und 66 miteinander. In jeder der vier vorbestimmten Stellungen des Mehrwegeventils 1 steht mit jedem der drei ersten Fluidanschlüsse 31, 32 und 33 in der ersten Etage 51 des Mehrwegeventils 1 je eine der vier Öffnungen 61, 62, 63 und 66 in Kontakt. Die Kanalweite der ersten Fluidanschlüsse 31,32 und 33 ist vorzugsweise gleich groß der Querschnittsweite der ersten Öffnungen 61, 62, 63 und 66.
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Die ersten Öffnungen 61, 62, 63 und 66 können fluchtend mit den ersten Fluidanschlüssen 31, 32 und 33 in Fluidverbindung gebracht werden. Durch die erste und die zweite Fluidverbindung 71, 72 sind je paarweise zwei um 90° zueinander entlang des Umfangs des Drehschiebers 5 versetzte erste Öffnungen 61 und 63 bzw. 62 und 66 miteinander verbunden. Wenn der Drehschieber 5 um die Drehachse D gedreht wird, bewegen sich die im Drehschieber 5 gebildeten Öffnungen gemeinsam mit ihrer jeweiligen Fluidverbindung ebenso um die Drehachse. In der ersten Etage 51 werden in jeder der vier vorgegebenen Stellungen des Mehrwegeventils 1 zwei unmittelbar benachbarte der ersten Fluidanschlüsse, entweder 31 und 33 oder 33 und 32 entweder durch die erste Fluidverbindung 71 (wie in 1 abgebildet) oder die zweite Fluidverbindung 72 miteinander verbunden (nicht näher dargestellt). Die jeweils andere zweite Fluidverbindung 72 oder erste Fluidverbindung 71 stellt eine fluidische Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 4 und entweder dem rechten ersten Fluidanschluss 31 oder dem linken ersten Fluidanschluss 32 (wie hier abgebildet in 1) her.
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Wie in 4 zu erkennen ist, wird das Fluid aus der ersten Etage 41 durch die Verbindungsleitung 4 in die dritte Etage oder Zwischenetage 53 geführt. In der Zwischenetage 53 ist der Drehschieber 5 mit zahlreichen Öffnungsfenstern 81 am Außenumfang ausgestattet, durch welche das Fluid aus der Verbindungsleitung 4 zurück in den Drehschieber 5 gelangen kann. Zwischen den Öffnungsfenstern 81 und den zweiten Öffnungen 64 und 65 in der zweiten Etage 52 des Drehschiebers ist eine ringförmige Durchgangsöffnung 83 vorgesehen. Der Drehschieber 5 bildet im Bereich der zweiten Etage und der dritten Etage im Wesentlichen eine in Axialrichtung parallel zur Drehachse D durchgängige Fluidkammer. Alle zweiten Öffnungen 64 und 65 sind mit allen Öffnungsfenstern 81 verbunden. Es versteht sich, dass ein Mehrwegeventil mit mehr Konfigurationsmöglichkeiten als einem 5/4-Wege-Ventil bspw. dadurch realisierbar ist, dass jeweils eine eindeutige Zuordnung einzelner Öffnungsfenster 81 und einzelner zweiter Öffnungen 64 oder 65, etc. durch entsprechende Kanäle oder dergleichen im Inneren des Drehschiebers 5 realisierbar sein können (nicht näher dargestellt).
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Damit das Fluid, insbesondere das Kühlfluid, auf eine konkret bestimmte Weise zwischen verschiedenen Fluidanschlüssen durch das Mehrwegeventil leitbar ist, ist das Ventilgehäuse 3 im Bereich aller Fluidanschlüsse 31-35 mit einer jeweiligen Gleitdichtung 91 ausgestattet. Die Gleitdichtungen 91 sind bzgl. der Drehachse D des Drehschiebers nach innen vorgespannt, sie drängen also radial gegen den Drehschieber 5. Auf diese Weise wird eine hohe Abdichtwirkung erreicht, sodass Fluid ausschließlich durch die Fluidanschlüsse und die Öffnungen gemäß einer vorgegebenen Strömungscharakteristik fließen kann. Dies ist bspw. in 3 gut erkennbar.
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Am Ventilgehäuse 3 sind in der hier abgebildeten Ausführung an jedem der Fluidanschlüsse 31-35 Anschlussstutzen 21, 23 und 25 einsetzbar, um das Mehrwegeventil 1 mit einem übrigen Fluidkreislauf zu verbinden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der verschiedenen realisierbaren fluidischen Verbindungen eines 5/4-Wege-Ventils, wie es das in den nachfolgenden Ausführungen beschriebene und den 1-4 dargestellte erfindungsgemäße Mehrwegventile 1 realisiert. Das 5/4-Wege-Ventil hat fünf verschiedene Fluidanschlüsse 31, 32, 33, 34 und 35, die auf die in 6 abgebildeten, vier verschiedenen Weisen miteinander verbunden werden können. Gemäß der in 6 dargestellten schematischen Ausführung sind die Fluidanschlüsse 31 und 32 als Fluidausgänge konzipiert, und die zweiten Fluidanschlüsse 33, 34 und 35 als Fluideingänge. Der Fachmann versteht, dass dasselbe Ventil ohne Weiteres auch für die umgekehrte Flussrichtung einsetzbar sein kann. Zur Vereinfachung wird die Flussrichtung entsprechend der Pfeile gemäß 6 angenommen. Die vier verschiedenen Stelloptionen des Mehrwegeventils gemäß 6 werde nachfolgend von links nach rechts als erste, zweite, dritte und vierte Stellung bezeichnet.
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Bei dem in den Figuren abgebildeten Mehrwegeventil 1 sind zwei verschiedene Fluidströmungen vorgesehen, wobei eine der beiden Fluidströmungen mit weißen Pfeilen und die andere der beiden Fluidströmungen mit schwarzen Pfeilen dargestellt ist. Die in den 1-4 dargestellte Stellung des Mehrwegeventils entspricht der ersten Stellung gemäß 6. Als Eingänge für die Fluidströmungen dienen für die erste Fluidströmung (schwarzer Pfeil) der in 1 rechte erste Fluidanschluss 21. Als Eingang für die zweite Fluidströmung (weißer Pfeil) dient der zweite, in 1 linke erste Fluidanschluss 32. Vom rechten ersten Fluidanschluss 31 wird die erste Fluidströmung (schwarzer Pfeil) zum mittleren ersten Fluidanschluss 33 geführt. Die zweite Fluidströmung (weißer Pfeil) wird vom linken ersten Fluidanschluss R durch die Verbindungsleitung zum in 2 dargestellten rechten zweiten Fluidanschluss 34 geführt. Der in 2 links dargestellte zweite Fluidanschluss 35 ist blindgeschaltet. Durch den linken zweiten Fluidanschluss 35 fließt in der abgebildeten Stellung des Drehschiebers 5 kein Fluid.
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Die zweite in 6 abgebildete Stellung entspricht einer Kühlfluidströmung durch das Mehrwegeventil 1 bei einem in Relation zu der in den 1 und 2 dargestellten Stellung um 90° im Uhrzeigersinn verschobenen Drehschieber 5 im Ventilgehäuse 3 (nicht näher abgebildet). In diesem Fall fließt die zweite Prozessfluidströmung vom linken ersten Fluidanschluss 32 (weißer Pfeil) zum mittleren ersten Fluidanschluss 33. Hingegen würde das erste Prozessfluid durch den rechten ersten Fluidanschluss 31 zur Verbindungsleitung und durch die Verbindungsleitung und den Drehschieber 5 in den rechten (zweiten) Fluidanschluss 34 geleitet. Der linke zweite Fluidanschluss 35 ist auch in dieser zweiten Stellung des 5/4-Wege-Ventils 1 blind.
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Die beiden übrigen Stellungen können insbesondere mit Blick auf die Schnittansicht durch die zweite Etage gemäß 2 vom Fachmann einfach nachvollzogen werden. Wird der Drehschieber 5 um weitere 90° im Uhrzeigersinn verschoben, stellt sich die dritte Stellung des 5/4-Wege-Ventils ein. In dieser dritten Stellung befindet sich der Drehschieber in einer um 180° versetzten Stellung im Vergleich zu der in 2 dargestellten Stellung. Für die Prozessfluidströmung ergibt sich in Bezug auf die erste Etage dasselbe, wie zuvor anhand von 1 bzgl. der ersten Stellung beschriebene Fließbild. In der zweiten Etage ist in der dritten Stellung der rechte zweite Fluidanschluss 34 blindgeschaltet und der linke zweite Fluidanschluss 35 geöffnet und in der dritten Stellung des 5/4-Wege-Ventils mit dem ersten linken Fluidanschluss 32 verbunden.
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Entsprechend gilt für die vierte Stellung des Mehrwegeventils 1 gemäß 6 eine Stellung, bei der der Drehschieber mit Blick auf 2 um 90° entgegen des Uhrzeigersinns versetzt ist. Für die erste Etage stellt sich wiederum das Fließbild ein, wie oben mit Blick auf die zweite Stellung beschrieben. Für die untere Etage gilt, dass der rechte zweite Fluidanschluss 34 blindgeschaltet und der zweite linke Fluidanschluss 35 über die Verbindungsleitung 4 mit der ersten Etage und dort mit dem rechten ersten Fluidanschluss 31 verbunden ist.
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Der Fachmann versteht, dass die Erfindung über das in den Figuren dargestellte 5/4-Wege-Ventil hinaus auch Anwendung auf andere Mehrwegeventile Anwendung finden kann. Die Anzahl von mit dem Mehrwegeventil 1 bedienbaren Fluidanschlüssen könnte beispielsweise erhöht werden, indem in der ersten Ebene und/oder in der zweiten Ebene die jeweilige Anzahl der ersten Fluidanschlüsse erhöht wird, wobei ggf. die Geometrie der Öffnungen 61, 62, 63, 64, 65 und 66 im Drehschieber und der die Öffnungen 61-66 verbindenden Fluidverbindungen anzupassen ist.
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Die verschiedenen Anschlussstutzen 21, 23 und 25 sind gut in der Explosionsdarstellung gemäß 5 zu erkennen. Die Anschlussstutzen können bspw. geradlinige Anschlussstutzen 21 sein. Alternativ können die Anschlussstutzen mit Krümmung versehen sein. Es sei klar, dass auch kurze geradlinig Anschlussstutzen 23, insbesondere ohne Schlauchverbinder, vorgesehen sein können. Durch den Deckel 37 des Ventilgehäuses 3 ragt eine Betätigungswelle 57 des Drehschiebers 5 in Axialrichtung entsprechend der Drehrichtung D hinaus. Der Drehschieber 5 kann mittels der Betätigungswelle 57 in eine beliebige Stellung gebracht werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mehrwegeventil
- 3
- Ventilgehäuse
- 4
- Verbindungsleitung
- 5
- Drehschieber
- 7
- Barriere
- 21, 23, 25
- Anschlussstutzen
- 30
- Aufnahme
- 31, 32, 33
- erster Fluidanschluss
- 34, 35
- zweiter Fluidanschluss
- 36
- Boden
- 37
- Deckel
- 51
- erste Etage
- 52
- zweite Etage
- 53
- Zwischenetage
- 57
- Betätigungswelle
- 59
- Rohraufnahme
- 61, 62, 63, 66
- erste Öffnung
- 64, 65
- zweite Öffnung
- 71, 72, 73
- Fluidverbindung
- 81
- Öffnungsfenster
- 83
- Durchgangsöffnung
- 91
- Gleitdichtung
- D
- Drehachse
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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