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Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil,
- - mit einem Ventilgehäuse, in dem ein sich in einer Längsrichtung entlang einer Längsachse erstreckender, radial außen von einer peripheren Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche des Ventilgehäuses begrenzter Schieberaufnahmeraum ausgebildet ist, der in mehrere in der Längsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgend angeordnete Aufnahmeraum-Hauptabschnitte und mehrere jeweils zwischen zwei in der Längsrichtung aufeinanderfolgenden Aufnahmeraum-Hauptabschnitten angeordnete Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte mit im Vergleich zu den Aufnahmeraum-Hauptabschnitten geringerem Querschnitt unterteilt ist, wobei jeder Aufnahmeraum-Übergangsabschnitt radial außen von einer eine zylindrische Gehäusedichtfläche ausbildenden Übergangsfläche der peripheren Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche des Ventilgehäuses begrenzt ist,
- - wobei die Aufnahmeraum-Hauptabschnitte zwei Entlüftungs-Hauptabschnitte, einen zwischen den beiden Entlüftungs-Hauptabschnitten angeordneten Speise-Hauptabschnitt und zwei jeweils zwischen dem Speise-Hauptabschnitt und einem der beiden Entlüftungs-Hauptabschnitte angeordnete Arbeits-Hauptabschnitte umfassen, und wobei die Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte zwei jeweils zwischen dem Speise-Hauptabschnitt und einem der Arbeits-Hauptabschnitte angeordnete Einlass-Übergangsabschnitte und zwei jeweils zwischen einem der Arbeits-Hauptabschnitte und dem diesbezüglich benachbarten Entlüftungs-Hauptabschnitt angeordnete Auslass-Übergangsabschnitte umfassen,
- - mit mehreren das Ventilgehäuse durchsetzenden Ventilkanälen, die einen mit einer fluidischen Druckquelle verbindbaren Speisekanal, zwei jeweils mit einem anzusteuernden Fluidverbraucher verbindbare Arbeitskanäle und zwei jeweils mit einer Drucksenke verbindbare Entlüftungskanäle umfassen, wobei der Speisekanal in den Speise-Hauptabschnitt, die beiden Arbeitskanäle jeweils in einen der beiden Arbeits-Hauptabschnitte und die beiden Entlüftungskanäle jeweils in einen der beiden Entlüftungs-Hauptabschnitte des Schieberaufnahmeraumes einmünden,
- - wobei in dem Schieberaufnahmeraum ein unter Ausführung einer Umschaltbewegung in der Längsrichtung zwischen zwei einander entgegengesetzten End-Schaltstellungen axial verschiebbarer Ventilschieber angeordnet ist, der einen Schieberkörper aufweist, der koaxial mit mehreren axial beabstandeten ringförmigen Steuerdichtungen bestückt ist, die bei der Umschaltbewegung des Ventilschiebers jeweils zeitweilig an einer einem der Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte zugeordneten zylindrischen Gehäusedichtfläche entlanggleiten können,
- - wobei der Schieberkörper einen Einlass-Steuerabschnitt aufweist, der zwei zueinander beabstandete Einlass-Steuerdichtungen der Steuerdichtungen trägt, die jeweils in einer von zwei in der Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes zueinander beabstandeten und nach radial außen hin offenen ringförmigen Dichtungshaltenuten des Einlass-Steuerabschnittes gehalten sind, wobei in den beiden End-Schaltstellungen des Ventilschiebers jeweils eine der beiden Einlass-Steuerdichtungen in einem der beiden Einlass-Übergangsabschnitte des Schieberaufnahmeraumes positioniert ist und dichtend an der diesem Einlass-Übergangsabschnitt zugeordneten Gehäusedichtfläche anliegt, während gleichzeitig die jeweils andere Einlass-Steuerdichtung ohne Dichtwirkung innerhalb des Speise-Hauptabschnittes des Schieberaufnahmeraumes positioniert ist.
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Ein aus der
EP 0 756 090 A2 bekanntes Mehrwegeventil dieser Art enthält einen in einem Schieberaufnahmeraum zwischen zwei End-Schaltstellungen verschiebbar aufgenommenen Ventilschieber, der einen mit einer Dichtungsstruktur bestückten Schieberkörper aufweist, wobei sich die Dichtungsstruktur aus einer Mehrzahl von axial zueinander beabstandeten ringförmigen Dichtungen zusammensetzt, die jeweils in einer ringförmigen Dichtungshaltenut des Schieberkörpers fixiert sind. Mehrere der Dichtungen sind als Steuerdichtungen ausgebildet, die abhängig von der Schaltstellung des Ventilgliedes dafür sorgen, dass in einer Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes zueinander benachbarte Aufnahmeraum-Hauptabschnitte zur Ermöglichung eines Fluidübertrittes miteinander verbunden oder voneinander abgetrennt sind. Ein mit einem Speisekanal kommunizierender Speise-Hauptabschnitt des Schieberaufnahmeraumes ist zwischen zwei jeweils mit einem Arbeitskanal verbundenen Arbeits-Hauptabschnitten des Schieberaufnahmeraumes angeordnet, wobei sich zwischen dem Speise-Hauptabschnitt und jedem Arbeits-Hauptabschnitt ein im Durchmesser kleinerer Aufnahmeraum-Übergangsabschnitt befindet, der von einer ringförmigen Übergangsfläche begrenzt ist, die zumindest partiell eine zylindrische Gehäusedichtfläche ausbildet. Ein Einlass-Steuerabschnitt des Schieberkörpers ist mit zwei axial zueinander beabstandeten Steuerdichtungen bestückt, die in den beiden End-Schaltstellungen abwechselnd jeweils mit einer der zugeordneten Übergangsflächen in Dichtkontakt stehen oder zum Zwecke der Freigabe einer Fluidverbindung zwischen dem Speisekanal und einem Arbeitskanal von der betreffenden Übergangsfläche axial abgerückt sind. Es handelt sich bei dem bekannten Mehrwegeventil um ein 5/2-Wegeventil, dessen Ventilschieber beim Umschalten kurzzeitig eine Mittelstellung einnimmt, in der gleichzeitig beide Einlass-Steuerdichtungen mit einer der beiden Übergangsflächen in Dichtkontakt stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Mehrwegeventil der eingangs genannten Art Maßnahmen zu treffen, die bei geringem Verschleiß hohe Durchflussraten ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der axiale Abstand zwischen den beiden Dichtungshaltenuten des Einlass-Steuerabschnittes des Schieberkörpers so gewählt ist, dass in einer zwischen den beiden End-Schaltstellungen liegenden Mittelstellung des Ventilschiebers beide Einlass-Steuerdichtungen ohne Dichtkontakt zu den Übergangsflächen der beiden Einlass-Übergangsabschnitte innerhalb des Speise-Hauptabschnittes positioniert sind, wobei die beiden einander entgegengesetzten, sich jeweils an eine der beiden Dichtungshaltenuten des Einlass-Steuerabschnittes anschließenden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes des Schieberkörpers eine derartige Länge haben, dass sie in der Mittelstellung des Ventilschiebers in den ihnen jeweils zugeordneten Einlass-Übergangsabschnitt des Schieberaufnahmeraumes axial eintauchen und gemeinsam mit dessen Übergangsfläche einen ringförmigen Drosselspalt begrenzen.
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Auf diese Weise liegt ein Mehrwegeventil vor, dessen Ventilschieber wahlweise in einer von zwei End-Schaltstellungen positionierbar ist, in denen er den mit dem Speisekanal kommunizierenden Speise-Hauptabschnitt des Schieberaufnahmeraumes mit einem der beiden axial angrenzenden Arbeits-Hauptabschnitte fluidisch verbindet und gleichzeitig fluiddicht vom jeweils anderen Arbeits-Hauptabschnitt abtrennt.
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Damit lässt sich bei entsprechend ausgebildetem Mehrwegeventil beispielsweise eine 5/2-Ventilfunktion realisieren. Ein über den Speisekanal zuströmendes fluidisches Druckmedium kann abhängig von der momentanen End-Schaltstellung des Ventilschiebers in einen mit einem Fluidverbraucher verbundenen Arbeitskanal überströmen, der mit einem der beiden Arbeits-Hauptabschnitte kommuniziert. Eine Besonderheit besteht darin, dass der Ventilschieber beim Umschalten zwischen den beiden End-Schaltstellungen temporär eine Mittelstellung einnehmen kann, in der beide Einlass-Steuerdichtungen wirkungslos sind, da sie beide mit axialem Abstand zu den Übergangsflächen der Einlass-Übergangsabschnitte angeordnet sind und diesbezüglich keinen Dichtkontakt aufweisen. Trotz der somit in der Mittelstellung fehlenden hermetischen Abdichtung des Speise-Hauptabschnittes bezüglich den beiden Arbeits-Hauptabschnitten kann kein relevanter Fluidübertritt zwischen den vorgenannten Hauptabschnitten stattfinden, weil die beiden sich axial außen an die Dichtungshaltenuten des Einlass-Steuerabschnittes anschließenden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes eine solche Länge haben, dass sie in den benachbarten Einlass-Übergangsabschnitt eintauchen und dort einen nur sehr geringen radialen Abstand zur zugeordneten Übergangsfläche aufweisen, sodass sich ein ringförmiger Drosselspalt ausbildet, der keinen nennenswerten Fluiddurchfluss zulässt. Die Verhältnisse unterscheiden sich somit nicht relevant von einem hypothetischen Fall, bei dem beide Einlass-Steuerdichtungen gleichzeitig in körperlichen Dichtkontakt mit den Einlass-Übergangsabschnitten stehen würden. Ein demgegenüber entscheidender Vorteil äußert sich jedoch darin, dass die axiale Länge der Kontaktfläche zwischen den Einlass-Steuerdichtungen und den Übergangsflächen der Einlass-Übergangsabschnitte, die man als Laufflächen bezeichnen kann, beim Umschalten des Ventilschiebers äußerst kurz ist.
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Dies reduziert einerseits die Reibung und die Verschleißanfälligkeit und erlaubt andererseits die Realisierung eines großen Mündungsquerschnittes im Bereich der Einmündung des Speisekanals in den Einlass-Steuerabschnitt, wodurch in den beiden End-Schaltstellungen hohe Durchflüsse möglich sind. Daraus resultierende Effekte sind geringe auf die Einlass-Steuerdichtungen wirkende Strömungskräfte, kompakte Abmessungen und eine lange Lebensdauer des Mehrwegeventils. Abhängig vom Ventiltyp des Mehrwegeventils handelt es sich bei der Mittelstellung nur um eine Momentaufnahme einer ununterbrochenen Umschaltbewegung, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn es sich bei dem Mehrwegeventil um eine 5/2-Wegeventil handelt. Ist das Mehrwegeventil beispielsweise als ein 5/3-Wegeventil ausgebildet, kann der Ventilschieber in der Mittelstellung relativ zum Ventilgehäuse im Stillstand sein. Mit dem Mehrwegeventil lassen sich fluidische Druckmedien beliebiger Art steuern, besonders vorteilhaft ist eine Nutzung zur Steuerung von Druckluft.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes und die Innenkontur des jeweils zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes sind bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass die quer bezüglich der Längsachse des Schieberaufnahmeraumes gemessene Spalthöhe der sich in der Mittelstellung des Ventilschiebers einstellenden ringförmigen Drosselspalte jeweils im Bereich von 0,10 mm bis 0,25 mm liegt. Damit verbunden ist eine sehr gute kontaktlose Abdichtwirkung ohne Risiko eines eventuellen direkten Kontaktes zwischen dem Schieberkörper und dem Ventilgehäuse.
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Die beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes sind zweckmäßigerweise jeweils kreiszylindrisch gestaltet und verfügen über eine radial nach außen weisende kreiszylindrische Außenmantelfläche. Im Bereich der kreiszylindrischen Außenmantelfläche beträgt die axiale Länge der beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes zweckmäßigerweise jeweils mindestens 60 % der in der Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes gemessenen Nutbreite der jeweils benachbarten Dichtungshaltenut, in der eine der Einlass-Steuerdichtungen fixiert ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die axiale Länge der beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes im Bereich ihrer kreiszylindrischen Außenmantelfläche einen Prozentsatz der in der Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes gemessenen Nutbreite der jeweils benachbarten Dichtungshaltenut beträgt, der im Bereich zwischen - je einschließlich - 100 % und 160 % liegt und bevorzugt 130 % beträgt. Bei diesen Längenverhältnissen haben sich bei internen Untersuchungen die besten Ergebnisse gezeigt.
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Bei jeder Umschaltbewegung zwischen den beiden End-Schaltstellungen legt der Ventilschieber eine als Umschalthub bezeichnete Wegstrecke zurück. Je nach Richtung der Umschaltbewegung, eilt entweder die eine oder die andere der beiden Einlass-Steuerdichtungen der jeweils anderen Einlass-Steuerdichtung mit dem zwischen den beiden Einlass-Steuerdichtungen vorhandenen axialen Abstand voraus. Bei jeder Umschaltbewegung gelangt die jeweils vorauseilende Einlass-Steuerdichtung mit der Übergangsfläche des zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes in Kontakt, bevor der Ventilschieber die andere End-Schaltstellung erreicht. Die bis zu diesem erstmaligen Kontakt mit der Übergangsfläche zurückgelegte Wegstrecke des Ventilschiebers, die kürzer ist als der Umschalthub, sei als Teilhub des Umschalthubes bezeichnet.
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Als günstig hat es sich erwiesen, wenn das Mehrwegeventil so ausgelegt ist, dass der besagte Teilhub mindestens 65 % des Umschalthubes beträgt und zweckmäßigerweise im Bereich von 80 % des Umschalthubes liegt.
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Die einem jeweiligen Aufnahmeraum-Übergangsabschnitt zugeordnete Übergangsfläche besteht zweckmäßigerweise nicht nur aus der gemäß der Innenumfangsfläche eines Hohlzylinders gestalteten zylindrischen Gehäusedichtfläche, sondern hat zusätzlich zwei Einlaufflächen, die sich jeweils an einer der beiden axialen Seiten an die zylindrische Gehäusedichtfläche anschließen und die jeweils eine sich zum benachbarten Aufnahmeraum-Hauptabschnitt hin konisch erweiternde Gestalt haben. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass die ringförmigen Dichtungen beim Übergang aus einem Aufnahmeraum-Hauptabschnitt in einen Aufnahmeraum-Übergangsabschnitt sanft radial komprimiert werden, sodass eine ruckfreie Umschaltbewegung mit geringem Verschleiß der über gummielastische Eigenschaften verfügenden Dichtungen gewährleistet ist.
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Bevorzugt beschränkt sich in der Mittelstellung des Ventilschiebers die bezüglich der Übergangsfläche des zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes vorhandene axiale Überlappung der beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes des Schieberkörpers auf ausschließlich die sich konisch erweiternde ringförmige Einlauffläche der Übergangsfläche. Jeder ringförmige Drosselspalt ist dann radial zwischen einem der beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes und einer der konischen ringförmigen Einlaufflächen ausgebildet.
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Es ist allerdings auch eine alternative Gestaltung zweckmäßig, bei der die axiale Länge des Einlass-Steuerabschnittes so auf den axialen Abstand zwischen den beiden Einlass-Übergangsabschnitten abgestimmt ist, dass die beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes des Schieberkörpers in der Mittelstellung des Ventilschiebers jeweils so weit axial in den zugeordneten Einlass-Übergangsabschnitt eintauchen, dass sie die zylindrische Gehäusedichtfläche des Einlass-Übergangsabschnittes ein Stück weit axial überlappen.
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Jeder ringförmige Drosselspalt kann einen radial außen von der Gehäusedichtfläche und radial innen vom zugeordneten axialen Endabschnitt des Einlass-Steuerabschnittes begrenzten hohlzylindrischen Spaltlängenabschnitt aufweisen. Dies insbesondere dann, wenn die axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes über eine zylindrische Außenmantelfläche verfügen und die zylindrische Gehäusedichtfläche des zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes axial überlappen. Wenn der Gehäusedichtfläche zum Speise-Hauptabschnitt hin eine konische Einlauffläche vorgelagert ist, kann der Drosselspalt zumindest bereichsweise eine sich in der Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes allmählich verringernde Spalthöhe haben.
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Der mit den beiden Einlass-Steuerdichtungen bestückte Einlass-Steuerabschnitt kann radial außen, abgesehen von den Dichtungshaltenuten, über seine gesamte Länge hinweg eine unabgestufte kreiszylindrische Außenumfangsfläche haben. Bevorzugt ist der Einlass-Steuerabschnitt allerdings durch einen konzentrischen ringnutförmigen Einschnitt axial in zwei einstückig ineinander übergehende Teilabschnitte unterteilt, wobei jeder dieser beiden Teilabschnitte eine der mit einer Einlass-Steuerdichtung bestückten Dichtungshaltenuten und eine der beiden axialen Endabschnitte des Einlass-Steuerabschnittes aufweist. Ein solcher Einschnitt erlaubt in den beiden End-Schaltstellungen nochmals höhere Durchflussraten für das zu steuernde fluidische Druckmedium.
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Zweckmäßigerweise verfügt der Schieberkörper axial beidseits des Einlass-Steuerabschnittes über jeweils einen von zwei Auslass-Steuerabschnitten, die ebenfalls jeweils eine der Steuerdichtungen tragen, die zur besseren Unterscheidung als Auslass-Steuerdichtungen bezeichnet werden. Jede dieser Auslass-Steuerdichtungen nimmt in der einen der beiden End-Schaltstellungen des Ventilschiebers eine Schließstellung innerhalb eines der beiden Auslass-Übergangsabschnitte ein, in der sie dichtend an den diesem Auslass-Übergangsabschnitt zugeordneten Übergangsfläche anliegt. In der jeweils anderen End-Schaltstellung befindet sich die Auslass-Steuerdichtung außerhalb des Auslass-Übergangsabschnittes innerhalb des benachbarten Entlüftungs-Hauptabschnittes, sodass der Auslass-Übergangsabschnitt offen ist und eine Fluidströmung aus dem Auslass-Steuerabschnitt durch den Auslass-Übergangsabschnitt in den Entlüftungs-Hauptabschnitt hinein und von dort aus in den zugeordneten Entlüftungskanal hinein erfolgen kann.
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An beiden axialen Endbereichen verfügt der Schieberkörper zweckmäßigerweise jeweils über einen Schieberkörper-Verschlussabschnitt, der eine ringförmige Verschlussdichtung trägt, die unabhängig von der Axialposition des Ventilschiebers unter Abdichtung gleitverschieblich an der radialen Begrenzungsfläche eines sich an den zugeordneten Entlüftungs-Hauptabschnitt anschließenden Verschluss-Aufnahmeraumabschnittes des Schieberaufnahmeraumes anliegt. Auf diese Weise sind die beiden Entlüftungs-Hauptabschnitte auf der dem benachbarten Arbeits-Hauptabschnitt axial entgegengesetzten Seite ständig verschlossen, wobei dennoch die Möglichkeit besteht, das Ventilglied außerhalb der Verschluss-Aufnahmeraumabschnitte mit Antriebsmitteln zu versehen, die zur Erzeugung der Umschaltbewegung verwendbar sind. Solche Antriebsmittel enthalten beispielsweise mindestens einen Antriebskolben und/oder mindestens eine Rückstellfeder.
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Wie weiter oben schon angesprochen wurde, kann das Mehrwegeventil vorteilhaft als 5/2-Wegeventil ausgebildet sein, bei dem die Mittelstellung des Ventilschiebers eine bei der Umschaltbewegung vom Ventilschieber ungestoppt durchlaufene dynamische Position ist. Speziell in einem solchen Fall, in dem die Mittelstellung des Ventilschiebers während der Umschaltbewegung nur sehr kurzzeitig auftritt, ist trotz fehlendem Dichtkontakt zwischen dem Ventilschieber und den Übergangsflächen der Einlass-Übergangsabschnitte keine betriebsrelevante Leckage zwischen dem Speise-Hauptabschnitt und den beiden Arbeits-Hauptabschnitten festzustellen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Mehrwegeventil von einer monostabilen Bauart und verfügt über eine Federeinrichtung, durch die der Ventilschieber in einer der beiden End-Schaltstellungen unter Vorspannung gehalten ist. Bei einer anderen Bauform ist das Mehrwegeventil von einem rückstellfederlosen bistabilen Typ, den man auch als Impulsventil bezeichnen kann.
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Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Mehrwegeventil um ein elektro-fluidisch und insbesondere elektro-pneumatisch vorgesteuertes Ventil. In diesem Fall ist es zur Betätigung des Ventilschiebers mit einer elektro-fluidischen Vorsteuerventileinrichtung ausgestattet, die beispielsweise mindestens ein Magnetventil oder Piezoventil als Vorsteuerventil beinhaltet.
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Zur Erzielung optimaler Durchflusswerte ist es zweckmäßig, wenn der Speisekanal mit einer inneren Kanalmündung peripher, das heißt radial außen in den Speise-Hauptabschnitt des Schieberaufnahmeraumes einmündet, wobei die innere Kanalmündung so gestaltet ist, dass ihre in der Längsrichtung des Schieberaufnahmeraumes gemessene maximale Breite der axialen Länge des Speise-Hauptabschnittes entspricht. Dies bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Kanalwandfläche des Speisekanals ansatzlos in die Übergangsflächen der beiden Einlass-Übergangsabschnitte übergehen zu lassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils in einem Längsschnitt bei einer ersten End-Schaltstellung des Ventilschiebers und mit einem vergrößert illustrierten Detail, wobei eine zur Betätigung vorhandene Vorsteuerventileinrichtung nur schematisch dargestellt ist,
- 2 das Mehrwegeventil aus 1 bei einer zweiten End-Schaltstellung des Ventilschiebers und ohne Darstellung der Vorsteuerventileinrichtung, und
- 3 einen weiteren Längsschnitt des Mehrwegeventils bei einer Mittelstellung des Ventilschiebers und mit einem vergrößert dargestellten Detail, wobei auch hier die bevorzugte Vorsteuerventileinrichtung nicht abgebildet ist.
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Das in der Zeichnung in einer bevorzugten Ausgestaltung illustrierte erfindungsgemäße Mehrwegeventil 1 ist zur Steuerung der Strömung eines fluidischen Druckmediums ausgebildet, bei dem es sich um ein gasförmiges oder um ein flüssiges Medium handeln kann und dabei insbesondere um Druckluft. Auch die Steuerung eines unter Vakuum stehenden Fluides ist möglich.
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Das Mehrwegeventil 1 ist zweckmäßigerweise von einer elektro-fluidisch und insbesondere elektro-pneumatisch vorgesteuerten Bauart. Dies trifft auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu. Insofern hat hier das Mehrwegeventil 1 ein Hauptventil 2, das mit einer elektrisch betätigbaren Vorsteuerventileinrichtung 3 ausgestattet ist, die über mindestens ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil 3a verfügt, bei dem es sich zweckmäßigerweise um ein Magnetventil handelt.
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Das beispielhafte Mehrwegeventil 1 ist von einer monostabilen Bauart und enthält daher nur ein einziges Vorsteuerventil 3a. Bei einer ebenfalls möglichen vorgesteuerten bistabilen Bauart enthält eine Vorsteuerventileinrichtung 3 vorzugsweise zwei Vorsteuerventile.
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Die vorgesteuerte Bauart des Mehrwegeventils 1 ist optional. Es kann sich alternativ beispielsweise auch um ein direkt elektrisch oder mittels Fluidkraft betätigbares Mehrwegeventil 1 handeln.
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Das Mehrwegeventil 1 hat ein Ventilgehäuse 5, das exemplarisch als Gehäuse des Hauptventils 2 ausgebildet ist und an das die Vorsteuerventileinrichtung 3 außen, insbesondere stirnseitig, angebaut ist.
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In dem Ventilgehäuse 5 ist ein länglicher, sich entlang einer Längsachse 4 erstreckender Hohlraum ausgebildet, der einen Schieberaufnahmeraum 7 zur Aufnahme eines Ventilschiebers 8 des Mehrwegeventils 1 bildet. Der Ventilschieber 8 hat eine Längsgestalt und erstreckt sich in dem Schieberaufnahmeraum 7 in der im Folgenden auch als Längsrichtung 4a bezeichneten Achsrichtung der Längsachse 4.
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Der Ventilschieber 8 ist in dem Schieberaufnahmeraum 7 relativ zum Ventilgehäuse 5 unter Ausführung einer linearen, durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 12 in der Längsrichtung 4a hin und her bewegbar. Auf diese Weise kann er relativ zum Ventilgehäuse 5 in unterschiedlichen axialen Schaltstellungen positioniert werden. Exemplarisch ist der Ventilschieber 8 zur bezüglich des Ventilgehäuses 5 zeitweilig stationären Einnahme zweier End-Schaltstellungen ausgebildet, von denen in der 1 eine erste End-Schaltstellung und in der 2 eine zweite End-Schaltstellung gezeigt ist. Beide End-Schaltstellungen sind mechanisch definiert und resultieren daraus, dass der Ventilschieber 8 in der ersten End-Schaltstellung an einer axial orientierten ersten Abstützfläche 6a des Ventilgehäuses 5 und in der zweiten End-Schaltstellung an einer der ersten Abstützfläche 6a zugewandten, diesbezüglich jedoch beabstandeten zweiten Abstützfläche 6b des Ventilgehäuses 5 zur Anlage gelangt. Exemplarisch hat der Ventilschieber 8 zu diesem Zweck an einem ersten axialen Endabschnitt 9a eine mit der ersten Abstützfläche 6a kooperierende erste Gegenabstützfläche 10a und an einem entgegengesetzten zweiten axialen Endabschnitt 9b eine mit der zweiten Abstützfläche 6b kooperierende zweite Gegenabstützfläche 10b.
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Die Betätigungskräfte zur Erzeugung der Umschaltbewegung 12 und zum Festhalten des Ventilschiebers in der eingestellten End-Schaltstellung resultieren exemplarisch teils aus einer Fluidkraft und teils aus der Stellkraft einer Federeinrichtung 21. Durch die - bevorzugt mechanische - Federeinrichtung 21 ist der Ventilschieber 8 ständig in die erste End-Schaltstellung vorgespannt. Beispielsweise besteht die Federeinrichtung 21 aus einer Schraubendruckfeder. Der Schieberaufnahmeraum 7 hat zwei einander entgegengesetzte erste und zweite Aufnahmeraum-Endabschnitte 19a, 19b, wobei die Federeinrichtung 21 in dem in der Zeichnung links liegenden zweiten Aufnahmeraum-Endabschnitt 19b angeordnet ist und sich dort axial einerseits an dem zweiten axialen Endabschnitt 9b des Ventilschiebers 8 und andererseits an einer den Schieberaufnahmeraum 7 stirnseitig verschließenden zweiten stirnseitigen Abschlusswand 20b des Ventilgehäuses 5 abstützt.
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Auf der axial entgegengesetzten Seite ist der dort liegende erste Aufnahmeraum-Endabschnitt 19a durch eine erste stirnseitige Abschlusswand 20a verschlossen, wobei in dem ersten Aufnahmeraum-Endabschnitt 19a ein Antriebskolben 15 des Ventilschiebers 8 angeordnet ist, der eine axial orientierte Antriebsfläche 13 aufweist, die mittels der Vorsteuerventileinrichtung 3 mit einem Vorsteuerfluid beaufschlagbar ist, um eine der Stellkraft der Federeinrichtung 21 entgegengesetzte und diesbezüglich größere Betätigungskraft hervorzurufen.
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Für die Steuerung der Fluidbeaufschlagung der Antriebsfläche 13 ist das Vorsteuerventil 3a der Vorsteuerventileinrichtung 3 insbesondere als ein 3/2-Wegeventil ausgebildet. Abhängig vom momentanen Betriebszustand des Vorsteuerventils 3a führt der Ventilschieber 8 eine Umschaltbewegung 12 aus oder ist in einer seiner beiden End-Schaltstellungen lösbar festgehalten.
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Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Federeinrichtung 21 durch einen weiteren Antriebskolben 15 ersetzt, wobei es sich bei den Betätigungskräften für beide Umschaltrichtungen der Umschaltbewegung 12 um eine Fluidkraft handelt.
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Der Schieberaufnahmeraum 7 ist radial außen von einer nach radial innen weisenden peripheren Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche 16 des Ventilgehäuses 5 begrenzt. In einem Querschnitt rechtwinkelig zu der Längsachse 4 hat die Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche 16 eine runde und bevorzugt eine kreisrunde Kontur.
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Der Schieberaufnahmeraum 7 ist in seiner Längsrichtung 4a in mehrere axial ineinander übergehende Aufnahmeraumabschnitte 17 unterteilt. Die beiden Aufnahmeraum-Endabschnitte 19a, 19b sind zwei dieser Aufnahmeraumabschnitte 17.
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Zu den Aufnahmeraumabschnitten 17 gehören des Weiteren insgesamt fünf Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22, die zwischen den beiden Aufnahmeraum-Endabschnitten 19a, 19b mit Abstand zueinander in der Längsrichtung 4a aufeinanderfolgend angeordnet sind, sowie vier Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23, von denen jeweils einer zwischen zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgenden Aufnahmeraum-Hauptabschnitten 22 angeordnet ist, und die rechtwinkelig zu der Längsachse 4 jeweils einen geringeren Querschnitt haben als die Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22. Bevorzugt ist der Querschnitt sämtlicher Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22 untereinander gleich wie auch der Querschnitt der Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 bevorzugt untereinander gleich ist.
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Zwischen den beiden äußeren Aufnahmeraum-Hauptabschnitten 22 und dem jeweils darauffolgenden Aufnahmeraum-Endabschnitt 19a, 19b erstreckt sich zweckmäßigerweise ein im Folgenden als Verschluss-Aufnahmeraumabschnitt 24 bezeichneter Aufnahmeraumabschnitt 17, dessen Durchmesser bevorzugt geringer ist als derjenige der Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22 und des sich anschließenden ersten beziehungsweise zweiten Aufnahmeraum-Endabschnittes 19a, 19b.
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Jeder Aufnahmeraum-Übergangsabschnitt 23 ist radial außen von einer sich axial zwischen den beiden benachbarten Aufnahmeraum-Hauptabschnitten 22 erstreckenden ringförmigen Übergangsfläche 25 begrenzt, die radial nach innen weist. Die Übergangsfläche 25 hat im Querschnitt rechtwinkelig zur Längsachse 4 betrachtet bevorzugt eine kreisförmige Kontur.
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Wie insbesondere aus der Detailvergrößerung in der 1 ersichtlich ist, hat die Übergangsfläche 25 einen entsprechend der Innenumfangsfläche eines Hohlzylinders ausgebildete zylindrische Innenumfangsfläche, die bezüglich des Ventilschiebers 8 eine Dichtfunktion ausüben kann und daher als zylindrische Gehäusedichtfläche 26 bezeichnet wird.
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Die zylindrische Gehäusedichtfläche 26 geht zweckmäßigerweise axial beidseits jeweils in eine sich zum axial benachbarten Aufnahmeraum-Hauptabschnitt 22 hin konisch erweiternde ringförmig Einlauffläche 27 über. Der Übergangsbereich zwischen der Gehäusedichtfläche 26 und jeder konischen Einlauffläche 27 ist bevorzugt abgerundet.
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Zur besseren Unterscheidung werden die Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22 im Folgenden auch funktionsabhängig unterschiedlich bezeichnet. Dementsprechend enthalten die Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22 einen mittleren Speise-Hauptabschnitt 22a, zwei sich axial beidseits jeweils daran anschließende erste und zweite Arbeits-Hauptabschnitte 22b, 22c und schließlich noch zwei äußere, erste und zweite Entlüftungs-Hauptabschnitte 22d, 22e. Der erste Entlüftungs-Hauptabschnitt 22d ist benachbart zu dem ersten Aufnahmeraum-Endabschnitt 19a angeordnet.
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Zur besseren Unterscheidung werden im Folgenden auch die Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 durch spezielle Benennungen identifiziert, wobei die beiden sich an den Speise-Hauptabschnitt 22a anschließenden Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 als erster und zweiter Einlass-Übergangsabschnitt 23a, 23b bezeichnet werden und die beiden jeweils zwischen einem der Arbeits-Hauptabschnitte 22b, 22c und einem der Entlüftungs-Hauptabschnitte 22d, 22e angeordneten Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 als erster beziehungsweise zweiter Auslass-Übergangsabschnitt 23c, 23d.
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Jeder der fünf Aufnahmeraum-Hauptabschnitte 22 kommuniziert mit einem von mehreren das Ventilgehäuse 5 durchsetzenden Ventilkanälen 18. Jeder dieser Ventilkanäle 18 mündet exemplarisch mit einer inneren Kanalmündung am radialen Außenumfang in den zugeordneten Aufnahmeraum-Hauptabschnitt 22 ein. Das beispielhafte Mehrwegeventil 1 ist als ein Fünfwegeventil ausgebildet und hat entsprechend der Anzahl von Aufnahmeraum-Hauptabschnitten 22 insgesamt fünf solcher Ventilkanäle 18. Die Ventilkanäle 18 sind durch den Ventilschieber 8 abhängig von seiner Schaltstellung in unterschiedlichen Steuerkonfigurationen miteinander verbindbar und/oder voneinander abtrennbar.
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Bei den Ventilkanälen 18 handelt es sich exemplarisch um einen in den Speise-Hauptabschnitt 22a einmündenden Speisekanal 18a, um einen in den ersten Arbeits-Hauptabschnitt 22b einmündenden ersten Arbeitskanal 18b, um einen in den zweiten Arbeits-Hauptabschnitt 22c einmündenden zweiten Arbeitskanal 18c, um einen in den ersten Entlüftungs-Hauptabschnitt 22d einmündenden ersten Entlüftungskanal 18d und um einen in den zweiten Entlüftungs-Hauptabschnitt 22e einmündenden zweiten Entlüftungskanal 18e.
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Jeder Ventilkanal 18 mündet mit einer äußeren Kanalmündung zu einer Außenfläche 28 des Ventilgehäuses 5 aus. Über die zugeordnete äußere Kanalmündung steht im Betrieb des Mehrwegeventils 1 der Speisekanal 18a mit einer das zu steuernde fluidische Druckmedium zur Verfügung stellenden fluidischen Druckquelle P in Verbindung. Ferner ist im Betrieb des Mehrwegeventils 1 jeder der beiden Arbeitskanäle 18b, 18c mit einem anzusteuernden Fluidverbraucher verbunden, beispielsweise mit einem doppeltwirkenden fluidbetätigten Antrieb, bei dem es sich zum Beispiel um einen Pneumatikzylinder handelt. Jeder Entlüftungskanal 18d, 18e ist ferner mit einer Drucksenke R verbunden, bei der es sich insbesondere um die Atmosphäre handelt.
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Der Ventilschieber 8 hat einen sich in dem Schieberaufnahmeraum 7 in der Längsrichtung 4a erstreckenden, bevorzugt einstückig ausgebildeten Schieberkörper 31. Exemplarisch wirkt die Federeinrichtung 21 einenends direkt auf diesen Schieberkörper 31 ein. Der Antriebskolben 15 ist beispielhaft ein bezüglich des Schieberkörpers 31 separates Bauteil und in geeigneter Weise mit dem Schieberkörper 31 bewegungsgekoppelt. Er kann allerdings auch integral mit dem Schieberkörper 31 ausgebildet sein. Der Schieberkörper 31 macht die Umschaltbewegung 12 mit.
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Der Schieberkörper 31 ist im Bereich seines radialen Außenumfanges mit einer dynamisch dichtend mit dem Ventilgehäuse 5 zusammenwirkenden Dichtungsstruktur 32 versehen. Die Dichtungsstruktur besteht aus einer Mehrzahl von Dichtungsringen 33, die unter gegenseitigem axialem Abstand koaxial auf dem Schieberkörper 31 in diesbezüglich unbeweglicher Weise angeordnet sind. Jeder Dichtungsring 33 sitzt in einer eigenen, als Dichtungshaltenut 34 bezeichneten Ringnut, die in dem Schieberkörper 31 mit nach radial außen weisender Nutöffnung koaxial ausgebildet ist.
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Die Dichtungsringe 33 bestehen zweckmäßigerweise aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften und dabei insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomermaterial. Es kann sich um unverstärktes Material handeln oder um Material mit integrierten Verstärkungseinlagen, beispielsweise mit Faserverstärkungen. Bevorzugt ist jeder Dichtungsring 33 vergleichbar einem O-Ring konzipiert, wobei der Ringkörper allerdings keinen kreisrunden Querschnitt hat, sondern über einen länglichen Querschnitt verfügt. Der Ringkörper ist daher in der axialen Richtung des Dichtungsrings 33 schmäler als in der diesbezüglich radialen Richtung, sodass man von einem Schmalring sprechen kann.
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Der Ringkörper jedes Dichtungsrings 33 hat einen radial innen angeordneten ringförmigen Halteabschnitt 34a, mit dem er formschlüssig in der zugeordneten Dichtungshaltenut 34 fixiert ist. Bei der Montage auf den Schieberkörper 31 wird der jeweilige Dichtungsring 33 kurzzeitig radial aufgeweitet. An den Halteabschnitt 34a schließt sich radial außen konzentrisch ein ringförmiger Dichtabschnitt 34b an, der rings um den Schieberkörper 31 herum aus der Haltenut 34 herausragt und über die der Dichtungshaltenut 34 axial benachbarte Außenumfangsfläche des Schieberkörpers 31 vorsteht.
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Der Schieberkörper 31 ist in seiner Längsrichtung mehrfach abgestuft. Längenabschnitte größeren Durchmessers wechseln sich mit Längenabschnitten kleineren Durchmessers ab. Die Längenabschnitte kleineren Durchmessers werden im Folgenden auch als Verbindungsabschnitte 35 bezeichnet.
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Einer der Längenabschnitte größeren Durchmessers, der im Folgenden als Einlass-Steuerabschnitt 36 bezeichnet wird, sitzt axial zwischen zwei weiteren Längenabschnitten größeren Durchmessers, deren einer als erster Auslass-Steuerabschnitt 37 und deren anderer als zweiter Auslass-Steuerabschnitt 38 bezeichnet wird. Beide Auslass-Steuerabschnitte 37, 38 sind über einen der Verbindungsabschnitte 35 mit dem dazwischen angeordneten Einlass-Steuerabschnitt 36 fest verbunden.
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Vorzugsweise hat der Schieberkörper 31 noch zwei weitere Längenabschnitte größeren Durchmessers, die den beiden axialen Endabschnitten 9a, 9b des Ventilschiebers 8 zugeordnet sind und von denen der eine als erster Schieberkörper-Verschlussabschnitt 42 und der andere als zweiter Schieberkörper-Verschlussabschnitt 43 bezeichnet werden. Über jeweils einen Verbindungsabschnitt 35 ist der erste Schieberkörper-Verschlussabschnitt 42 mit dem ersten Auslass-Steuerabschnitt 38 und der zweite Schieberkörper-Verschlussabschnitt 43 mit dem zweiten Auslass-Steuerabschnitt 38 fest verbunden.
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Der Einlass-Steuerabschnitt des Schieberkörpers 31 ist mit zwei axial beabstandet zueinander angeordneten Dichtungsringen 33 bestückt, die als Steuerdichtungen 44 fungieren und zur besseren Unterscheidung als erste beziehungsweise zweite Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b bezeichnet werden. Jeder Auslass-Steuerabschnitt 37, 38 ist ebenfalls mit einem Dichtungsring 33 bestückt, der im Falle des ersten Auslass-Steuerabschnittes 37 als erste Auslass-Steuerdichtung 44c und im Falle des zweiten Auslass-Steuerabschnitte 38 als zweite Auslass-Steuerdichtung 44d bezeichnet wird.
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Bevorzugt trägt auch noch jeder Schieberkörper-Verschlussabschnitt 42, 43 einen Dichtungsring 33, der keine Steuerfunktion hat und zur besseren Unterscheidung als Verschlussdichtung 45 bezeichnet wird.
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Jede der beiden ringförmigen Verschlussdichtungen 45 liegt mit ihrem Dichtabschnitt 34b unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschiebers 8 unter Abdichtung gleitverschieblich an dem den zugeordneten Verschluss-Aufnahmeabschnitt 24 radial begrenzenden Flächenabschnitt der Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche 16 an. Dadurch sind die Verschluss-Aufnahmeraumabschnitte 34 ständig fluiddicht verschlossen. Bei der Umschaltbewegung 12 gleiten die Verschlussdichtungen 35 am zugeordneten Flächenabschnitt der Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche 16 entlang,
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Die Steuerdichtungen 44 sind so platziert, dass das Mehrwegeventil 1 eine 5/2-Ventilfunktion erfüllen kann. In der ersten End-Schaltstellung gemäß 1 befindet sich die erste Einlass-Steuerdichtung 44a innerhalb des ersten Einlass-Übergangsabschnittes 23a und liegt mit ihrem Dichtabschnitt 34b unter Abdichtung an der zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 des ersten Einlass-Übergangsabschnittes 23a an. Gleichzeitig befindet sich die zweite Auslass-Steuerdichtung 44d innerhalb des zweiten Auslass-Übergangsabschnittes 23d und liegt dichtend an dessen zylindrischer Gehäusedichtfläche 26 an. Da gleichzeitig die zweite Einlass-Steuerdichtung 44b eine Position innerhalb des Speise-Hauptabschnittes 22a einnimmt, ist der zweite Einlass-Übergangsabschnitt 23b offen, sodass Druckmedium aus dem Speisekanal 18a in den zweiten Arbeitskanal 18c überströmen kann.
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Gleichzeitig ist zu Entlüftungszwecken ein Überströmen von Druckmedium aus dem ersten Arbeitskanal 18b in den ersten Entlüftungskanal 18d durch den ersten Auslass-Übergangsabschnitt 23c hindurch möglich. Letzterer ist unverschlossen, weil die erste Auslass-Steuerdichtung 44c eine vom ersten Auslass-Übergangsabschnitt 23c axial abgerückte Position innerhalb des ersten Entlüftungs-Hauptabschnittes 22d einnimmt.
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In der in 2 illustrierten zweiten End-Schaltstellung des Ventilschiebers 8 ist durch den unverschlossenen zweiten Einlass-Übergangsabschnitt 23b hindurch ein Fluidübertritt aus dem Speisekanal 18a in den ersten Arbeitskanal 18b möglich und gleichzeitig ein zu Entlüftungszwecken dienender Fluidübertritt aus dem zweiten Arbeitskanal 18c in den zweiten Entlüftungskanal 18e durch den offenen zweiten Auslass-Übergangsabschnitt 23d hindurch. In diesem Fall steht die zweite Steuerdichtung 44b mit der zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 innerhalb des zweiten Einlass-Übergangsabschnittes 23b in Dichtkontakt, während gleichzeitig die erste Auslass-Steuerdichtung 44c innerhalb des ersten Auslass-Übergangsabschnittes 23c mit der dort befindlichen zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 in Dichtkontakt steht. Die zweite Steuerdichtung 44b nimmt in diesem Fall eine keine Dichtwirkung entfaltende Position innerhalb des Speise-Hauptabschnittes 22a ein. Der zweite Einlass-Übergangsabschnitt 23b ist offen, weil die ihm zugeordnete zweite Auslass-Steuerdichtung 44b eine Position innerhalb des zweiten Arbeits-Hauptabschnittes 22c einnimmt.
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Bei der Umschaltbewegung 12 können die Steuerdichtungen 44 beim Hineinbewegen in einen der Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 oder beim Herausbewegen aus einem der Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 an der diesbezüglich zugeordneten Gehäusedichtfläche 26 entlanggleiten. Das Hineinfahren in einen der Aufnahmeraum-Übergangsabschnitte 23 wird dadurch begünstigt, dass der betreffende Dichtungsring 33 beim Hinwegfahren über die zugewandte konische Einlauffläche 27 sanft radial komprimiert wird.
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Wenn man die beiden Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b betrachtet, eilt bei dem aus der ersten End-Schaltstellung in die zweite End-Schaltstellung erfolgenden Umschalten die zweite Einlass-Steuerdichtung 44b der ersten Einlass-Steuerdichtung 44a voraus. Beim Umschalten aus der ersten in die zweite End-Schaltstellung sind die Verhältnisse umgekehrt und die erste Einlass-Steuerdichtung 44a eilt voraus.
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Die in der Längsrichtung 4a gemessenen Abstände zwischen einerseits den beiden Dichtungshaltenuten 34 des Einlass-Steuerabschnittes 36 und andererseits den Übergangsflächen 25 der beiden Einlass-Übergangsabschnitte 23a, 23b sind so aufeinander abgestimmt, dass in einer aus 3 ersichtlichen Mittelstellung des Ventilschiebers 8 beide Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b ohne Dichtkontakt zu den vorgenannten Übergangsflächen 25 innerhalb des Speise-Hauptabschnittes 22a des Schieberaufnahmeraumes 7 positioniert sind. Der gewählte axiale Abstand zwischen den beiden Dichtungshaltenuten 44 des Einlass-Steuerabschnittes 36 ermöglicht also eine zwischen den beiden End-Schaltstellungen liegende Mittelstellung des Ventilschiebers 8, in der keine der beiden Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b an der Aufnahmeraum-Begrenzungsfläche 16 des Schieberaufnahmeraumes 7 anliegt.
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Die Mittelstellung ist zweckmäßigerweise exakt die Hubmitte des vom Ventilschieber 8 beim Umschalten zwischen den beiden End-Schaltstellungen zurückgelegten Umschalthubes „UH“, der in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet ist.
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Es gibt also beim Umschalten zwischen den beiden End-Schaltstellungen eine als Mittelstellung bezeichnete Zwischenstellung, in der der Speise-Hauptabschnitt 22a des Schieberaufnahmeraumes 7 mit beiden axial angrenzenden Arbeits-Hauptabschnitten 22b, 22c in einer Fluidverbindung steht, weil die an sich zum Abdichten einer solchen Fluidverbindung dienenden Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b beide wirkungslos sind.
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Dieser Effekt geht einher mit relativ kurzen axialen Abmessungen der Übergangsflächen 25 der beiden Einlass-Übergangsabschnitte 23a, 23b. Dies hat zum einen die Folge, dass der als Lauffläche fungierende Längenabschnitt der Übergangsfläche 25, über den eine Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b beim Umschalten des Ventilschiebers 8 hinweggleiten kann, relativ kurz ist und dementsprechend ein auf Reibung zurückzuführender Verschleiß minimiert ist. Zum anderen erlaubt diese Konstellation im Bereich der inneren Kanalmündung 14 des Speisekanals 18a einen großen Querschnitt für das zuströmende Druckmedium.
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Bevorzugt entspricht die in der Längsrichtung 4a gemessene maximale Breite MB der vorgenannten inneren Kanalmündung 14 der axialen Länge des Speise-Hauptabschnittes zwischen den Übergangsflächen der beiden Einlass-Übergangsabschnitte 23a, 23b.
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Trotz des fehlenden Dichtkontakts der beiden Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b in der Mittelstellung können aufgrund einer weiteren besonderen Maßnahme keine relevanten Fluidmengen in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 aus dem Speise-Hauptabschnitt 22a in die beiden Arbeits-Hauptabschnitte 22b, 22c übertreten. Diese Maßnahme besteht darin, dass die beiden einander axial entgegengesetzten, sich axial außen an jeweils eine der beiden Dichtungshaltenuten 34 des Einlass-Steuerabschnittes 36 anschließenden axialen Endabschnitte 46a, 46b des Einlass-Steuerabschnittes 36 eine derartige Länge haben, dass sie in der vorstehend erläuterten Mittelstellung des Ventilschiebers 8 in den ihnen jeweils zugeordneten ersten beziehungsweise zweiten Einlass-Übergangsabschnitt 23a, 23b des Schieberaufnahmeraumes 7 axial eintauchen und gemeinsam mit dessen Übergangsfläche 25 einen radialen, ringförmigen Drosselspalt 47 definieren.
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Im Folgenden sei der dem ersten Einlass-Übergangsabschnitt 23a zugewandte axiale Endabschnitt 46a auch als erster axialer Endabschnitt 46a bezeichnet, während der dem zweiten Einlass-Übergangsabschnitt 23b zugewandte axiale Endabschnitt 46b auch als zweiter axialer Endabschnitt 46b bezeichnet wird.
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Der maximale Außendurchmesser jedes axialen Endabschnittes 46a, 46b ist kleiner als der kleinste Innendurchmesser des jeweils zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes 23a, 23b.
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Insbesondere sind die vorgenannten Abmessungen so aufeinander abgestimmt, dass jeder der beiden in der Mittelstellung ausgebildeten ringförmigen Drosselspalte 47 eine bezüglich der Längsachse 4 radial gemessene Spalthöhe SH aufweist, die - einschließlich der Bereichsgrenzen - im Bereich von 0,10 mm bis 0,25 mm liegt.
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Jeder der axial durchströmbaren Drosselspalte 47 fungiert als eine berührungslose Dichtstelle, die zwar einen Fluiddurchtritt ermöglicht, allerdings in Verbindung mit einem sehr starken statischen Druckabfall, sodass kein nennenswerter Fluiddurchsatz auftritt.
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Somit liegt in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 trotz fehlenden Dichtkontakts eine kontaktlose Abdichtung zwischen dem Speise-Hauptabschnitt 22a und den beiden Arbeits-Hauptabschnitten 22b, 22c vor, die nur unwesentlich schlechter ist als eine auf einem Dichtkontakt basierende Dichtwirkung, wie sie in den beiden End-Schaltstellungen im Bereich jeweils einer der beiden Einlass-Übergangsabschnitte 23a, 23b auftritt.
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Bei einem Mehrwegeventil 1 mit 5/2-Ventilfunktion entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel tritt in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 kein Stopp der Umschaltbewegung 12 ein, sodass man bei der Mittelstellung von einer dynamischen Position sprechen kann, die vom Ventilschieber 8 bei der Umschaltbewegung 12 kontinuierlich durchlaufen wird. Die Erfindung ist allerdings auch bei Mehrwegeventilen 1 mit einer 5/3-Ventilfunktion einsetzbar, bei denen die Mittelstellung eine zwischen zwei End-Schaltstellungen liegende dritte Schaltstellung ist, bei deren Einnahme der Ventilschieber 8 bezüglich des Ventilgehäuses 5 stillsteht.
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Die beiden axialen Endabschnitte 66a, 66b des Einlass-Steuerabschnittes 36 sind bevorzugt kreiszylindrisch gestaltet und haben eine radial nach außen weisende kreiszylindrische Außenmantelfläche 48. Dadurch kann bei der Umschaltbewegung 12 frühzeitig ein ringförmiger Drosselspalt 47 entstehen.
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Bevorzugt kann der Ventilschieber 8 eine Mittelstellung einnehmen, in der die Länge der axialen Überlappung zur Bildung des jeweiligen Drosselspalts 47 bei beiden axialen Endabschnitten 46a, 46b des Einlass-Steuerabschnittes 36 gleichgroß ist. Eine solche Mittelstellung ist in der 3 illustriert. Jeder ringförmige Drosselspalt 47 hat dabei einen vorderen Drosselspalt-Längenabschnitt, der radial innen von der Außenmantelfläche 48 und radial außen von der konischen Einlauffläche 27 begrenzt ist. Die radial bezüglich der Längsachse 4 gemessene Spalthöhe des Drosselspalts 47 verringert sich dabei ausgehend vom Speise-Hauptabschnitt 22a in den sich anschließenden Einlass-Übergangsabschnitt 23a, 23b hinein.
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Die zylindrische Außenmantelfläche 48 kann in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 so weit in den zugeordneten Einlass-Übergangsabschnitt 23a, 23b hineinragen, dass sie sich mit der zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 axial überlappt, sodass sich zusätzlich ein an den vorderen Drosselspalt-Längenabschnitt anschließender hinterer Drosselspalt-Längenabschnitt ergibt, der hohlzylindrisch mit konstanter Spalthöhe ausgebildet ist.
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Als besonders vorteilhaft wird es jedoch erachtet, wenn die Einlass-Steuerabschnitte 36 in der Mittelstellung des Ventilschiebers 8 jeweils nur so weit axial in den jeweils zugeordneten Einlass-Übergangsabschnitt 23a, 23b hineinragen, dass sie sich jeweils nur mit der konischen Einlauffläche 27 und nicht auch mit der zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 axial überlappen. Jeder Drosselspalt 47 befindet sich dann ausschließlich innerhalb eines von der konischen Einlauffläche 27 begrenzten Längenabschnittes des betreffenden Einlass-Übergangsabschnittes 23a, 23b.
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Eine bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel verwirklichte bevorzugte geometrische Abstimmung sieht vor, dass die axiale Länge AL der beiden axialen Endabschnitte 46a, 46b des Einlass-Steuerabschnittes 36 im Bereich ihrer kreiszylindrischen Außenmantelfläche 48 jeweils mindestens 60 % der in der Längsrichtung 4a gemessenen Nutbreite NB der jeweils benachbarten Dichtungshaltenut 34 beträgt. Als besonders günstig hat sich eine axiale Länge AL erwiesen, die - einschließlich der Bereichsgrenzen - im Bereich von 100 % bis 160 % der Nutbreite NB liegt, wobei sich als optimales Längenmaß eine axiale Länge AL von 130 % der Nutbreite NB herausgestellt hat.
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In 3 ist ein untereinander gleichgroßer axialer Abstand AA kenntlich gemacht, der bevorzugt zwischen jeder Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b und der Übergangsfläche 25 des zugeordneten Einlass-Übergangsabschnittes 23a, 23b vorliegt, wenn der Ventilschieber 8 die Mittelstellung einnimmt. Der axiale Abstand AA ist das lichte Maß, das der Ventilschieber 8 ausgehend von der Mittelstellung zurücklegen muss, bis die bei der momentanen Umschaltbewegung 12 vorauseilende Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b an der zugeordneten Übergangsfläche 25 zur Anlage gelangt.
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Bei der Umschaltbewegung 12 legt der Ventilschieber 8 ausgehend von der momentanen End-Schaltstellung eine als Teilhub TH bezeichnete Wegstrecke zurück, in der die vorauseilende erste oder zweite Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b keine Abdichtwirkung entfaltet, weil sie sich ohne Kontakt zum Ventilgehäuse 5 innerhalb des Speise-Hauptabschnittes 22a bewegt. Erst wenn dieser besagte Teilhub TH des gesamten Umschalthubes UH zurückgelegt ist, gelangt die vorauseilende erste oder zweite Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b in Kontakt mit der ihr axial vorgelagerten Übergangsfläche 25. Bevorzugt sind der Ventilschieber 8 und das Ventilgehäuse 5 so aufeinander abgestimmt, dass der besagte Teilhub TH mindestens 65 % des Umschalthubes UH beträgt, wobei es empfehlenswert ist, wenn der besagte Prozentsatz zumindest im Wesentlichen 80 % beträgt.
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Zweckmäßigerweise haben zumindest die Einlass-Steuerdichtungen 44a, 44b der Steuerdichtungen 44 zumindest im Wesentlichen die gleiche Breite wie die jeweils zugeordnete Dichtungshaltenut 34. Bevorzugt ist allerdings innerhalb der Dichtungshaltenut 34 ein geringfügiges axiales Spiel so lange vorhanden, bis die Einlass-Steuerdichtung 44a, 44b durch den Kontakt mit der zugeordneten zylindrischen Gehäusedichtfläche 26 radial in die Dichtungshaltenut 34 hineinkomprimiert wird. Dies gilt zweckmäßigerweise für sämtliche Steuerdichtungen 44.
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In 1 ist bei 52 gestrichelt die in der zweiten End-Schaltstellung von der beim Umschalten aus der ersten End-Schaltstellung in die zweite End-Schaltstellung vorauseilenden ersten Einlass-Steuerdichtung 44a eingenommene Position angedeutet, um das erläuterte bevorzugte Verhältnis zwischen dem Umschalthub UH und dem Teilhub TH zu illustrieren.
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Zur Erzielung optimaler Durchflusswerte ist es zweckmäßig, wenn der Einlass-Steuerabschnitt 36 durch einen konzentrischen ringnutförmigen Einschnitt 53 axial in zwei Teilabschnitte 54, 55 unterteilt ist, wobei der eine Teilabschnitt 54 den ersten axialen Endabschnitt 46a und die mit der ersten Einlass-Steuerdichtung 44a bestückte Dichtungshaltenut 34 aufweist, während der andere Teilabschnitt 55 den zweiten axialen Endabschnitt 46b und die mit der zweiten Einlass-Steuerdichtung 44b bestückte Dichtungshaltenut 34 aufweist. Hiervon abweichend kann der Einlass-Steuerabschnitt 36 allerdings über seine gesamte Länge hinweg, abgesehen von den Dichtungshaltenuten 34, zylindrisch unabgestuft ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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