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Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit mit einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stellen der Ventileinheit in eine Schaltstellung.
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Ein Kühlkreislauf - beispielweise in einem Kraftfahrzeug - wird zum Kühlen von einzelnen Komponenten verwendet. Dabei wird eine Kühlflüssigkeit über Fluidleitungen zu den Komponenten geleitet, wobei die Kühlflüssigkeit die Komponenten kühlt oder erhitzt und selbst gekühlt oder erhitzt oder verändert wird. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich beispielweise um ein Kühlmittel bzw. Kühlwasser oder ein Kältemittel handeln. Über ein oder üblicherweise mehrere Ventile kann der Kühlkreislauf an abweichende Anforderungen angepasst sein. So können beispielweise die einzelnen Komponenten von der Kühlflüssigkeit durchströmt oder nicht durchströmt sein oder die Reihenfolge der Durchströmung von den Komponenten mit der Kühlflüssigkeit geändert sein oder die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit geändert sein. Die einzelnen Ventile können dabei nebeneinander angeordnet und dadurch zu einer Ventileinheit zusammengefasst sein. Das jeweilige Ventil wird dabei durch einen zugeordneten Aktuator verstellt. Da die Aktuatoren kostenintensiv sind, steigen mit der Anzahl der Ventile die Herstellungskosten stark an. Zudem weist der Kühlkreislauf mit mehreren Ventilen und mehreren Aktuatoren insgesamt einen hohen Bauraumbedarf auf.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Ventileinheit der gattungsgemä-ßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Zudem sollte ein Verfahren zum Stellen der Ventileinheit in eine Schaltstellung bereitgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Ventileinheit kann für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Ventileinheit weist ein erstes Ventil und ein zweites Ventil auf. Das erste Ventil weist ein erstes Ventilgehäuse und einen in dem ersten Ventilgehäuse um eine erste Drehachse verdrehbaren ersten Ventilkörper auf und das zweite Ventil weist ein zweites Ventilgehäuse und einen in dem zweiten Ventilgehäuse um eine zweite Drehachse verdrehbaren zweiten Ventilkörper auf. Das erste Ventil und das zweite Ventil sind koaxial zueinander angeordnet, so dass die erste Drehachse und die zweite Drehachse zu einer gemeinsamen Verstellachse zusammenfallen. Der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper sind dabei in eine die Verstellachse umlaufende erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung verdrehbar. Erfindungsgemäß sind der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper in einem Entkopplungszustand voneinander entkoppelt und in einem Kopplungszustand miteinander gekoppelt. In dem Entkopplungszustand ist der erste Ventilkörper zumindest um einen ersten Verstellwinkel in einem ersten Winkelbereich unabhängig von dem zweiten Ventilkörper um die Verstellachse verdrehbar. In dem Kopplungszustand ist der zweite Ventilkörper mittels des ersten Ventilkörpers um einen zweiten Verstellwinkel in einem zweiten Winkelbereich um die Verstellachse verdrehbar.
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Der erste Winkelbereich ist in Bezug auf die Verstellachse durch den ersten Verstellwinkel und der zweite Winkelbereich ist in Bezug auf die Verstellachse durch den zweiten Verstellwinkel definiert. Der jeweilige Verstellwinkel bildet dabei bezüglich der Verstellachse einen Mittelpunktswinkel für den jeweiligen Winkelbereich ab. Der erste Winkelbereich und der zweite Winkelbereich überschneiden sich nicht, so dass eine Summe der beiden Verstellwinkel stets gleich oder kleiner 360° ist. Vorteilhafterweise können der erste Verstellwinkel zwischen 180° und 225° und der zweite Verstellwinkel zwischen 90° und 135° liegen.
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Der zweite Ventilkörper ist mittels des ersten Ventilkörpers ausschließlich innerhalb des zweiten Winkelbereichs um den zweiten Verstellwinkel um die Verstellachse verdrehbar bzw. schwenkbar. Der erste Ventilkörper ist unabhängig von dem zweiten Ventilkörper zumindest innerhalb des ersten Winkelbereichs um den ersten Verstellwinkel um die Verstellachse verdrehbar. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass der erste Ventilkörper sich auch innerhalb des zweiten Winkelbereichs bzw. außerhalb des ersten Winkelbereichs von dem zweiten Ventilkörper unabhängig um die Verstellachse verdrehbar ist. Das kann beispielweise bei bestimmten Stellungen des zweiten Ventilkörpers möglich sein.
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In der Ventileinheit können wenigstens zwei Referenzpunkte definiert sein. Der erste Referenzpunkt kann erreicht sein, wenn eine Kopplung zwischen den Ventilkörpern hergestellt und der zweite Ventilkörper an einem Ende des zweiten Winkelbereichs angeschlagen ist. Der zweite Referenzpunkt kann erreicht sein, wenn eine Kopplung zwischen den Ventilkörpern hergestellt und der zweite Ventilkörper an einem anderen Ende des zweiten Winkelbereichs angeschlagen ist. An dem ersten Ventilkörper kann dabei ein von der Verstellachse radial beabstandeter erster Punkt und an dem zweiten Ventilkörper kann ein von der Verstellachse radial beabstandeter zweiter Punkt markiert sein. Die beiden Punkte weisen dann in dem ersten Referenzpunkt und in dem zweiten Referenzpunkt einen minimalen Abstand in eine Umlaufrichtung zueinander auf. Der zweite Verstellwinkel ist dann durch die möglichen Positionen des zweiten Punkts zwischen den beiden Referenzpunkten bestimmt. Der erste Verstellwinkel ist dann durch die mögliche Position des ersten Punkts in dem Entkopplungszustand bestimmt. Im Folgenden wird auf die Bestimmung der Referenzpunkte in der Ventileinheit und die Kopplung der Ventilkörper miteinander näher eingegangen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ventileinheit ist vorgesehen, dass der erste Ventilkörper in wenigstens zwei voneinander abweichende Stellungen und der zweite Ventilkörper in wenigstens zwei voneinander abweichende Stellungen verstellbar sind. Die jeweiligen Stellungen des ersten Ventilkörpers korrelieren dabei mit wenigstens zwei voneinander abweichenden Schaltstellungen des ersten Ventils und die jeweiligen Stellungen des zweiten Ventilkörpers korrelieren mit wenigstens zwei voneinander abweichenden Schaltstellungen des zweiten Ventils. Durch die Kombination der Schaltstellungen des ersten Ventils und des zweiten Ventils ist eine von wenigstens zwei Schaltstellungen der Ventileinheit definiert.
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In dem jeweiligen Ventilgehäuse können wenigstens zwei nach außen führende Zugänge ausgebildet sein, wobei die Zugänge durch den jeweiligen Ventilkörper fluidisch miteinander verbunden oder fluidisch voneinander getrennt werden. In der jeweiligen Stellung des jeweiligen Ventilkörpers sind abweichende Zugänge geöffnet oder geschlossen und dadurch sind abweichende Zugänge miteinander fluidisch verbunden oder fluidisch voneinander getrennt. Dadurch können sich abweichende Schaltstellungen des jeweiligen Ventils ergeben, die sich durch miteinander fluidisch verbundene oder fluidisch voneinander getrennte Zugänge unterscheiden. Je nach der Ausgestaltung des jeweiligen Ventilkörpers können zwei voneinander abweichende Stellungen des jeweiligen Ventilkörpers dieselbe Schaltstellung des jeweiligen Ventils oder keine Schaltstellung des jeweiligen Ventils ergeben. Die Anzahl der möglichen Stellungen des jeweiligen Ventilkörpers kann demnach gleich der Anzahl der möglichen Schaltstellungen des jeweiligen Ventils oder kleiner sein.
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Die Schaltstellung der Ventileinheit ist durch die Schaltstellungen der beiden Ventile vorgegeben. Die Anzahl der möglichen Schaltstellungen der Ventileinheit hängt im Wesentlichen von der Anzahl der möglichen Schaltstellungen der beiden Ventile ab. Es versteht sich, dass in der Ventileinheit nicht jede mögliche Kombination der Schaltstellungen der beiden Ventile eine realisierbare oder sinnvolle Schaltstellung der Ventileinheit ergibt. Demnach kann die Anzahl der in der Ventileinheit realisierten Schaltstellungen gleich der Anzahl der möglichen bzw. denkbaren Schaltstellungen der Ventileinheit oder kleiner sein.
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Das erste Ventil kann ein Proportionalventil sein und wenigstens drei und maximal fünf voneinander abweichende Schaltstellungen aufweisen. Das zweite Ventil kann ein Umschaltventil sein und wenigstens zwei und maximal drei voneinander abweichende Schaltstellungen aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Ventileinheit kann vorgesehen sein, dass der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper über eine Kopplungseinheit miteinander koppelbar sind. Die Kopplungseinheit weist dann einen an dem ersten Ventilkörper ausgebildeten ersten Zapfen und einen an dem zweiten Ventilkörper ausgebildeten zweiten Zapfen auf. Die Zapfen sind dabei axial bezüglich der Verstellachse ausgerichtet und überlagern sich in die erste Drehrichtung und in die zweite Drehrichtung. Dadurch kann in dem Kopplungszustand der zweite Ventilkörper mittels des ersten Ventilkörpers um die Verstellachse in die erste/zweite Drehrichtung verdreht werden. Beim Verdrehen des ersten Ventilkörpers in die entgegengesetzte zweite/erste Drehrichtung gehen die beiden Ventilkörper in den Entkopplungszustand über. In dem Entkopplungszustand kann der erste Ventilkörper von dem zweiten Ventilkörper unabhängig um die Verstellachse verdreht werden und der zweite Ventilkörper wird nicht verdreht.
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Wird beispielweise der erste Ventilkörper in die erste Drehrichtungen verdreht, so wird der erste Zapfen mit dem zweiten Zapfen in Kontakt gebracht und liegt in die erste Drehrichtung an dem zweiten Zapfen an. Die Ventilkörper befinden sich in dem Kopplungszustand. Beim weiteren Verdrehen des ersten Ventilkörpers in die erste Drehrichtung wird der zweite Ventilkörper über die Zapfen mitgenommen und mitverdreht. Wird der erste Ventilkörper nun anschließend in die zweite Drehrichtung verdreht, so wird der erste Zapfen von dem zweiten Zapfen gelöst und liegt an dem zweiten Zapfen nicht mehr an. Die Ventilkörper befinden sich nun in dem Entkopplungszustand. Der erste Ventilkörper kann nun unabhängig von dem zweiten Ventilkörper in die zweite Drehrichtung verdreht und verstellt werden. Wird der erste Ventilkörper ausreichend weit in die zweite Drehrichtung verdreht, so wird der erste Zapfen mit dem zweiten Zapfen in Kontakt gebracht und liegt in die zweite Drehrichtung an dem zweiten Zapfen an. Die Ventilkörper befinden sich nun erneut in dem Kopplungszustand. Beim weiteren Verdrehen des ersten Ventilkörpers in die zweite Drehrichtung wird entsprechend der zweite Ventilkörper über die Zapfen in die zweite Drehrichtung mitgenommen und mitverdreht.
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Dabei können der erste Zapfen und der zweite Zapfen sich jeweils über einen vordefinierten Mittelpunktswinkel erstrecken. Dadurch kann bei der identischen Stellung des ersten Ventilkörpers der zweite Ventilkörper abhängig von der Drehrichtung des ersten Ventilkörpers abweichende Stellungen annehmen. Durch den vordefinierten Mittelpunktswinkel kann jedoch unabhängig von der Drehrichtung des ersten Ventilkörpers die Stellung des zweiten Ventilkörpers nach dem Verdrehen um die Verstellachse genau bestimmt sein. Der vordefinierte Mittelpunktswinkel des jeweiligen Zapfens beträgt vorzugsweise 22,5°.
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Zudem können in der Kopplungseinheit ein erster Bewegungsbereich für den ersten Zapfen und ein zweiter Bewegungsbereich für den zweiten Zapfen definiert sein. Der erste Bewegungsbereich erstreckt sich dabei bezüglich der Verstellachse um einen ersten Mittelpunktswinkel und der zweite Bewegungsbereich erstreckt sich dabei bezüglich der Verstellachse um einen zweiten Mittelpunktswinkel. In dem ersten Bewegungsbereich ist der erste Zapfen unabhängig von dem zweiten Zapfen um die Verstellachse bewegbar und in dem zweiten Bereich ist der zweite Zapfen mittels des ersten Zapfens bewegbar. Die beiden Bewegungsbereiche überschneiden sich also nicht und die Summe der beiden Mittelpunktswinkeln kann 360° sein.
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Die jeweiligen Mittelpunktswinkel der Bewegungsbereiche unterscheiden sich dabei von den Verstellwinkeln der Winkelbereiche aufgrund physikalischen Abmessungen der Kopplungseinheit bzw. der Zapfen. Die jeweiligen Winkelbereiche der beiden Ventile liegen jedoch in den jeweiligen Bewegungsbereichen der beiden Zapfen. Sobald die physikalischen Abmessungen der Kopplungseinheit bzw. der Zapfen bekannt sind, kann der Mittelpunktswinkel des jeweiligen Bewegungsbereichs aus dem Verstellwinkel des jeweiligen Winkelbereichs und umgekehrt bestimmt sein. Der jeweilige Mittelpunktswinkel des jeweiligen Bewegungsbereichs ergibt sich dabei aus einer Summe des Mittelpunktswinkels des jeweiligen Zapfens und des jeweiligen Verstellwinkels.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Ventileinheit kann vorgesehen sein, dass die Ventileinheit eine Anschlageinheit mit einer die Verstellachse beabstandet umlaufenden Anschlagnut und mit einem Anschlagzapfen aufweist. Dabei sind der Anschlagzapfen an dem zweiten Ventilkörper und die Anschlagnut an dem zweiten Ventilgehäuse oder umgekehrt ausgebildet. In der Anschlagnut sind zwei Anschläge ausgebildet, wobei die Anschläge innerhalb der Anschlagnut den ersten Winkelbereich und den zweiten Winkelbereich voneinander trennen. Der Anschlagzapfen greift in die Anschlagnut zwischen den Anschlägen innerhalb des zweiten Winkelbereichs axial ein und dadurch ist die Bewegung des zweiten Ventilkörpers in die jeweilige Drehrichtung durch den jeweiligen Anschlag begrenzt. Dadurch geben die beiden Anschläge den Verstellwinkel des zweiten Winkelbereichs vor.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Ventileinheit wenigstens eine ringförmige Ventilköperdichtung aufweist. Die wenigstens eine Ventilköperdichtung ist dann in einer ringförmigen Ventilköperdichtungsnut an einem einen Zugang in das jeweilige Ventil umgebenden Stutzen angeordnet und mit dem jeweiligen Ventilkörper verpresst. Dadurch dichtet die jeweilige Ventilköperdichtung den jeweiligen Ventilkörper zu dem jeweiligen Stutzen ab. Die Ventilköperdichtung kann elastisch sein. Die Ventilköperdichtung kann aus einem Elastomer geformt sein. Die Ventilköperdichtung kann eine gleitoptimierte und lebensdauerverlängernde Schicht aufweisen. Die Schicht kann beispielsweise aus einer Folie aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem Gleitlack sein und/oder Partikel aus PTFE und/oder eingelagerte Gleitpartikel aus Graphit o.ä. enthalten. Durch die Ventilköperdichtung ist eine interne Leckage, die zu thermodynamischen Verlusten führen kann, minimiert. Vorteilhafterweise kann die Ventileinheit wenigstens eine Außendichtung aufweisen, die zwischen den Ventilgehäusen angeordnet ist und die jeweiligen Ventilgehäuse nach außen abdichtet. Die Außendichtung kann beispielweise eine 2K- bzw. Mehrkomponentenspritzguss-Dichtung sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stellen der oben beschriebenen Ventileinheit in eine Schaltstellung. In dem Verfahren wird die Ventileinheit in einem Kalibrierungsschritt kalibriert und geht danach in einen Arbeitszustand über. In dem Arbeitszustand wird die Ventileinheit durch wenigstens einen Stellungsschritt in wenigstens eine Schaltstellung verstellt. In dem Arbeitszustand kann die Ventileinheit in zeitlich nacheinander folgende und voneinander abweichende Schaltstellungen verstellt werden.
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In dem Kalibrierungsschritt kann dabei der erste Ventilkörper in die erste Drehrichtung solange verdreht werden, bis der zweite Ventilkörper an einem Ende des zweiten Winkelbereichs einen Anschlag erreicht und nicht mehr verdrehbar ist. Dort wird dann ein erster Referenzpunkt für den ersten Ventilkörper gesetzt. Zudem wird der erste Ventilkörper in die zweite Drehrichtung solange verdreht, bis der zweite Ventilkörper an einem anderen Ende des zweiten Winkelbereichs einen anderen Anschlag erreicht und nicht mehr verdrehbar ist. Dort wird ein zweiter Referenzpunkt für den ersten Ventilkörper gesetzt. Die Referenzpunkte sind dabei durch die Anschläge der Anschlageinheit vorgegeben und definieren - wie oben bereits beschrieben ist - den zweiten Verstellwinkel des zweiten Winkelbereichs. Ausgehend von den beiden Referenzpunkten können dann weitere Stellungen des ersten Ventilkörpers und weitere Stellungen des zweiten Ventilkörpers bestimmt und eingestellt werden.
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In dem jeweiligen Stellungsschritt kann der erste Ventilkörper in dem Kopplungszustand den zweiten Ventilkörper um die Verstellachse verdrehen und dadurch in eine von wenigstens zwei möglichen Stellungen verstellen. Dadurch kann das zweite Ventil eine von wenigstens zwei möglichen Schaltstellungen annehmen. Danach kann der erste Ventilkörper in dem Entkopplungszustand um die Verstellachse verdreht werden und in eine von wenigstens zwei möglichen Stellungen verstellt werden. Dadurch kann das erste Ventil eine von wenigstens zwei möglichen Schaltstellungen annehmen. Durch die Kombination der möglichen Schaltstellungen des ersten Ventils und der möglichen Schaltstellungen des zweiten Ventils kann nun in dem Stellungsschritt eine von wenigstens zwei Schaltstellungen der Ventileinheit vorgegeben werden. Es versteht sich, dass in der Ventileinheit nicht jede mögliche Kombination der Schaltstellungen der Ventile eine realisierbare oder sinnvolle Schaltstellung der Ventileinheit ergibt. Demnach kann die Anzahl der in der Ventileinheit realisierten Schaltstellungen gleich der Anzahl der möglichen bzw. denkbaren Schaltstellungen der Ventileinheit oder kleiner sein.
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Vorteilhafterweise kann der erste Ventilkörper mit einem Aktuator der Ventileinheit gekoppelt werden. In dem Kopplungszustand werden dann der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper und in dem Entkopplungszustand nur der erste Ventilkörper mittels des Aktuators verstellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Winkelbereich zwischen den beiden Anschlägen angeordnet ist. Dabei wird der erste Ventilkörper in dem Entkopplungszustand in dem ersten Winkelbereich um einen ersten Verstellwinkel von 180° unabhängig von dem zweiten Ventilkörper um die Verstellachse verdreht. Der zweite Winkelbereich ist dann zwischen den beiden Anschlägen angeordnet, wobei in dem Kopplungszustand der zweite Ventilkörper in dem zweiten Winkelbereich mittels des ersten Ventilkörpers um einen zweiten Verstellwinkel von 135° um die Verstellachse verdreht wird. In dem Kalibrierungsschritt werden dann der erste Referenzpunkt für den ersten Ventilkörper als eine 0°-Stellung des ersten Ventilkörpers und der zweite Referenzpunkt für den ersten Ventilkörper als eine 450°-Stellung des ersten Ventilkörpers gesetzt. Ausgehend von den beiden Referenzpunkten können dann weitere Stellungen des ersten Ventilkörpers und weitere Stellungen des zweiten Ventilkörpers bestimmt und eingestellt werden.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in dem jeweiligen Stellungsschritt der erste Ventilkörper in dem Kopplungszustand derart verstellt wird, dass das zweite Ventil eine erste Schaltstellung oder eine zweite Schaltstellung oder eine dritte Schaltstellung annimmt. Wird der erste Ventilkörper in die zweite Drehrichtung in eine 450°-Stellung verdreht, so erreicht dadurch der zweite Ventilkörper eine Stellung, die mit der ersten Schaltstellung des zweiten Ventils korreliert. Wird der erste Ventilkörper in die erste Drehrichtung in eine 90°-Stellung verdreht, so erreicht dadurch der zweite Ventilkörper eine Stellung, die mit der zweiten Schaltstellung des zweiten Ventils korreliert. Wird der erste Ventilkörper in die erste Drehrichtung in eine 0°-Stellung verdreht, so erreicht dadurch der zweite Ventilkörper eine Stellung, die mit der dritten Schaltstellung des zweiten Ventils korreliert. Da die 90°-Stellung und die 450°-Stellung des ersten Ventilkörpers sich durch die Drehrichtung unterscheiden, unterscheiden sich auch die Stellungen des zweiten Ventilkörpers und entsprechend die damit korrelierenden Schaltstellungen des zweiten Ventils voneinander. Danach wird der erste Ventilkörper in dem Entkopplungszustand in eine 135°- oder 180°- oder 270°- oder 315°-Stellung verstellt und dadurch erreicht das erste Ventil eine der möglichen Schaltstellungen.
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Alle hier genannten Stellungen des ersten Ventilkörpers beziehen sich auf die im Kalibrierungsschritt bestimmten Referenzpunkte. In die 135°- oder 180°- oder 270°- oder 315°-Stellung kann der erste Ventilkörper also durch wenigstens einmal erfolgtes Verdrehen aus dem ersten Referenzpunkt oder aus dem zweiten Referenzpunkt in die erste Drehrichtung oder in die zweite Drehrichtung um einen Winkel verstellt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
- 3 und 4 eine Ansicht und eine vergrößerte Ansicht von Ventilkörpern in der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
- 5 eine Ansicht einer Anschlageinheit in der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
- 6 bis 9 Ansichten eines ersten Ventils der erfindungsgemäßen Ventileinheit in abweichenden Schaltstellungen;
- 10 bis 12 Ansichten eines zweiten Ventils der erfindungsgemäßen Ventileinheit in abweichenden Schaltstellungen;
- 13 bis 16 Tabellen zum Stellen der erfindungsgemäßen Ventileinheit in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs. In 2 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 gezeigt. Die Ventileinheit 1 weist dabei ein erstes Ventil 2a und ein zweites Ventil 2b auf. In dieser Ausführungsform sind das erste Ventil 2a ein Proportionalventil und das zweite Ventil 2b ein Umschaltventil. Das jeweilige Ventil 2a bzw. 2b umfasst einen Ventilkörper 3a bzw. 3b und ein Ventilgehäuse 4a bzw. 4b. Der jeweilige Ventilkörper 3a bzw. 3b ist in dem jeweiligen Ventilgehäuse 4a bzw. 4b um eine Drehachse 5a bzw. 5b verdrehbar angeordnet. Die beiden Ventile 2a und 2b sind in der Ventileinheit 1 koaxial übereinander angeordnet, so dass die Ventilkörper 3a und 3b um eine gemeinsame Verstellachse VA in eine erste Drehrichtung DR1 und in eine zweite Drehrichtung DR2 verdrehbar sind.
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Der erste Ventilkörper 3a und der zweite Ventilkörper 3b sind über eine Kopplungseinheit 6 miteinander koppelbar. In einem Entkopplungszustand sind die beiden Ventilkörper 3a und 3b voneinander entkoppelt. Dadurch kann der erste Ventilkörper 3a unabhängig von dem zweiten Ventilkörper 3b um die Verstellachse VA verdreht werden und der zweite Ventilkörper 3b wird nicht verdreht. In einem Kopplungszustand sind die beiden Ventilkörper 3a und 3b miteinander gekoppelt. Dadurch wird der zweite Ventilkörper 3b beim Verdrehen des ersten Ventilkörpers 3a um die Verstellachse VA mitverdreht. Dabei kann der erste Ventilkörper 3a mittels eines Aktuators - hier nicht gezeigt - um die Verstellachse VA verdreht werden. Der Aufbau der Kopplungseinheit 6 wird im Folgenden anhand 3-4 näher erläutert. Die möglichen Stellungen der Ventilkörper 3a und 3b sowie die sich daraus ergebende Schaltstellungen der Ventile 2a und 2b werden im Folgenden anhand 6-12 näher erläutert.
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In dem Ventilgehäuse 4a sind nach außen führende Zugänge A, B, C, D, K geformt. Ist die Ventileinheit 1 in einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeschlossen, so können der Zugang A von einem zweiten MCC (MCC: Main Cycle Components wie beispielweise E-Motor oder Antriebsaggregat) des Kraftfahrzeugs; der Zugang B zu einem Chiller des Kraftfahrzeugs; der Zugang C von einem ersten MCC (MCC: Main Cycle Components wie beispielweise E-Motor oder Antriebsaggregat); der Zugang D zu einem Radiator; und der Zugang K von einem Chiller führen. Die Zuordnung der Zugänge A, B, C, D, K ist hier rein beispielhaft und die Zugänge A, B, C, D, K können auch anderen Komponenten des Kühlkreislaufs und auch einem abweichend ausgebildeten Kühlkreislauf zugeordnet sein. Der Ventilkörper 3a kann durch ein Verdrehen um die Verstellachse VA abweichende Stellungen annehmen und die Zugänge A, B, C, D abweichend miteinander verschalten. Dadurch kann das erste Ventil 2a abweichende Schaltstellungen aufweisen.
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In dem Ventilgehäuse 4b sind nach außen führende Zugänge E, F, G, H, J geformt. Ist die Ventileinheit 1 in einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeschlossen, so können der Zugang E von einer Batterie des Kraftfahrzeugs; der Zugang F zu einem Chiller; der Zugang G von einem Radiator; der Zugang H zu einem Hauptkreislauf des Kühlkreislaufs; und der Zugang J von einem Entgasungstank führen. Der Zugang F in dem zweiten Ventilgehäuse 4b ist dabei mit dem Zugang B in dem ersten Ventilgehäuse 4a kurzgeschlossen bzw. fluidisch verbunden. Die Zuordnung der Zugänge E, F, G, H, J ist hier rein beispielhaft und die Zugänge E, F, G, H, J können auch anderen Komponenten des Kühlkreislaufs und auch einem abweichend ausgebildeten Kühlkreislauf zugeordnet sein. Der Ventilkörper 3b kann durch ein Verdrehen um die Verstellachse VA abweichende Stellungen annehmen und die Zugänge E, F, G, H abweichend miteinander verschalten. Dadurch kann das zweite Ventil 2b abweichende Schaltstellungen aufweisen.
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Die Kombination der Schaltstellungen des ersten Ventils 2a und des zweiten Ventils 2b ergibt mehrere mögliche Schaltstellungen der Ventileinheit 1. Es versteht sich jedoch, dass nicht alle möglichen bzw. denkbaren Schaltstellungen der Ventileinheit 1 in dem Kühlkreislauf sinnvoll sind. Demnach kann die Anzahl der realisierten Schaltstellungen der Ventileinheit 1 von der Anzahl der insgesamt möglichen bzw. realisierbaren Schaltstellungen der Ventileinheit 1 abweichen. Die realisierbaren Schaltstellungen der Ventileinheit 1 werden anhand 14-16 näher erläutert.
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3 zeigt eine Ansicht der Ventilkörpern 3a und 3b in der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. In 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Ventilkörper 3a und 3b im Bereich der Kopplungseinheit 6 gezeigt. Die Kopplungseinheit 6 weist dabei zwei Zapfen 7a und 7b auf, die an den jeweiligen Ventilkörpern 3a und 3b ausgebildet sind. Die Zapfen 7a und 7b sind axial ausgerichtet und radial zu der Verstellachse VA beabstandet angeordnet. Die Zapfen 7a und 7b überlagern sich zudem in die jeweilige Drehrichtung DR1 bzw. DR2. In dem Kopplungszustand liegen die beiden Zapfen 7a und 7b in die jeweilige Drehrichtung DR1 bzw. DR2 aneinander, so dass beim Verdrehen des ersten Ventilkörpers 3a in die jeweilige Drehrichtung DR1 bzw. DR2 der zweite Ventilkörper 3b in die jeweilige Drehrichtung DR1 bzw. DR2 mitgenommen wird. Beim Verdrehen des ersten Ventilkörpers 3a in die entgegengesetzte Drehrichtung DR2 bzw. DR1 werden die beiden Ventilkörper 3a und 3b voneinander entkoppelt und gehen dadurch in den Entkopplungszustand. in dem Entkopplungszustand kann der erste Ventilkörper 3a unabhängig von dem zweiten Ventilkörper 3b um die Verstellachse VA verdreht werden und der zweite Ventilkörper 3b wird nicht verdreht.
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5 zeigt eine Ansicht einer Anschlageinheit 8 in der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Die Anschlageinheit 8 weist dabei eine Anschlagnut 9 mit zwei Anschlägen 10 und einen Anschlagzapfen 11 - siehe hierzu 3 - auf. Die Anschlagnut 9 ist dabei an dem zweiten Ventilgehäuse 4b ausgebildet und umläuft beabstandet die Verstellachse VA. Die Anschläge 10 trennen innerhalb der Nut 9 Winkelbereiche 12a und 12b für die beiden Ventilkörper 3a und 3b voneinander. Der Anschlagzapfen 11 ist an dem zweiten Ventilkörper 3b - siehe hierzu 3 - ausgeformt und greift axial zwischen den beiden Anschlägen 10 in dem zweiten Winkelbereich 12b ein. Durch die Anschläge 10 kann der erste Ventilkörper 3a den zweiten Ventilkörper 3b ausschließlich in dem zweiten Winkelbereich 12b verstellen. Der erste Ventilkörper 3a selbst kann dagegen in dem ersten Winkelbereich 12a unabhängig von dem zweiten Ventilkörper 3b verstellt werden. Das Verstellen der beiden Ventilkörper 3a und 3b wird im Folgenden anhand 13-16 näher erläutert.
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6 bis 9 zeigen Ansichten des ersten Ventils 2a der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 in abweichenden Schaltstellungen 1Ib, 1Ia, 2Ia, 2Ib. Oben im Bild ist zur Verdeutlichung jeweils ein mit 1-2 korrelierendes Schaltschema gezeigt. Die in 6-9 genannten Stellungen des ersten Ventilkörpers 3a werden im Folgenden anhand 13-16 näher erläutert.
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In 6 ist der Ventilkörper 4a in eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge A, C und D fluidisch miteinander verbunden sind und der Zugang B geschlossen ist. Dadurch befindet sich das erste Ventil 2a in der Schaltstellung 1Ib. In 7 ist der Ventilkörper 4a eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge C und D fluidisch miteinander verbunden sind und die Zugänge A und B geschlossen sind. Dadurch befindet sich das erste Ventil 2a in der Schaltstellung 1Ia. In 8 ist der Ventilkörper 4a eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge B und C fluidisch miteinander verbunden sind und die Zugänge A und D geschlossen sind.
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Dadurch befindet sich das erste Ventil 2a in der Schaltstellung 21a. In 9 ist der Ventilkörper 4a eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge A, B und C fluidisch miteinander verbunden sind und der Zugang D geschlossen ist. Dadurch befindet sich das erste Ventil 2a in der Schaltstellung 21b. Der Zugang B des ersten Ventils 2a ist dabei stets mit dem Zugang F des zweiten Ventils 2b fluidisch verbunden.
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10 bis 12 zeigen Ansichten des zweiten Ventils 2b der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 bei abweichenden Schaltstellungen I, II, III. Oben im Bild ist zur Verdeutlichung jeweils ein mit 1-2 korrelierendes Schaltschema gezeigt. Die in 10-12 genannten Stellungen des zweiten Ventilkörpers 3b werden durch die Stellungen des ersten Ventilkörpers 3a erreicht. Die entsprechenden Stellungen des ersten Ventilkörpers 3a werden im Folgenden anhand 13-16 näher erläutert.
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In 10 ist der Ventilkörper 3b in eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge E und F und die Zugänge H und G jeweils fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch befindet sich das zweite Ventil 2b in der Schaltstellung I. In 11 ist der Ventilkörper 4b in eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge E und H fluidisch miteinander verbunden sind und die Zugänge F und G fluidisch geschlossen sind. Dadurch befindet sich das zweite Ventil 2b in der Schaltstellung II. In 12 ist der Ventilkörper 4b in eine Stellung verstellt, bei der die Zugänge G und H fluidisch miteinander verbunden sind und die Zugänge F und E fluidisch geschlossen sind. Dadurch befindet sich das zweite Ventil 2b in der Schaltstellung III. Der Zugang F des zweiten Ventils 2b ist dabei stets mit dem Zugang B des ersten Ventils 2a fluidisch verbunden.
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13 bis 16 zeigen Tabellen zum Stellen der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 in einem erfindungsgemäßen Verfahren 14. In 13-16 ist zur Veranschaulichung der Schaltstellungen der Ventileinheit 1 die Zapfen 7a und 7b der Kopplungseinheit 6 quer zur Verstellachse VA schematisch dargestellt. Die Zapfen 7a und 7b sind mit den Ventilkörpern 3a und 3b festverbunden, so dass die Zapfen 7a und 7b hier die Stellungen der beiden Ventilkörper 3a und 3b vereinfacht wiedergegeben. Die Stellungen des Zapfen 7a korreliert dabei mit den Stellungen des Ventilkörpers 3a nach 6-9 und die Stellungen des Zapfen 7b korreliert mit den Stellungen des Ventilkörpers 3b nach 10-12. Das wird im Folgenden anhand 13-16 näher erläutert.
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In 13 sind mit durchgezogenen Linien zwei Bewegungsbereiche 15a und 15b und mit gepunkteten Linien sind die Winkelbereiche 12a und 12b mit zugeordneten Verstellwinkeln 13a und 13b eingezeichnet. Die Bewegungsbereiche 15a und 15b beziehen sich dabei auf die Zapfen 7a und 7b. In dem ersten Bewegungsbereich 15a kann der erste Zapfen 7a unabhängig von dem zweiten Zapfen 7b und in dem zweiten Bewegungsbereich 15b kann der zweite Zapfen 7b mittels des ersten Zapfens 7a mitbewegt werden. Die Winkelbereiche 12a und 12b beziehen sich dagegen auf die Ventilkörper 3a und 3b. In dem ersten Winkelbereich 12a kann der erste Ventilkörper 3a unabhängig von dem zweiten Ventilkörper 3b um den Verstellwinkel 13a verstellt werden. In dem zweiten Winkelbereich 12b kann der zweite Ventilkörper 3b mittels des ersten Ventilkörpers 3a um den zweiten Verstellwinkel 13b verstellt werden.
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Die Bewegungsbereiche 15a und 15b fallen aufgrund der physikalischen Abmessungen der beiden Zapfen 7a und 7b mit den Winkelbereichen 12a und 12b nicht zusammen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Zapfen 7a und 7b jeweils einen Mittelpunktswinkel von 22,5° auf. Der Bewegungsbereich 15a erstreckt sich über 202,5° und der zweite Bewegungsbereich erstreckt sich über 157,5°. Der erste Winkelbereich 12a weist den ersten Verstellwinkel 13a von 180° und der zweite Winkelbereich 12b weist den zweiten Verstellwinkel 13b von 135° auf. Die Bewegungsbereiche 15a und 15b bzw. die Winkelbereiche 12a und 12b bzw. die Verstellwinkel 13a und 13b sind durch die Anschläge 10 der Anschlageinheit 8 vorgegeben. In 14-16 sind die Winkelbereiche 12a und 12b und die Verstellwinkel 13a und 13b zur Übersichtlichkeit nicht mehr dargestellt.
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In 13 ist ein Kalibrierungsschritt des Verfahrens 14 gezeigt. Im Teilbild A befinden sich die Ventilkörper 3a und 3b in einer beliebigen Stellung und entsprechend die Ventileinheit 1 in einer beliebigen Schaltstellung. Nach Teilbild B wird der erste Ventilkörper 3a aus dieser beliebigen Stellung in die erste Drehrichtung DR1 (hier im Uhrzeigersinn) solange um die Verstellachse VA verdreht, bis der zweite Ventilkörper 3b an einem Ende des Bewegungsbereichs 15b bzw. des Winkelbereichs 12b anschlägt. Nach 3 und 5 erreicht hier der Anschlagzapfen 11 den einen Anschlag 10 in der Nut 9 der Anschlageinheit 8. Dadurch wird eine 0°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a definiert und als ein erster Referenzpunkt 16a gesetzt. Nach Teilbild C wird dann der erste Ventilkörper 3a in die zweite Drehrichtung DR2 (hier gegen den Uhrzeigersinn) solange um die Verstellachse VA verdreht, bis der zweite Ventilkörper 3b an einem anderen Ende des Bewegungsbereichs 15b bzw. des Winkelbereichs 12b anschlägt. Nach 3 und 5 erreicht hier der Anschlagzapfen 11 den anderen Anschlag 10 in der Nut 9 der Anschlageinheit 8. Dadurch wird eine 450°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a definiert und als ein zweiter Referenzpunkt 16b gesetzt. Die 0°-Stellung und die 450°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a sind im Teilbild B und im Teilbild C mit durchbrochenen Linien dargestellt. Anhand der beiden referenzpunkten 16a und 16b können nun jegliche weiteren Stellungen der Ventilkörper 3a und 3b bestimmt und eingestellt werden.
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In 14-16 sind mögliche Schaltstellungen der Ventileinheit 1 gezeigt. Die einzelnen Schaltstellungen der Ventileinheit 1 können nach dem Kalibrierungsschritt in beliebiger Reihenfolge eingestellt werden. Die Schaltstellungen der Ventileinheit 1 ergeben sich dabei durch eine Kombination der Schaltstellungen der Ventile 2a und 2b und entsprechend der Ventilkörper 3a und 3b. Zur Übersichtlichkeit sind neben den einzelnen Teilbildern in 14-16 auch mit 6-12 korrelierende Schaltschemas gezeigt.
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In 14 befindet sich das zweite Ventil 2b in der in 10 gezeigten Schaltstellung I. Im Teilbild A befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 135°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ib des Ventils 2a in 6 korreliert. Im Teilbild B befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 180°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ia des ersten Ventils 2a in 7 korreliert. Im Teilbild C befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 270°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21a des ersten Ventils 2a in 8 korreliert. Im Teilbild D befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 315°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21b des ersten Ventils 2a in 9 korreliert.
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Nach Teilbild A wird der erste Ventilkörper 3a in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht und in die 450°-Stellung verstellt. Dadurch wird der zweite Ventilkörper 3b mittels des ersten Ventilkörpers 3a in eine Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung I des zweiten Ventils 2b korreliert. Danach wird der erste Ventilkörper 3a in die erste Drehrichtung DR1 verdreht und in eine 135°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 1Ib des ersten Ventils 2a korreliert. Nach Teilbild B wird der erste Ventilkörper aus der 135°-Stellung in die zweite Drehrichtung DR2 um 45° verdreht und dadurch in die 180°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 1Ib des ersten Ventils 2a korreliert. Nach Teilbild C wird der erste Ventilkörper 3a aus der 180°-Stellung in die zweite Drehrichtung um 90° verdreht und dadurch in die 270°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 21a des ersten Ventils 2a korreliert. Nach Teilbild D wird der erste Ventilkörper aus der 270°-Stellung in die zweite Drehrichtung DR2 um 45° verdreht und dadurch in die 315°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 21b des ersten Ventils 2a korreliert.
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In 15 befindet sich das zweite Ventil 2b in der in 11 gezeigten Stellung II. Im Teilbild A befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 135°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ib des Ventils 2a in 6 korreliert. Im Teilbild B befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 180°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ia des ersten Ventils 2a in 7 korreliert. Im Teilbild C befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 270°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21a des ersten Ventils 2a in 8 korreliert. Im Teilbild D befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 315°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21b des ersten Ventils 2a in 9 korreliert.
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Nach Teilbild A wird der erste Ventilkörper 3a in die erste Drehrichtung DR1 verdreht und in die 90°-Stellung verstellt. Dadurch wird der zweite Ventilkörper 3b mittels des ersten Ventilkörpers 3a in eine Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung II des zweiten Ventils 2b korreliert. Danach wird der erste Ventilkörper 3a in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht und in die 135°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 1Ib des ersten Ventils korreliert. Aus der 135°-Stellung kann der erste Ventilkörper 3a analog zu 14 in die 180°-Stellung im Teilbild B, in die 270°-Stellung im Teilbild C und in die 315°-Stellung im Teilbild D verstellt werden. Entsprechend kann das erste Ventil 2a in die Schaltstellung 1Ia im Teilbild B, in die Schaltstellung 21a im Teilbild C und in die Schaltstellung 21b im Teilbild D verstellt werden.
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In 16 befindet sich das zweite Ventil 2b in der in 12 gezeigten Schaltstellung III. Im Teilbild A befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 135°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ib des Ventils 2a in 6 korreliert. Im Teilbild B befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 180°-Stellung, die mit der Schaltstellung 1Ia des ersten Ventils 2a in 7 korreliert. Im Teilbild C befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 270°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21a des ersten Ventils 2a in 8 korreliert. Im Teilbild D befindet sich der erste Ventilkörper 3a in einer 315°-Stellung, die mit der Schaltstellung 21b des ersten Ventils 2a in 9 korreliert.
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Nach Teilbild A wird der erste Ventilkörper 3a in die erste Drehrichtung DR1 verdreht und in die 0°-Stellung verstellt. Dadurch wird der zweite Ventilkörper 3b mittels des ersten Ventilkörpers 3a in eine Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung III des zweiten Ventils 2b korreliert. Danach wird der erste Ventilkörper 3a in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht und in die 135°-Stellung verstellt, die mit der Schaltstellung 1Ib des ersten Ventils 2a korreliert. Aus der 135°-Stellung kann der erste Ventilkörper 3a analog zu 14-15 in die 180°-Stellung im Teilbild B, in die 270°-Stellung im Teilbild C und in die 315°-Stellung im Teilbild D verstellt werden. Entsprechend kann das erste Ventil 2a in die Schaltstellung 1Ia im Teilbild B, in die Schaltstellung 21a im Teilbild C und in die Schaltstellung 21b im Teilbild D verstellt werden.
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Es versteht sich, dass die einzelnen 135°-, 180°-, 270°-, 315°-Stellungen auch in einer abweichenden Reihenfolge eingestellt werden können. Dazu kann der erste Ventilkörper 3a aus der aktuellen 0°-, 90°-, 135°-, 180°-, 270°-, 315°-, 450°-Stellung um einen entsprechenden Winkel in die jeweilige Drehrichtung DR1 oder DR1 verdreht und in die gewünschte Stellung verstellt werden.
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Zusammenfassend zu dem Verfahren 14 kann der erste Ventilkörper 3a die 0°-, 90°-, 135°-, 180°-, 270°-, 315°- und 450°-Stellungen annehmen. Die 0°-Stellung entspricht dem Referenzpunkt 16a des ersten Ventilkörpers 3a und die 450°-Stellung entspricht dem Referenzpunkt 16b des ersten Ventilkörpers 3a. In der 0°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a befindet sich der zweite Ventilkörper 3b in einer Stellung, die mit der Schaltstellung III des zweiten Ventils 2b korreliert. In der 90°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a befindet sich der zweite Ventilkörper 3b in einer Stellung, die mit der Schaltstellung II des zweiten Ventils 2b korreliert. In der 450°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a befindet sich der zweite Ventilkörper 3b in einer Stellung, die mit der Schaltstellung I des zweiten Ventils 2b korreliert. Die 135°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a korreliert mit der Schaltstellung 1Ib des ersten Ventils 2a. Die 180°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a korreliert mit der Schaltstellung 1Ia des ersten Ventils 2a. Die 270°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a korreliert mit der Schaltstellung 21a des ersten Ventils 2a. Die 315°-Stellung des ersten Ventilkörpers 3a korreliert mit der Schaltstellung 21b des ersten Ventils 2a.
