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Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung von Fluidströmen, mit einem Ventilgehäuse, in dem eine Ventilausnehmung ausgebildet ist, von der aus Fluidkanäle jeweils bis zu einer Außenoberfläche des Ventilgehäuses erstreckt sind, mit zwei jeweils längs einer gemeinsamen Bewegungsachse linearbeweglich in der Ventilausnehmung aufgenommenen Ventilgliedern aus der Gruppe: erstes Ventilglied, zweites Ventilglied, denen zwei erste Radialdichtelemente zugeordnet sind, die radial innen abdichtend am Ventilglied sowie radial außen abdichtend an einer Innenoberfläche der Ventilausnehmung anliegen, wobei die Ventilglieder jeweils für eine wahlweise Freigabe und Blockierung wenigstens einer Verbindung zwischen benachbart angeordneten Fluidkanälen ausgebildet sind, wobei an einem Endbereich jedes Ventilglieds, der dem jeweils anderen Ventilglied abgewandt ist, ein Linearantrieb aus der Gruppe: erster Linearantrieb, zweiter Linearantrieb, angeordnet ist, der für Bewegungseinleitung auf das jeweilige Ventilglied ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2006 062 432 A1 offenbart ein modulares pneumatisches Schieberventil mit mindestens fünf an einem Einheitsventilgehäuse angeordneten äußeren Anschlüssen P, A, B, R, S, deren Druckluftverbindungen eine innenliegende, über mindestens einen stirnseitigen Steuerdruckkolben axial bewegbare Ventilschieberanordnung schaltet, wobei zur Realisierung unterschiedlicher Ventilfunktionen die Ventilschieberanordnung aus zwei einzelnen Ventilschieberteilen besteht, die miteinander in einem ungekoppelten Betriebszustand 2 x 3/2-Ventilfunktionen sowie 5/3-Ventilfunktionen umsetzen können und die in einem gekoppelten Betriebszustand, bei dem mittels eines starren Verbindungselements die beiden Ventilschieberteile miteinander verbunden werden, 5/2-Ventilfunktionen umgesetzt werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil mit kompakter Bauweise bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für ein Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das erste Ventilglied längs der Bewegungsachse linear gleitbeweglich am zweiten Ventilglied gelagert ist und/oder dass dem zweiten Ventilglied ein Axialdichtring zugeordnet ist, der in einer Freigabestellung des zweiten Ventilglieds eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen benachbart angeordneten Fluidkanälen freigibt und der in einer Blockierstellung an wenigstens einer Axialstirnfläche des zweiten Ventilglieds sowie an einer zwischen den benachbart angeordneten Fluidkanälen angeordneten Axialstirnfläche der Ventilausnehmung abdichtend anliegt.
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Durch die gleitbewegliche Lagerung des ersten Ventilglieds am zweiten Ventilglied wird eine mechanische Kopplung der beiden Ventilglieder erzielt, ohne dass die beiden Ventilglieder in funktionaler Weise miteinander gekoppelt sein müssen, Somit können beispielsweise auf die Ventilglieder einwirkende Kräfte, wie sie bei mechanischen Stößen oder Druckstößen auftreten, durch die gegenseitige mechanische Abstützung in vorteilhafter Weise abgefangen werden, da diese Kräfte stets zumindest anteilig über jedes der beiden Ventilglieder in das Ventilgehäuse abgeleitet werden können. Dies ermöglicht eine schlanke und kompakte Bauweise für die Ventilglieder und für das Ventilgehäuse.
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Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das prinzipiell als Schieberventil mit radial dichtenden Radialdichtelementen ausgebildete erfindungsgemäße Ventil zumindest bezüglich einer Ventilfunktion als Sitzventil ausgebildet ist. Ein Sitzventil ist im Vergleich zu einem Schieberventil weniger anfällig im Hinblick auf eventuelle Verschmutzungseinflüsse, was insbesondere bei einer Verwendung des Sitzventils als Steuerventil für Unterdruck von Bedeutung ist, da hierbei je nach Art der Unterdruckanwendung nicht zuverlässig sichergestellt werden kann, dass nur schmutzfreie Luft angesaugt wird. Zudem kann mit einem Sitzventil im Vergleich zu einem Schieberventil bei gleichem Bauraum ein größerer Ventilquerschnitt realisiert werden, was ebenfalls bei Unterdruckanwendungen von Interesse ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Axialdichtring mit einer radial innenliegenden, kreiszylindrischen Innenoberfläche an einer Außenumfangsfläche des zweiten Ventilglieds anliegt und/oder mit einer in axialer Richtung ausgerichteten kreisringförmigen Stirnfläche an einer korrespondierenden Axialstirnfläche des zweiten Ventilglieds anliegt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die kreiszylindrische Innenoberfläche des Axialdichtrings zur Gewährleistung einer Abdichtfunktion gegenüber dem zweiten Ventilglied genutzt wird und/oder dass die Stirnfläche des Axialdichtrings oder zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen des Axialdichtrings zur abdichtenden Anlage an dem zweiten Ventilglied genutzt werden.
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Ein radial außenliegender Umfangsbereich des Axialdichtrings ist in einer Blockierstellung des zweiten Ventilglieds zur abdichtenden axialen Anlage an einer Axialstirnfläche der Ventilausnehmung vorgesehen. Diese Axialstirnfläche kann beispielsweise als Randbereich einer Mündungsöffnung eines Verbindungskanalabschnitts der Ventilausnehmung verwirklicht sein, die benachbart angeordnete Fluidkanäle miteinander verbindet. Um eine Freigabestellung für den Axialdichtring des zweiten Ventilglieds gegenüber der Axialstirnfläche der Ventilausnehmung zu bewirken, ist eine axiale Verlagerung des zweiten Ventilglieds längs der Bewegungsachse durchzuführen, so dass der Axialdichtring von der Axialstirnfläche entfernt wird und eine vorzugsweise ringförmig ausgebildete Spaltöffnung freigegeben wird, durch die eine Fluidströmung zwischen den benachbart angeordneten Fluidkanälen ermöglicht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn dem ersten Ventilglied zusätzlich zum ersten Radialdichtring ein zweiter Radialdichtring zugeordnet ist und/oder dass dem zweiten Ventilglied zusätzlich zum ersten Radialdichtring ein zweiter Radialdichtring zugeordnet ist. Dabei können die jeweiligen Radialdichtringe entweder für eine dauerhafte, von einer Bewegungsstellung des jeweiligen Ventilglieds unabhängige Abdichtendfunktion zwischen den jeweiligen Ventilglied und der Ventilausnehmung vorgesehen sein. Alternativ kann wenigstens einer der Radialdichtringe in Zusammenwirkung mit einem entsprechend ausgestalteten Abschnitt der Ventilausnehmung in Abhängigkeit von der Bewegungsstellung des jeweiligen Ventilglieds zwischen einer Freigabestellung und einer Blockierstellung für einen von der Ventilausnehmung und den jeweiligen Ventilglied bestimmten Fluidkanalabschnitt eingesetzt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Radialdichtring am ersten Ventilglied für eine Abdichtung des Ventilraums gegenüber einem ersten Arbeitsraum im Ventilgehäuse ausgebildet ist, in dem ein Arbeitskolben des ersten Linearantriebs angeordnet ist und/oder dass der erste Radialdichtring am zweiten Ventilglied für eine Abdichtung des Ventilraums gegenüber einem zweiten Arbeitsraum im Ventilgehäuse ausgebildet ist, in dem ein Arbeitskolben des zweiten Linearantriebs angeordnet ist. Bei einer derartigen Verwendung des jeweils ersten Radialdichtrings des ersten Ventilglieds und/oder des zweiten Ventilglieds wird vorausgesetzt, dass für eine Bewegung des jeweiligen Ventilglieds längs des Bewegungswegs eine Druckdifferenz zwischen den zugeordneten ersten Arbeitsraum bzw. zweiten Arbeitsraum und der Ventilausnehmung erforderlich ist. Um eine gegenseitige Beeinflussung zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum und der Ventilausnehmung zu vermeiden wird eine Abdichtfunktion zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum und der Ventilausnehmung durch den jeweiligen ersten Radialdichtring gewährleistet.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Radialdichtring des zweiten Ventilglieds für eine stellungsunabhängige Abdichtung zwischen benachbart angeordneten Fluidkanälen ausgebildet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied jeweils ein Linearanschlag für eine Begrenzung einer linearen Relativbewegung, insbesondere einer linearen Entfernungsbewegung, zwischen dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied zugeordnet ist. Dieser Linearanschlag ist ein Bestandteil der mechanischen Kopplung zwischen dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied und begrenzt die lineare Relativbeweglichkeit zwischen dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass das erste Ventilglied mit einem längs der Bewegungsachse erstreckten Führungsbolzen ausgerüstet ist, der schiebebeweglich in einer korrespondierenden Führungsbohrung des zweiten Ventilglieds aufgenommen ist und dass am Führungsbolzen eine in radialer Richtung abragende Nase ausgebildet ist, die zusammen mit einem in der Führungsbohrung ausgebildeten Hinterschnitt den Linearanschlag bilden. Hierbei kann beispielhaft vorgesehen sein, dass die Führungsbohrung bereichsweise mit einer Nut versehen ist, durch die ein Montagevorgang für den mit der Nase versehenen Führungsbolzen ermöglicht wird.
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Zweckmäßig ist es, wenn zwischen dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied eine Feder, insbesondere eine Wendelfeder, angeordnet ist, die für eine Bereitstellung von einander entgegengesetzten Kraftkomponenten auf das erste Ventilglied und das zweite Ventilglied ausgebildet ist. Die Aufgabe dieser Feder besteht darin, einen Abstand zwischen dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied vorzugeben, der bei einer Verwendung des Ventils im Rahmen eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs verändert werden kann, um dadurch unterschiedliche Ventilfunktionen verwirklichen zu können. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl dem ersten Ventilglied als auch dem zweiten Ventilglied jeweils ein Linearantrieb zugeordnet ist, mit denen eine Kompression der Feder und damit eine Abstandsverringerung zwischen dem ersten Ventilglied dem zweiten Ventilglied herbeigeführt werden kann.
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Bevorzugt sind einander entgegengesetzte pneumatisch wirksame Stirnflächen am ersten Ventilglied und/oder einander entgegengesetzte pneumatisch wirksame Stirnflächen am zweiten Ventilglied, die jeweils für eine bereichsweise Begrenzung eines zwischen benachbart angeordneten Fluidkanälen erstreckten Verbindungskanals ausgebildet sind, jeweils gleich groß ausgebildet sind.. Hierdurch kann in Abhängigkeit von einem Betriebszustand für das erste Ventilglied und das zweite Ventilglied gewährleistet werden, dass keine unerwünschte Reaktionskräfte bei einem Fluidstrom durch den Verbindungskanal zwischen benachbart angeordneten Fluidkanälen auftreten. Bevorzugt kann hierdurch eine Selbsthaltung einer Ventilgliedanordnung, die aus dem ersten Ventilglied und dem zweiten Ventilglied gebildet wird, bewirkt werden, bei der die Ventilgliedanordnung ohne Aufbringung von Steuerkräften in der gewünschten Funktionsstellung verbleibt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eines der beiden zweiten Radialdichtelemente mit dem ersten Ventilglied linear bewegungsgekoppelt ausgebildet ist und radial innen abdichtend und linear gleitbeweglich am zweiten Ventilglied aufgenommen ist und ein drittes Ventilglied bildet. Dieses relativbeweglich sowohl zum ersten Ventilglied als auch relativbeweglich zum zweiten Ventilglied angeordnete erste Radialdichtelement dient somit als drittes Ventilglied, dessen Funktionsstellung in einem vorgebbaren Funktionsrahmen unabhängig von den Funktionsstellungen des ersten Ventilglieds und des zweiten Ventilglied ist, wodurch eine funktionale Erweiterung für das Ventil ermöglicht wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ventilanordnung, die ein erfindungsgemäßes Ventil mit zugeordneten fluidischen Vorsteuerventilen umfasst,
- 2 eine rein schematische Schnittdarstellung des Ventils in einer ersten Funktionsstellung,
- 3 eine rein schematische Schnittdarstellung des Ventils in einer zweiten Funktionsstellung, und
- 4 eine rein schematische Schnittdarstellung des Ventils in einer dritten Funktionsstellung.
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Eine in der 1 rein schematisch gezeigte Ventilanordnung 1 ist als Funktionsmodul ausgebildet, das zur Verwendung mit einer nicht dargestellten Ventilinsel vorgesehen ist, an der mehrere derartige Ventilanordnungen 1 linear aneinander gereiht aufgenommen werden können. Die nicht dargestellte Ventilinsel ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die gesamte fluidische und elektrische Versorgung für die Ventilanordnung 1 bereitzustellen. Für eine Kopplung der Ventilanordnung 1 mit der nicht dargestellten Ventilinsel weist die Ventilanordnung 1 eine Inselschnittstelle 5 auf, mit der sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Kopplung der Ventilanordnung 1 mit der nicht dargestellten Ventilinsel gewährleistet wird. Beispielhaft ist vorgesehen, dass durch die nicht dargestellte Ventilinsel eine Bereitstellung eines druckbeaufschlagten Arbeitsfluids, insbesondere Druckluft, sowie eines Unterdrucks, der gemeinhin auch als Vakuum bezeichnet wird, und von elektrischen Steuersignalen erfolgt ist und an die Inselschnittstelle 5 und damit in die Ventilanordnung 1 übertragen werden kann.
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Die Ventilanordnung 1 umfasst rein exemplarisch ein nachstehend näher beschriebenes Ventil 2, ein erstes Vorsteuerventil 3 sowie ein zweites Vorsteuerventil 4. Beispielhaft sind das erste Vorsteuerventil 3 und das zweite Vorsteuerventil 4 jeweils als Magnetventil ausgebildet und sind jeweils zur selektiven Bereitstellung eines druckbeaufschlagten Arbeitsfluids, insbesondere Druckluft, an das Ventil 2 ausgebildet. Durch diese selektive Bereitstellung des druckbeaufschlagten Arbeitsfluids durch das erste Vorsteuerventil 3 und das zweite Vorsteuerventil 4 kann das Ventil 2 in unterschiedliche Funktionsstellungen überführt werden, wie nachstehend näher beschrieben wird.
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In den Darstellungen der 2 bis 4 ist das Ventil 2 jeweils in der gleichen Schnittebene dargestellt, so dass sich die Darstellungen der 2 bis 4 lediglich durch voneinander unterschiedliche Funktionsstellungen einer Ventilgliedanordnung 6, die ein erstes Ventilglied 7, ein zweites Ventilglied 8 sowie ein drittes Ventilglied 9 umfasst, unterscheiden. Rein exemplarisch ist in der 2 eine Grundstellung für das Ventil 2 gezeigt. Die 3 zeigt eine erste Funktionsstellung für das Ventil 2 und die 4 zeigt eine zweite Funktionsstellung für das Ventil 2.
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Die Erläuterung der Aufbauweise des Ventils 2 erfolgt anhand der 2, wobei diese Erläuterungen in gleicher Weise auch für die 3 und 4 gelten.
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Das Ventil 2 umfasst ein rein exemplarisch zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgebildetes Ventilgehäuse 10, das beispielhaft aus einem ersten Gehäuseteil 14, einem zweiten Gehäuseteil 15 und einen dritten Gehäuseteil 16 zusammengesetzt ist, die abdichtend miteinander verbunden sind.
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Hierbei ist im ersten Gehäuseteil 14 eine als Sackloch ausgebildete kreiszylindrische erste Bohrung 18 vorgesehen, die sich längs einer Bewegungsachse 11 erstreckt und die zur Aufnahme eines ersten Arbeitskolbens 19 ausgebildet ist. Der erste Arbeitskolben 19 ist längs der Bewegungsachse 11 linearbeweglich abdichtend in der ersten Bohrung 18 aufgenommen und begrenzt mit der ersten Bohrung 18 einen ersten Arbeitsraum 20. Der erste Arbeitsraum 20 ist in nicht näher dargestellter Weise fluidisch mit dem ersten Vorsteuerventil 3 verbunden und kann durch eine geeignete elektrische Ansteuerung des ersten Vorsteuerventils 3, bei dem es sich vorzugsweise um ein 3/2-Wegeventil, insbesondere um ein Magnetventil, handeln kann, wahlweise mit Druckluft versorgt oder entlüftet werden, um hierdurch eine Linearbewegung des ersten Arbeitskolbens 19 zu bewirken.
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Im zweiten Gehäuseteil 15 ist eine als Sackloch ausgebildete kreiszylindrische zweite Bohrung 21 vorgesehen, die sich längs der Bewegungsachse 11 und damit koaxial zur ersten Bohrung 18 im ersten Gehäuseteil 14 erstreckt und die zur Aufnahme eines zweiten Arbeitskolbens 22 ausgebildet ist. Der zweite Arbeitskolben 22 ist längs der Bewegungsachse 11 linearbeweglich abdichtend in der zweiten Bohrung 21 aufgenommen und begrenzt mit der zweiten Bohrung 21 einen zweiten Arbeitsraum 23. Der zweite Arbeitsraum 23 ist in nicht näher dargestellter Weise fluidisch mit dem zweiten Vorsteuerventil 4 verbunden und kann durch eine geeignete elektrische Ansteuerung des zweiten Vorsteuerventils 4, bei dem es sich vorzugsweise um ein 3/2-Wegeventil, insbesondere um ein Magnetventil, handeln kann, wahlweise mit Druckluft versorgt oder entlüftet werden, um hierdurch eine Linearbewegung des zweiten Arbeitskolbens 22 zu bewirken.
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In das dritte Gehäuseteil 16 ist eine längs der Bewegungsachse 11 erstreckte und damit koaxial zur ersten Bohrung 18 und zur zweiten Bohrung 21 ausgerichtete dritte, kreiszylindrisch ausgebildete Bohrung 24, die auch als Ventilausnehmung bezeichnet wird, eingebracht. Eine Innenoberfläche 25 der dritten Bohrung 24 dient hierbei als Dichtungsanlagefläche für nachstehend näher beschriebene Radialdichtungen, die den Ventilgliedern 7, 8 und 9 zugeordnet sind.
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Ferner sind im dritten Gehäuseteil 16 insgesamt fünf Fluidkanäle 31, 32, 33, 34 und 35 vorgesehen, die rein exemplarisch als kreiszylindrische Bohrungen ausgehend von einer Außenoberfläche 26 des dritten Gehäuseteils 16 ausgebildet sind und die jeweils quer zur Bewegungsachse 11 ausgerichtet sind. Rein exemplarisch sind die Fluidkanäle 31 bis 35 jeweils als Sacklöcher ausgebildet, die die dritte Bohrung 24 durchsetzen und die jeweils mit einer Mündungsöffnung 36, 37, 38, 39 und 40 in die dritte Bohrung 24 ausmünden.
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Das erste Ventilglied 7 weist einen rein exemplarisch rotationssymmetrisch zur Bewegungsachse 11 ausgebildeten ersten Ventilkörper 51 auf, der mit einem ersten Endbereich 52 mit dem ersten Arbeitskolben 19 verbunden ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung zwischen dem ersten Ventilkörper 51 und dem ersten Arbeitskolben 19. Angrenzend an den ersten Endbereich 52 weist der erste Ventilkörper 51 einen ersten Führungsabschnitt 53 auf, dessen Außendurchmesser zumindest im wesentlichen einem Innendurchmesser der dritten Bohrung 24 entspricht, so dass der erste Ventilkörper 51 mit der dritten Bohrung 24 eine lineare Gleitlagerung für das erste Ventilglied 7 bildet. Angrenzend an den ersten Führungsabschnitt 53 weist der erste Ventilkörper 51 einen ersten Ventilabschnitt 54 auf, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der dritten Bohrung gewählt ist, so dass zwischen dem ersten Ventilabschnitt 54 und der dritten Bohrung 24 ein erster Verbindungskanal 55 mit kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet ist, der eine Fluidströmung längs der Bewegungsachse 11 zwischen dem ersten Ventilkörper 51 und der Innenoberfläche 25 der dritten Bohrung 24 ermöglicht.
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Eine Positionierung des ersten Verbindungskanals 55 gemäß der Darstellung der 2 und eine Längenerstreckung des ersten Verbindungskanals 55 sind rein exemplarisch derart gewählt, dass der Verbindungskanal 55 in der Grundstellung, wie sie in der 2 gezeigt ist, eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem vierten Fluidkanal 34 und dem Fluidkanal 35 blockiert. Bei geeigneter axialer Verlagerung des ersten Ventilglieds 7 längs der Bewegungsachse 11 wird eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem vierten Fluidkanal 34 und dem Fluidkanal 35 freigegeben.
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Der erste Führungsabschnitt 53 des ersten Ventilkörpers 51 ist in unmittelbarer Nachbarschaft zum ersten Endbereich 52 mit einer ersten Ringnut 56 versehen, in der ein Radialdichtring 57 aufgenommen ist, der für eine abdichtende Anlage zwischen dem ersten Ventilkörper 51 und der Innenoberfläche 25 der dritten Bohrung 24 ausgebildet ist. Mit dem Radialdichtring 57 wird eine fluidische Trennung zwischen dem ersten Arbeitskolben 19 und dem fünften Fluidkanal 35 gewährleistet.
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Wie der Darstellung der 2 bis 4 entnommen werden kann, ist eine axiale Positionierung der Ringnut 56 und des darin aufgenommenen Radialdichtrings 57 derart auf das dritte Gehäuseteil 16 und dem fünften Fluidkanal 35 abgestimmt, dass über einen gesamten Verstellweg für das erste Ventilglied 7 längs der Bewegungsachse 11 stets eine Dichtwirkung zwischen dem ersten Arbeitskolben 19 und dem fünften Fluidkanal 35 sichergestellt ist.
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Einem dem ersten Endbereich 52 abgewandter zweiter Endbereich 58 des ersten Ventilkörpers 51 ist mit einer als Sackloch ausgebildeten Innenbohrung 60 versehen, die einen ersten Bohrungsabschnitt 61, einen zweiten Bohrungsabschnitt 62 und einen dritten Bohrungsabschnitt 63 aufweist, die alle koaxial zur Bewegungsachse 11 ausgerichtet sind. Aufgrund der Innenbohrung 60 ist eine Stirnfläche 59 des zweiten Endbereichs 58 kreisringförmig ausgebildet und dient zur Anlage des nachstehend näher beschriebenen dritten Ventilglieds 9.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der erste Bohrungsabschnitt 61, der auch den Endbereich der Innenbohrung 60 darstellt, einen kleineren Innendurchmesser als die sich daran anschließenden zweiten und dritten Bohrungsabschnitte 62, 63 aufweist. Ferner ist rein exemplarisch vorgesehen, dass ein Innendurchmesser des zweiten Bohrungsabschnitts 62 und ein Innendurchmesser des dritten Bohrungsabschnitts 63 identisch sind. Zwischen dem zweiten Bohrungsabschnitt 62 und dem dritten Bohrungsabschnitts 63 sind mehrere kreisringförmige, vorzugsweise in gleicher Winkelteilung um die Bewegungsachse 11 angeordnete und radial nach innen abragende Radialvorsprünge 64 ausgebildet. Die Radialvorsprünge 64 bilden jeweils einen Hinterschnitt für den zweiten Bohrungsabschnitt 62 gegenüber dem dritten Bohrungsabschnitt 63. Die Funktion der Radialvorsprünge 64 wird nachstehend im Zusammenhang mit dem weiten Ventilkörper 81 näher erläutert.
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Der zweite Ventilkörper 71 ist rein exemplarisch rotationssymmetrisch zur Bewegungsachse 11 ausgebildet und umfasst einen ersten Endbereich 72, der stirnseitig am zweiten Arbeitskolben 22 anliegt und dadurch vom zweiten Arbeitskolben 22 in Richtung des ersten Arbeitskolbens 19 verschoben werden kann, sofern eine Druckbeaufschlagung des zweiten Arbeitsraums 23 mittels des zweiten Vorsteuerventils 4 vorgenommen wird. Beispielhaft ist ein Außendurchmesser des ersten Endbereichs 72 kleiner als ein Innendurchmesser der dritten Bohrung 24 gewählt.
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An den zweiten Endbereich 72 des zweiten Ventilkörpers 71 schließt sich längs der Bewegungsachse 11 ein erster Führungsabschnitt 73 an, der einen Außendurchmesser aufweist, der zumindest im Wesentlichen dem Innendurchmesser der dritten Bohrung 24 entspricht. Der bezogen auf die Gesamtlänge des zweiten Ventilkörpers 72 relativ kurze erste Führungsabschnitt 73 ist mit einer ersten Ringnut 74 versehen, in der ein erster Radialdichtring 75 angeordnet ist, der für eine radiale Abdichtwirkung zwischen dem zweiten Ventilkörper 71 und der Innenoberfläche 25 der dritten Bohrung 24 vorgesehen ist. Die Aufgabe des ersten Radialrichtrings 75 besteht darin, eine Abdichtung zwischen dem zweiten Arbeitskolben 22 und dem ersten Fluidkanal 31 zu gewährleisten. Dabei ist eine axiale Positionierung des ersten Radialdichtrings 75 derart gewählt, dass die Dichtwirkung während eines bestimmungsgemä-ßen Gebrauchs des Ventils 2 unabhängig von einer axialen Positionierung des zweiten Ventilkörpers 71 aufrecht erhalten bleibt.
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An den ersten Führungsabschnitt 73 schließt sich in axialer Richtung längs der Bewegungsachse 11 ein erster Ventilabschnitt 76 an, dessen Außendurchmesser erheblich kleiner als der Innendurchmesser der dritten Bohrung 24 ist. Dementsprechend bilden der erste Ventilabschnitt 76 und die dritte Bohrung 24 einen mit kreisringförmigem Querschnitt längs der Bewegungsachse erstreckten zweiten Verbindungskanal 77. Der zweite Verbindungskanal 77 wird in axialer Richtung durch einen am zweiten Ventilkörper 71 ausgebildeten, in radialer Richtung nach außen abragenden Stützring 78 begrenzt, an den sich eine zweite Ringnut 79 anschließt. In der zweiten Ringnut 79 ist ein kreisringförmig ausgebildeter Axialdichtring 80 aufgenommen, der an einer ersten Axialstirnfläche 81 des Stützrings 78 sowie an einer gegenüberliegenden, zweiten Axialstirnfläche 82 der zweiten Ringnut 79 in axialer Richtung abgestützt ist. Der Axialdichtring 80 ist in einem radial au-ßen liegenden Bereich für eine abdichtende Anlage an einer kreisringförmig ausgebildeten Dichtfläche 83 der dritten Bohrung 24 vorgesehen, die eine Axialstirnfläche bildet, und verschließt in der Grundstellung gemäß der 2 eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidkanal 31 und dem zweiten Fluidkanal 32.
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Benachbart zur zweiten Ringnut 79 ist längs der Bewegungsachse 11 ein zweiter Führungsabschnitt 84 vorgesehen, dessen Außendurchmesser zumindest im Wesentlichen dem Innendurchmesser der dritten Bohrung 24 entspricht. Der zweite Führungsabschnitt 84 ist mit einer dritten Ringnut 85 versehen, in der ein zweiter Radialdichtring 86 angeordnet ist, der in der Grundstellung gemäß der 2 für eine Dichtwirkung zwischen dem zweiten Fluidkanal 32 und dem dritten Fluidkanal 33 ausgebildet ist.
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An den zweiten Führungsabschnitt 84 schließt sich längs der Bewegungsachse 11 ein zweiter Endbereich 87 des zweiten Ventilkörpers 71 an, der im Wesentlichen bolzenförmig ausgeführt ist und sich bis in die Innenbohrung 60 des ersten Ventilkörpers 51 erstreckt. Der zweite Endbereich 87 des zweiten Ventilkörpers 71 weist in radialer Richtung nach außen abragende, kreisringsegmentförmig ausgebildete Radialvorsprünge 88 auf, die geometrisch auf die Radialvorsprünge 64 in der Innenbohrung 60 abgestimmt sind. Hierdurch wird eine Steckmontage für den zweiten Endbereich 87 des zweiten Ventilkörpers 71 in die Innenbohrung 60 des ersten Ventilkörpers 51 ermöglicht und nach Durchführung des Montagevorgangs erfolgt eine Rotationsbewegung des zweiten Ventilkörpers 71 um die Bewegungsachse 11, so dass die Radialvorsprünge 88 in axialer Richtung an den Radialvorsprüngen 64 anliegen und eine lineare Entfernungsbewegung des ersten Ventilkörpers 51 vom zweiten Ventilkörper 71 in der Grundstellung gemäß der 2 verhindert wird.
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Auf einer kreiszylindrisch ausgebildeten ersten Führungsfläche 89 des zweiten Endbereichs 87 ist ein dritter Ventilkörper 91 des dritten Ventilglieds 9 linearbeweglich aufgenommen. Dieser dritte Ventilkörper 91 ist kreisringförmig ausgebildet. Zwischen dem dritten Ventilkörper 91 und der Stirnfläche 59 des ersten Ventilkörpers 51 ist ein Radialdichtring 92 aufgenommen, der für eine abdichtende Anlage an der ersten Führungsfläche 89 sowie an der Innenoberfläche 25 der dritten Bohrung 24 ausgebildet ist und der in der Grundstellung gemäß der 2 eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem dritten Fluidkanal 33 und dem vierten Fluidkanal 34 blockiert.
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Endseitig am zweiten Endbereich 87 des zweiten Ventilkörpers 71 ist eine zweite Führungsfläche 90 ausgebildet, die mit ihrem Außendurchmesser an einen Innendurchmesser des ersten Bohrungsabschnitts 61 der Innenbohrung 60 angepasst ist, wodurch bei einer linearen Annäherungsbewegung zwischen dem ersten Ventilkörper 51 und dem zweiten Ventilkörper 71 ein Einschieben des zweiten Endbereichs 87 in den ersten Bohrungsabschnitt 61 ermöglicht wird.
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Für die nachstehende Funktionsbeschreibung wird zunächst auf die 4 Bezug genommen, in der ausschließlich der Erläuterung dienende zusätzliche Komponenten wie eine Vakuumquelle 95, ein Fluidverbraucher 96, ein erster Fluidschlauch 97, eine Druckluftquelle 98 und ein zweiter Fluidschlauch 99 dargestellt sind, für die davon ausgegangen wird, dass sie in gleicher Weise auch in den anderen Funktionsstellungen des Ventils gemäß den 2 und 3 vorhanden sind.
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Die Vakuumquelle 95 ist mit dem ersten Fluidkanal 31 verbunden. Der rein exemplarisch als Saugheber zum Anheben von nicht dargestellten Gegenständen ausgebildete Fluidverbraucher 96 ist über den ersten Fluidschlauch 97 mit dem zweiten Fluidanschluss 32 verbunden, der auch als erster Arbeitsanschluss bezeichnet werden kann. Die Druckluftquelle 98 ist mit dem dritten Fluidkanal 33 verbunden. Der zweite Fluidschlauch 99 ist mit dem vierten Fluidkanal 34 verbunden und kann auch als zweiter Arbeitsanschluss bezeichnet werden.
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In der Grundstellung gemäß der 2 befindet sich die Ventilgliedanordnung 6 in einer Grundstellung, in der ein Volumen des ersten Arbeitsraums 20 maximal ist und in der ein Volumen des zweiten Arbeitsraums 23 minimal ist. Hierdurch wird durch den Axialdichtring 80, der abdichtend an der Dichtfläche 83 anliegt, eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidkanal 31 und dem zweiten Fluidkanal 32 unterbrochen, so dass der von der Vakuumquelle 95 bereitgestellte Unterdruck nicht an den zweiten Fluidkanal 32 und damit nicht an den Fluidverbraucher 96 bereitgestellt wird.
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Ferner wird das dritte Ventilglied 9 durch die innere Vorspannung der Wendelfeder 93 derart zwischen dem dritten Fluidkanal 33 und dem vierten Fluidkanal 34 in der dritten Bohrung 24 angeordnet, dass eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Druckluftquelle 98 und dem Fluidverbraucher 96 unterbrochen ist. Dementsprechend befindet sich auch der Fluidverbraucher 96 in einer Grundstellung, in der keine Handhabung eines nicht dargestellten Gegenstands vorgesehen ist.
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Beispielhaft wird die in der 2 gezeigte Grundstellung der Ventilgliedanordnung 6 durch eine Druckbeaufschlagung des ersten Arbeitsraums 20 und durch eine Entlüftung des zweiten Arbeitsraums 23 hervorgerufen, die jeweils durch eine geeignete Ansteuerung der beiden Vorsteuerventile 3 und 4 bewirkt werden kann.
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Bei einer Druckbeaufschlagung des zweiten Arbeitsraums 23, die durch eine entsprechende Ansteuerung des zweiten Vorsteuerventils 4 vorgenommen werden kann, und einer Entlüftung des ersten Arbeitsraums 20, die durch eine entsprechende Ansteuerung des ersten Vorsteuerventils 3 vorgenommen werden kann, wird eine lineare Verlagerung der Ventilgliedanordnung 6 bewirkt. Hierbei erfolgen eine Verkleinerung, insbesondere eine Minimierung, des Volumens des ersten Arbeitsraums 20 und eine Vergrößerung, insbesondere eine Maximierung, des Volumens des zweiten Arbeitsraums 23. Ferner wird dadurch der Axialdichtring 80 von der Dichtfläche 83 abgehoben, so dass eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidkanal 31 und dem zweiten Fluidkanal 32 durch einen Abschnitt der dritten Bohrung 24 freigegeben wird und damit eine Vakuumversorgung des Fluidverbrauchers 96 durch die Vakuumquelle 95 erfolgt. Die innere Vorspannung der Wendelfeder 93 ist derart bemessen, dass das erste Ventilglied 7 mit dem ersten Ventilkörper 51 und das dritte Ventilglied 9 synchron mit dem zweiten Ventilglied 8 und dem zweiten Ventilkörper 71 in Richtung des ersten Arbeitsraums 20 verschoben werden. Hierbei wird die Blockierung der Verbindung zwischen dem dritten Fluidkanal 33 und dem vierten Fluidkanal 34 aufrechterhalten. Diese in der 3 gezeigte Funktionsstellung für die Komponenten der Ventilgliedanordnung 6 kann auch als Arbeitsstellung bezeichnet werden, da in dieser Funktionsstellung eine Unterdruckversorgung des Fluidverbrauchers 96 gewährleistet ist. Beispielsweise kann der Fluidverbraucher 96, der rein exemplarisch als Saugnapf ausgebildet ist, zum Anheben eines Gegenstands eingesetzt werden.
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Sobald die Verlagerung der Ventilgliedanordnung 6 in die Funktionsstellung gemäß der 3 erfolgt ist, kann die Belüftung (Druckbeaufschlagung) des zweiten Arbeitsraums 23 beendet und gegebenenfalls auch eine Entlüftung des Arbeitsraum 23 vorgenommen werden. Die Ventilgliedanordnung 6 verbleibt in der Funktionsstellung gemäß der 3, da die fluidisch wirksamen Oberflächen der Ventilgliedanordnung 6, insbesondere die einander gegenüberliegenden Stirnflächen des ersten Führungsabschnitts 73 und des Stützrings 78, die beide mit dem Unterdruck der Vakuumquelle 95 beaufschlagt sind, gleich groß sind, so dass sich die auf diese Flächen wirkenden Unterdruckkräfte gegeneinander aufheben und die Ventilgliedanordnung 6 dadurch in dieser Funktionsstellung selbsthaltend ausgebildet ist.
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In der Funktionsstellung gemäß der 4, die auch als Abwurfstellung bezeichnet werden kann, wird eine Belüftung des ersten Arbeitsraums 20 vorgenommen, um das Volumen des ersten Arbeitsraums 20 durch die Druckbeaufschlagung zu vergrößern und eine Positionsveränderung für die Ventilgliedanordnung 6 in Richtung des zweiten Arbeitsraums 23 zu bewirken. Hierdurch gelangt der Axialdichtring 89 wieder in Anlage an die Dichtfläche 83, so dass die fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Vakuumquelle 95 und dem Fluidverbraucher 96 unterbrochen wird. Da hierdurch je nach Anwendungsfall noch kein zuverlässiger Abbau des Unterdrucks am Fluidverbraucher 96 gewährleistet werden kann, ist eine zusätzliche Druckbeaufschlagung des ersten Arbeitsraums 20 durch geeignete Ansteuerung des ersten Vorsteuerventils 3 vorgesehen. Durch diese zusätzliche Druckbeaufschlagung des ersten Arbeitsraums 20 wird eine Kompression der Wendelfeder 93 hervorgerufen, so dass der erste Ventilkörper 51 eine zusätzliche Annäherungsbewegung an den zweiten Ventilkörper 71 durchführen kann. Hierbei wird das dritte Ventilglied 9 derart in der dritten Bohrung 24 verschoben, dass eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem dritten Fluidkanal 33 und dem vierten Fluidkanal 34 freigegeben wird und somit eine Druckluftversorgung des Fluidverbrauchers 96 hervorgerufen werden kann.
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Durch diese Druckluftversorgung wird der eventuell noch vorhandene Unterdruck am Fluidverbraucher aufgehoben und ein Ablösevorgang des als Saugnapf ausgebildeten Fluidverbrauchers 96 vom einem nicht dargestellten Gegenstand unterstützt.
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Anschließend kann eine Entlüftung des ersten Arbeitsraums 20 vorgenommen werden, so dass die Wendelfeder 93 das dritte Ventilglied 9 wieder in die Blockierstellung bringt, in der die fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem dritten Fluidkanal 33 und dem vierten Fluidkanal 34 unterbrochen wird. Dementsprechend nimmt die Ventilgliedanordnung 6 wieder die Grundstellung gemäß der 2 ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006062432 A1 [0002]
