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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein programmierbares Mehrwegeventil mit mindestens einem in einer
Schieberbohrung eines Ventilgehäuses bewegbar
angeordneten Ventilglied zum Schalten des Druckmittelflusses zwischen
mehreren am Ventilgehäuse
angeordneten Anschlüssen,
die an definierter Stelle in die Schieberbohrung einmünden, wobei
Mittel zum Umprogrammieren der Ventilfunktion vorgesehen sind.
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Im allgemeinen Stand der Technik
sind Mehrwegeventile bekannt, die in den meisten Fällen nach Art
eines Schieberventils aufgebaut sind. Das Ventilglied ist hier in
Form eines Ventilschiebers ausgebildet, welcher axial bewegbar innerhalb
einer im Ventilgehäuse
ausgebildeten Ventilbohrung druckmittelvermittelnd zwischen den
Anschlüssen
schaltet. Daneben existieren auch Mehrwegeventile, die nach Art eines
Drehschieberventils ausgebildet sind. Bei einem Drehschieberventil
wird das schaltende Ventilglied als Drehschieber bezeichnet, welcher über eine Drehbewegung
den Druckmittelfluss zwischen den Anschlüsse schaltet. Beide Arten von
Mehrwegeventilen sind mit unterschiedlichen Ventilfunktionen erhältlich,
beispielsweise eine 5/3-,5/2-,4/2-,2×3/2-Ventilfunktion.
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Eine weitere, die Ventilfunktionalität beeinflussende
Ausprägung
eines Mehrwegeventils besteht darin, ob dieses in der NO-Variante
(„Normal Open") oder in der NC-Variante
(„Normal
Closed") ausgeführt ist.
Bei der NO-Variante belüftet
das Mehrwegeventil im unbetätigten
Zustand die angeschlossene Arbeitsleitung; bei der NC-Variante entlüftet das
Mehrwegeventil im unbetätigten
Zustand die angeschlossene Arbeitsleitung.
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Zum Aufbau eines pneumatischen Systems, beispielsweise
in Form einer automatischen Montagevorrichtung, kommen je nach Art
der verwendeten Druckmittelaggregate (Zylinder, Drehantriebe, etc.) Mehrwegeventile
mit den unterschiedlichen Ventilfunktionen zum Einsatz.
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Um die hiermit hervorgerufene Variantenvielfalt
an Mehrwegeventilen zu begrenzen, ist bereits versucht worden, einheitliche
Ventilgehäuse
zu schaffen, welche über
auswechselbare Ventilschieber unterschiedliche Ventilfunktionen
ausführen
können.
So kann beispielsweise ein durchgängiger Ventilschieber zur Ausführung einer
5/2-Ventilfunktion gegen zwei kleinere, hintereinanderliegend angeordnete
Ventilschieber zur Realisierung einer 2×3/2-Ventilfunktion ausgetauscht werden. Über unterschiedliche
Anordnungen von Abschnitten größeren und
kleineren Durchmessers am Ventilschieber kann das Mehrwegeventil
auch wahlweise mit einer NO- oder NC-Ventilfunktion ausgestattet
werden.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist
jedoch, dass immer noch unterschiedliche Ventilschieber je nach zu
verwirklichender Ventilfunktion gebraucht werden, so dass der variantenbedingte
Bauteileaufwand noch recht beachtlich ist.
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Aus der
EP 0 955 473 A1 geht ein
Mehrwegeventil hervor, bei dem praktisch kein variantenbedingter
Mehraufwand an Bauteilen besteht. Mehrere Mehrwegeventile sind hier
zu einer Ventileinheit zusammengefasst und werden über eine
gemeinsame elektronische Steuereinrichtung angesteuert. Die elektronische
Steuereinrichtung umfasst eine Funktionsvorgabeeinheit zur programmierbaren
gruppenweise funktionellen Verknüpfung
der einzelnen Mehrwegeventile. Die einzelnen Mehrwegeventile sind hier
als 2/2-Wegeventile ausgeführt.
Die Mehrwegeventile stehen untereinander mit einem Fluidkanalsystem
in Verbindung, dessen Fluidkanäle
ausgehend von einer standardisiert vorgegebenen Anordnung in Abhängigkeit
von der mit der Funktionsvorgabeeinheit vorgegebenen funktionellen
Ventilverknüpfung
durch Freigeben oder Verschließen
von Durchgängen
individuell verschaltet sind.
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Mit dieser Lösung ist eine Änderung
an der Ventilmechanik selbst – wie
beispielsweise ein Tausch des Ventilgliedes = nicht mehr erforderlich, um
eine Änderung
der Ventilfunktion herbeizuführen. Dies
erfolgt hier rein elektronisch über
eine entsprechend verknüpfte
Ansteuerung der einzelnen 2/2-Wegeventile in Verbindung mit dem
ebenfalls elektronisch gesteuerten Freigeben / Verschließen einzelner
Fluidkanäle
je nach gewünschter
Ventilfunktion.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist
jedoch, dass zur Ansteuerung der für die gängigen Ventilfunktionen erforderlichen
vielen einzelnen 2/2-Mehrwegeventile sowie zur Kanalisierung eine
recht komplizierte elektronische Steuerung mit vielen einzelnen
elektrischen Leitungen erforderlich ist. Fehlfunktionen, welche
auf Leitungsbrüche
oder Kurzschlüsse
innerhalb dieses Verdrahtungssystems zurückzuführen sind, lassen sich nur
durch zusätzliche
aufwendige Maßnahmen
lokalisieren und reparieren. Aus diesem Grunde ist diese technische
Lösung
auch eher für
die Mikrosystemtechnik geeignet. Pneumatische Systeme mit Mehrwegeventilen,
die einen Nenndurchfluss von mindestens 100 l/min besitzen, müssen dementsprechend
großbauend
ausgeführt
werden, was die vorstehend erläuterten
Fehlfunktionen durch längere Leitungswege
begünstigt.
Ferner ist eine Umprogrammierung der Ventileinheit auf andere Ventilfunktionen
nur mit Hilfe zusätzlichen
elektronischen Aufwands an Bedien- und Anzeigeelementen darstellbar.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein gattungsgemäßes Mehrwegeventil
zu schaffen, das ohne zusätzlichen
Bauteileaufwand in einfacher Weise auf andere Ventilfunktionen umprogrammierbar
ist.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem
programmierbaren Mehrwegeventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich
einer Ventileinheit wird die Aufgabe durch den Anspruch 12 gelöst. Die
rückbezogenen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische
Lehre ein, dass zur Umprogrammierung der Ventilfunktion, die rein
mechanisch erfolgt, die Grundstellung G0 eines
Ventilgliedes innerhalb der Ventilbohrung über ein mechanisches Stellmittel
in mindestens eine zweite Grundstellung G1 änderbar
ist, um ein anschließendes
Schalten des Druckmittelflusses unter eine anderen Ventilfunktion
zu ermöglichen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass mehrere Ventilfunktionen mit einem einzigen
Mehrwegeventil wahlweise realisierbar sind, ohne dass der elektrische
und elektronische Aufwand hierfür
steigt. Eine zusätzliche elektronische
Funktionsvorgabeeinheit ist nicht erforderlich. Damit wendet sich
die Erfindung ab von dem bisherigen Lösungsgedanken, eine Steigerung
der Ventilfunktionalität
mittels elektrischer und elektronischer Mittel zu erreichen und
beschreitet in der rein mechanischen Lösung zur Umprogrammierung einen
neuen Weg. Die mechanische Umprogrammierung im Sinne einer Invertierung
der Ventilfunktion ist wegen der ventilnahen mechanischen Stellmittel
für den
Anwender besonders einfach verständlich
und somit auch intuitiv bedienbar. Neben diesem Gebrauchsvorteil
entfällt
bei der erfindungsgemäßen Lösung auch
der logistische Aufwand, welcher durch die Bevorratung von ventilfunktionsbestimmenden Einzelteilen
beim Anwender und beim Hersteller besteht. Ferner sind Pneumatiksysteme,
welche die erfindungsgemäße programmierbaren
Mehrwegeventile enthalten, einfacher zu planen, da das Pneumatiksystem
einfacher graphisch darstellbar ist und Stücklisten weniger umfangreich
ausfallen.
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Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme lassen
sich besonders viele gängige Ventilfunktionen
derart umsetzen, indem genau zwei Ventilglieder im Ventilgehäuse vorgesehen
sind, die in einer gemeinsamen Schieberbohrung koaxial hintereinanderliegend
angeordnet sind, so dass die Programmierung zwischen mindestens
zwei der nachfolgenden Ventilfunktionen realisierbar ist, nämlich „2×3/2 NO+NO"; „2×3/2 NC+NO"; „2×3/2 NO+NC"; 2×3/2 NC+NC"; „4/2"; „5/2"; „3/3 belüftend"; „5/3 entlüftend".
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Beim Erfindungsgegenstand kann das
Ventilglied entweder nach Art eines Linearschiebers oder nach Art
eines Drehschiebers ausgebildet sein. Besonders einfach ist die
erfindungsgemäße mechanische
Umprogrammierung realisierbar, wenn das Ventilglied nach Art eines
Drehschiebers ausgebildet ist, der drehbar innerhalb der korrespondierenden Schieberbohrung
angeordnet ist. Die Umprogrammierung erfolgt hierbei durch eine
Verdrehung des Drehschiebers aus der einen Grundstellung G0 um 180° in
die andere Grundstellung G1.
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Das zur Umprogrammierung erforderliche mechanische
Stellmittel kann als ein stirnseitig mit dem Drehschieber verbundenes,
von außen
her am Ventilgehäuse
zugängliches
drehbares Bedienelement ausgebildet sein. Das Bedienelement kann
entweder manuell, also direkt von Hand, verdrehbar sein oder – bei beengten
Platzverhältnissen – mit Hilfe
eines geeigneten Werkzeuges betätigt
werden, beispielsweise eines Schraubendrehers.
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Im Falle der vorstehend geschilderten
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen programmierbaren
Mehrwegeventils mit zwei Ventilgliedern im Ventilgehäuse und
somit zwei jeweils zugeordneten Bedienelementen kann ein benutzerfreundliches
Bedienfeld dergestalt ausgebildet werden, indem die beiden Bedienelemente
beabstandet voneinander angeordnet sind und dazwischen eine listenartige
Beschriftung über
die verschiedenen wählbaren
Ventilfunktionen angebracht ist, wobei ferner über Zuordnungslinien eine optische
Zuordnung der jeweiligen Stellposition der Bedienelemente zu der
Beschriftung erfolgt.
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Das vorzugsweise in Form eines Drehschieberventils
ausgebildete Mehrwegeventil weist einen Drehschieber auf, der mit
einem außenradialen Zahnradabschnitt
versehen ist. Mit dem Zahnradabschnitt wirkt ein korrespondierender
Zahnstangenabschnitt zusammen, welcher vom Betätigungskolben koaxial ausgeht.
Somit wird die Linearbewegung des Betätigungskolbens umgewandelt
in eine Drehbewegung für
den Drehschieber zum Schalten des Druckmittelflusses. Eine Umprogrammierung des
Drehschieberventils kann nun derart einfach erfolgen, indem die
Relativposition des Drehschiebers zum Zahnstangenabschnitt über eine
Art Ratschmechanismus geändert
wird. Damit ist gemeint, dass zum Ändern der Grundstellung G0 / G1 die im Eingriff stehende
Verzahnung um 180° geändert wird.
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Ist das Mehrwegeventil alternativ
hierzu mit einem Linearschieber als Ventilglied ausgestattet, welcher
axial verschiebbar innerhalb der korrespondierenden Schieberbohrung
angeordnet ist, so erfolgt die Umprogrammierung durch eine Axialverstellung
des Linearschiebers aus der einen Grundstellung G0,
um eine definierte Wegstrecke S in die andere Grundstellung G1. Die mechanische Verstellung kann dadurch
erfolgen, dass ein den Kolben tragender koaxialer Stößel vorgesehen
ist, der in zwei, den beiden Grundstellungen G0 und
G1 entsprechenden Axialposition innerhalb
einer korrespondierenden Längsbohrung
im Linearschiebergrundkörper
fixierbar ist. Diese fixierbare Axialpositionsverstellung kann konstruktiv
derart gelöst
werden, indem der Stößel mit
einem Außengewindeabschnitt
versehen ist, der mit einem korrespondierenden Innengewinde innerhalb
der Längsbohrung
im Linearschiebergrundkörper
verdrehgesichert zusammenwirkt. Vorzugsweise besitzt das Gewinde
eine große
Steigung, damit der Linearschiebergrundkörper schon bei geringer Winkelverstellung
des Stößels den
Wechsel zwischen den beiden Grundstellungen G0 und
G1 vollzieht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen programmierbaren
Mehrwegeventile besteht darin, dass diese geeignet sind, durch Aneinanderreihung mit
oder ohne eine zusätzliche
druckmittelverteilende Grundplatte zu einer kompakten Ventileinheit
zusammengefasst zu werden.
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Weitere die Erfindung verbessernde
Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1a ein
programmierbares 3/2-Wegeventil mit einem Drehschieber als Ventilglied
in der Grundstellung G0,
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1b das
programmierbare 3/2-Wegeventil in der anderen Grundstellung G1,
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2 ein
programmierbares 2×3/2-Wegeventil
mit zwei Drehschiebern als Ventilglieder im Ventilgehäuse,
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3 eine
prinzipielle Darstellung der Gestaltung eines Bedienfeldes für das programmierbare Mehrwegeventil
nach 2,
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4a ein
programmierbares 3/2-Wegeventil mit einem Linearschieber als Ventilglied
in beiden Schaltstellungen in der Grundstellung G0,
und
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4b das
programmierbare 3/2-Wegeventil gemäß 4a in der anderen Grundstellung G1.
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Gemäß 1a besteht ein 3/2-Wegeventil aus einem – hier nur
schematisch angedeuteten Ventilgehäuse 1, das von einer
Schieberbohrung 2 durchzogen ist. Am Ventilgehäuse 1 sind
Anschlüsse P,
A, R angeordnet, die über
jeweils zugeordnete Querkanäle
an definierter Stelle in die Schieberbohrung 2 einmünden. Der
Anschluss P dient der Speisedruckversorgung des Mehrwegeventils,
also der Belüftung
des Anschlusses A als Arbeitsleitungsanschluss. Die Entlüftung des
Anschlusses A erfolgt über
den Anschluss R, der die anfallende Abluft an die Atmosphäre ableitet.
Als Ventilglied zum Schalten des Druckmittelflusses zwischen den
Anschlüssen
P, A, R ist ein als Drehschieber 3 ausgebildetes Ventilglied
vorgesehen. Der Drehschieber 3 ist um seine Längsachse
drehbar und weist außenradial
ein schräggestelltes
Dichtelement 4 auf. Bei Drehung des Drehschiebers 3 um
seine Achse werden die äußeren Anschlüsse P, A,
R unterschiedlich miteinander verbunden. Die gezeigte Schaltstellung
ermöglicht
eine Belüftung
des Anschlusses A, da das Dichtelement 4 hier eine Verbindung
zwischen dem Anschluss P als Speisedruckanschluss zum Anschluss A
als Arbeitsleitungsanschluss herstellt. Der Anschluss R als Entlüftungsanschluss
ist dagegen gesperrt.
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Zur Betätigung des Drehschiebers 3 weist dieser
einen außenradialen
Zahnradabschnitt 5 auf. Hiermit steht ein korrespondierender
Zahnstangenabschnitt 6 formschlüssig in Verbindung, der ortsfest koaxial
von einem Betätigungskolben 7 ausgeht. Über eine
Druckmittelbeaufschlagung der -hier nicht weiter dargestellten – Steuerkammer
des Betätigungskolbens 7 wird
der Betätigungskolben 7 samt Zahnstangenabschnitt 6 linear
drückend
bewegt, wobei die Linearbewegung über den ortfest mit dem Drehschieber 3 verbundenen
Zahnradabschnitt 5 in die Drehbewegung für den Drehschieber
zum Schalten des Druckmittelflusses – wie vorstehend beschrieben – umgewandelt
wird. Die Rückstellung
in die andere Schaltposition erfolgt über eine Rückstellfeder 8. Somit
besitzt das vorgesteuerte 3/2-Wegeventil hier eine NO-Ventilfunktion.
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Zur mechanischen Umprogrammierung
der Ventilfunktion aus der hier gezeigten Grundstellung G0 ist der Drehschieber 3 über ein
stirnseitig hieran angeordnetes Bedienelement 9 in Form
eines Schraubendreherschlitzes verstellbar. Das Bedienelement 9 ist
am Ventilgehäuse 1 von
außen
her zugänglich,
um dessen manuelle Betätigung
zu ermöglichen.
Zum Ändern
der Grundstellung G0 erfolgt durch eine über das
Bedienelement 9 ausgeführte Verdrehung
des Drehschiebers 3 eine Änderung der im Eingriff stehenden
Zähne zwischen
dem Zahnradabschnitt 5 und dem Zahnstangenabschnitt 6.
Der Zahnradabschnitt 5 ist demnach gegenüber dem Zahnstangenabschnitt 6 entriegel-
und verdrehbar.
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Die 1b zeigt
diejenige Position, in die der Drehschieber 3 nach Einnehmen
der anderen Grundstellung G1 gelangt, welche
sich nach einer Verdrehung des Drehschiebers 3 um 180° einstellt.
Hierdurch wird aus dem Mehrwegeventil mit NO-Ventilfunktion ein
Mehrwegeventil mit NC-Ventilfunktion. In der unbetätigten Grundstellung
des Drehschiebers 3 ist nämlich der Anschluss A als Arbeitsleitungsanschluss
mit dem Anschluss R als Entlüftungsanschluss
verbunden, wogegen der Anschluss P als Speisedruckanschluss gesperrt
ist. Dies bewirkt, dass das Mehrwegeventil im betätigten Zustand,
also bei Einnehmen der zweiten Schaltstellung, einen Druckmittelfluss
von Anschluss P als Speisedruckanschluss zum Anschluss A als Arbeitsleitungsanschluss
ermöglicht,
wogegen der Anschluss A als Entlüftungsanschluss
gesperrt ist. Der weitere Aufbau ist analog zur vorstehend beschriebenen 1a.
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Gemäß 2 ist ein 2×3/2 NC-Wegeventil durch eine
Kombination zweier vorstehend beschriebener Ventilglieder umsetzbar.
Zwei Drehschieber 3a und 3b sind innerhalb einer
gemeinsamen Schieberbohrung 2 koaxial ineinanderliegend
angeordnet. Deren hier unabhängige
Betätigung
erfolgt über
die jeweils zugeordneten Betätigungskolben 7a bzw. 7b. Je
nach unabhängiger
oder gemeinsamer Beaufschlagung der beiden Betätigungskolben 7a und 7b und
in Kombination mit der Umprogrammierung beider Ventilglieder im
vorstehend erläuterten
Sinne sind folgende Ventilfunktionen realisierbar:
- – 2×3/2 NO+NO;
- – 2×3/2 NC+NO;
- – 2×3/2 NO+NC;
- – 2×3/2 NC+NC;
- – 4/2;
5/2;
- – 5/3
belüftend;
- – 5/3
entlüftend.
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Dieses programmierbare Mehrwegeventil
ist mit einem einzigen Anschluss P zur gemeinsamen Speisedruckversorgung
ausgestattet. Weiterhin sind Anschlüsse A, B als Arbeitsleitungsanschlüsse vorgesehen.
Schließlich
existieren Anschlüssen
R, S als Entlüftungsanschlüsse, die
je einem der Anschlüsse A,
B zugeordnet sind. In der gezeigten Grundstellung bildet dieses
Mehrwegeventil ein 2×3/2
NC+NC-Wegeventil.
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Bezug nehmend auf 3 ist das vorstehend beschriebene multifunktionale
programmierbare Mehrwegeventil mit einem auf dem Ventilgehäuse angebrachten
Bedienfeld 10 versehen. Die beiden Bedienelemente 9a und 9b sind
beabstandet voneinander angeordnet, derart, dass dazwischen eine
listenartige Beschriftung 11 Platz findet, welche die verschiedenen
wählbaren
Ventilfunktionen beschreibt. Weiterhin führen diverse Zuordnungslinien
15 vom Bedienelement 9a bzw. 9b zur Beschriftung
11, um eine optische Zuordnung der Stellposition der Bendienelemente 9a und 9b zur
Ventilfunktion zu schaffen.
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Gemäß der Ausführungsform nach 4a ist das Ventilglied hier
nach Art eines Linearschiebers 12 ausgebildet. Der Linearschieber 12 ist
axial verschiebbar innerhalb der korrespondierenden Schieberbohrung 2 angeordnet.
Am Ventilgehäuse 1 sind hier
ebenfalls die Anschlüsse
P, A sowie R vorgesehen. Die Funktion des Schieberventils erfolgt
in herkömmlich
bekannter Weise, so dass hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Das Mehrwegeventil ist ein 3/2 NO-Wegeventil.
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Die Umprogrammierung des Mehrwegeventils
erfolgt hier durch eine Axialverstellung des Linearschiebers 12 aus
der gezeigten Grundstellung G0 um eine Wegstrecke
S.
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4b zeigt
die hieraus resultierende andere Grundstellung G1.
In der Grundstellung G1 wird das Mehrwegeventil
zu einem 3/2 NC-Wegeventil. Zur Axialverstellung ist der Linearschieber 12 geteilt
ausgeführt
und besteht aus einem den Betätigungskolben 7 der
Vorsteuerung tragenden koaxialen Stößel 13, welcher mit
einem Außengewindeabschnitt
versehen ist, der mit einem korrespondierenden Innengewinde innerhalb
einer Längsbohrung
im Linearschiebergrundkörper 14 verdrehgesichert
zusammenwirkt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
beschränkt
auf die bei drei vorstehend näher
beschriebenen Ausführungsbeispiele;
es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die im Rahmen
der Erfindung liegen. So können
beispielsweise auch zwei Mehrwegeventile mit Linearschiebern als
Ventilglieder zu einem 5/n-Wegeventil in einem einzigen Ventilgehäuse zusammengefasst
werden. Ferner ist es auch möglich,
die mechanischen Stellmittel zur Umprogrammierung der Ventilfunktion
auf eine andere Weise auszuführen,
beispielsweise durch ein reibschlüssiges Zusammenwirken.
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Schieberbohrung
- 3
- Drehschieber
- 4
- Dichtelement
- 5
- Zahnradabschnitt
- 6
- Zahnstangenabschnitt
- 7
- Betätigungskolben
- 8
- Rückstellfeder
- 9
- Bedienelement
- 10
- Bedienfeld
- 11
- Beschriftung
- 12
- Linearschieber
- 13
- Stößel
- 14
- Linearschiebergrundkörper
- 15
- Zuordnungslinien
- P
- Anschluss
(Speisedruck)
- A
- Anschluss
(Arbeitsleitung)
- B
- Anschluss
(Arbeitsleitung)
- R
- Anschluss
(Entlüftung)
- S
- Anschluss
(Entlüftung)