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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN
ANMELDUNGEN
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STELLUNGNAHME ZU STAATLICH
GEFÖRDERTER FORSCHUNGSARBEIT
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Steuerventile
für Hydrauliksysteme und insbesondere auf ein Doppelventil,
um gleichzeitig einen hohen Durchflusskoeffizienten vom Eintritt zum
Austritt in seinem betätigten Zustand und einen sehr niedrigen
Austrittsdruck in einem Störungszustand zu erreichen.
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Werkzeugmaschinen
verschiedener Arten arbeiten über ein Ventilsystem, das
mit einer hydraulisch gesteuerten Kupplung und/oder Bremsanordnung
zusammenwirkt. Bei den zum Betreiben dieser Werkzeugmaschinen verwendeten
Steuerventilen ist es erforderlich, dass die Bedienperson zwei separate Steuerschalter
im Wesentlichen gleichzeitig aktiviert, um sicherzustellen, dass
die Hände einer Bedienperson oder andere Hindernisse nicht
bei den sich bewegenden Komponenten der Werkzeugmaschine liegen,
wenn ein Betriebszyklus eingeleitet wird. Üblicherweise
erzeugt eine auf die beiden Steuerschalter ansprechende elektronische
Schaltung ein Steuersignal, das an die Aktuatoren angelegt wird,
um den Hauptfluidkreis des Ventils zu schalten und die Zuführung
von Druckluft oder eines anderen Fluids zur Werkzeugmaschine zu
steuern, damit diese ihren Betriebszyklus ausführt.
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Es
sind Doppelventile mit zwei separaten Ventileinheiten, die in einem
Hauptventilkörper parallel arbeiten, entwickelt worden,
um sicherzustellen, dass eine Wiederholung oder eine Überschreitung
eines Betriebszyklus der Werkzeugmaschine nicht durch eine Fehlfunktion
einer einzelnen Ventileinheit verursacht werden kann. Wenn beispielsweise
eine Ventileinheit nicht zum richtigen Zeitpunkt deaktiviert oder
die Ventileinheiten nicht synchron arbeiten, nimmt das Doppelventil
eine Fehlerkonfiguration an, bei der die Hydraulikkraft kontinuierlich
von der Werkzeugmaschine weggeleitet wird. Ein Doppelventil ist beispielsweise
in den zusammen übertragenen
US-Patenten
6,840,258 und
6,840,259 gezeigt,
die durch Bezugnahme hier aufgenommen sind.
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Bei
bekannten Doppelventilen zum Betreiben von Pressen oder anderer
Werkzeugmaschinen ist es wünschenswert, das unter Druck
stehende Fluid rasch aus dem Austritt abzuführen, wenn
das Ventil unbetätigt ist, so dass der Austrittsdruck rasch
auf den Druck fällt, der eine Aktivierung des Bremsmechanismus
ermöglicht. Der Durchflusskoeffizient, Cv, ist
ein Messwert über die Effizienz einer Vorrichtung, Fluidströmung
durchzulassen, und wird anhand einer gemessenen Fluidströmungsrate
und der Druckdifferenz an einer Öffnung berechnet. Der
in einem Doppelventil vom Eintritt zum Austritt gemessene Cv-Wert entspricht üblicherweise
nicht dem vom Austritt zum Auslass gemessenen Cv-Wert.
Ein in Pressmaschinenanwendungen verwendetes Doppelventil hat üblicherweise
einen Cv-Wert vom Austritt zum Auslass,
der höher ist als ein Cv-Wert vom
Eintritt zum Austritt.
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Eine
Fluidströmung durch Verbindungskanäle im Doppelventil
führt dazu, dass die Bewegung einer Ventileinheit die Bewegung
der anderen Ventileinheit beeinflusst. Die Verbindungskanäle
stehen normalerweise sowohl im betätigten als auch im unbetätigten
Zustand des Ventils unter Druck. In einem Störungszustand
des Ventils steht ein Verbindungskanal unter Druck, und der andere
ist zum Austritt und durch den Austritt zur Auslassöffnung
geöffnet. Ein Fließen des Eintrittsdrucks in den
Verbindungskanal, der offen ist, zum Austritt führt dazu,
dass im Störungszustand weiterhin eine bestimmte Druckmenge
im Austritt vorhanden ist. Industriestandards geben an, dass ein
solcher Druck bei weniger als ein Prozent des Drucks der Fluidzufuhr
gehalten werden sollte. Aufgrund der relativ großen Strömungskapazität
des Auslasses erfüllen Doppelventile aus dem Stand der
Technik für Pressmaschinen- und Werkzeugmaschinenanwendungen
das Ziel von weniger als ein Prozent.
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Es
wäre wünschenswert, die Sperrfähigkeit und
die Merkmale der dynamischen Kontrolle von Doppelventilen in anderen
Anwendungen als in Pressen zu verwenden. Bei solchen Anwendungen
wird üblicherweise ein kontinuierlicher und relativ großer Cv-Wert zwischen dem Eintritt und dem Austritt
verwendet, der dadurch erreicht wird, dass die Größe des
Eintritts, des Austritts und der Ventileinheiten erhöht
wird. Die Erhöhung des Cv-Werts
vom Eintritt zum Austritt würde jedoch dazu führen,
dass sich die Strömung in den Austritt in einem Störungszustand erhöht,
was aus den oben genannten Gründen nicht wünschenswert
ist. Diese Erhöhung ist zum Teil auf die Druckbeaufschlagung
der Verbindungskanäle durch jeweilige Durchflussbegrenzer
zurückzuführen, die zwischen den Verbindungskanälen
und dem Eintritt vorgesehen sind. Die Durchflussbegrenzer sind auch
Teil der Hauptströmungswege zwischen dem Eintritt und dem
Austritt. Wenn der Eintritt, der Austritt und die Ventileinheiten
vergrößert werden, um einen höheren Cv-Wert zu erhalten, werden die Durchflussbegrenzerkanäle,
die die Verbindungskanäle speisen, ebenso vergrößert,
so dass es nicht möglich ist, die Strömung von
dem Verbindungskanal in den Austritt in einem Störungszustand
effektiv zu begrenzen oder zu steuern, indem diese verschiedenen
Ventilelemente skaliert werden.
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Das
Beibehalten eines Austrittsdrucks unter ein Prozent des Eintrittsdrucks
könnte dadurch erreicht werden, dass die Auslassöffnung
und die Auslasstellerventile vergrößert werden,
wobei diese Schritte jedoch aufgrund von zusätzlichen Kosten und
einer erhöhten Auslegungsgröße für
das Doppelventil nicht wünschenswert sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine modifizierte Zusammenwirkung zwischen
dem Eintritt und den Verbindungskanälen in einem Doppelventil
bereit, die zu den Vorteilen führt, dass in einem Störungszustand
ein Austrittsdruck unter ein Prozent des Eintrittsdrucks beibehalten
wird, während ein relativ kleiner Auslass bei einer verringerten
physikalischen Gesamtgröße des Ventils beibehalten
wird. Sie führt zu besonderen Vorteilen für die
Verwendung von Doppelventilen bei anderen Anwendungen als in Pressen
und für die Verwendung von Doppelventilen mit einem Verhältnis
zwischen dem Cv-Wert des Auslasses im unbetätigten
Zustand und dem Cv-Wert des Eintritts im
betätigten Zustand, das weniger als etwa 2,5 beträgt.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung weist ein Ventilsystem einen Körper
auf, der einen Eintritt, einen Austritt und einen Auslass definiert.
Eine erste Ventileinheit kann in eine unbetätigte Stellung
bewegt werden, wobei die unbetätigte Stellung beinhaltet,
dass sich das erste Eintrittstellerventil in seiner geschlossenen
Stellung und das erste Auslasstellerventil in seiner offenen Stellung
befindet. Eine zweite Ventileinheit kann in eine unbetätigte
Stellung bewegt werden, wobei die unbetätigte Stellung
beinhaltet, dass das zweite Eintrittstellerventil sich in seiner geschlossenen
Stellung und das zweite Auslasstellerventil in seiner offenen Stellung
befindet. Das Ventilsystem ist in einem Störungszustand,
wenn sich die erste oder die zweite Ventileinheit in einer unbetätigten
Stellung befindet und die jeweils andere erste oder zweite Ventileinheit
sich nicht in einer unbetätigten Stellung befindet.
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Das
Ventilsystem weist ferner einen ersten und einen zweiten Verbindungskanal
und ein erstes und ein zweites Verbindungstellerventil auf. Ein
erster Bypasskanal verbindet den Eintritt mit dem ersten Verbindungskanal,
wobei der erste Bypasskanal einen vorbestimmten Querschnitt hat,
um eine vorbestimmte Strömung bereitzustellen, so dass
dann unter Druck stehendes Fluid, das durch den ersten Bypasskanal
strömt, den Austritt auf einen Druck von nicht mehr als
1% des Drucks der Druckfluidquelle bringt, wenn sich das Ventilsystem
im Störungszustand befindet und sich die zweite Ventileinheit
nicht in der unbetätigten Stellung befindet. Ein zweiter
Bypasskanal verbindet den Eintritt mit dem zweiten Verbindungskanal,
wobei der zweite Bypasskanal einen vorbestimmten Querschnitt hat,
um eine vorbestimmte Strömung bereitzustellen, so dass
dann unter Druck stehendes Fluid, das durch den ersten Bypasskanal
strömt, den Austritt auf einen Druck von nicht mehr als
1% des Drucks der Druckfluidquelle bringt, wenn sich das Ventilsystem
im Störungszustand befindet und sich die erste Ventileinheit
nicht in der unbetätigten Stellung befindet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Doppelventils aus dem Stand der Technik
mit Durchflussbegrenzern zum Speisen der Verbindungskanäle, wobei
sich das Ventil in seinem unbetätigten Zustand befindet.
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2 ist
eine Querschnittansicht des Doppelventils aus dem Stand der Technik
aus 1 in seinem betätigten Zustand.
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3 ist
eine Querschnittansicht des Doppelventils aus dem Stand der Technik
aus 1 in einem Störungszustand.
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4 ist
eine schematische Darstellung, die die Fluidströmungswege
durch das Doppelventil aus dem Stand der Technik zeigt.
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5 ist
ein Graph, der den Druck in den Verbindungskanälen und
den Zeitsteuerungskammern im Betrieb eines Doppelventils aus dem
Stand der Technik zeigt.
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6A ist
eine Seitenansicht im Querschnitt des Durchflussbegrenzers aus dem
Stand der Technik.
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6B ist
eine Draufsicht des Durchflussbegrenzers aus 6A.
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7 ist
eine Seitenansicht im Querschnitt eines Doppelventils gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung.
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8 ist
eine Seitenansicht im Querschnitt eines Tellerventils und eines
Bypasskanals gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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9 ist
eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Doppelventils mit zwei Stellungen, bei dem in einem unbetätigten
Zustand ein Federrückzug verwendet wird.
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10 ist
eine Querschnittansicht des Doppelventils aus 9 in
einem Störungszustand.
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11 ist
eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Doppelventils mit drei Stellungen in einem Störungszustand.
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12 ist
eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen
Doppelventils mit drei Stellungen mit modifizierten Rückstellkolben,
wobei sich das Ventil in einem Störungszustand befindet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug nun auf 1 weist ein Steuerventilsystem,
das im Stand der Technik bekannt und in Form eines Doppelventils 10 gezeigt
ist, einen Körper 11 mit einer Eintrittsöffnung 12,
die zu einer Eintrittskammer 13 führt, einer Austrittsöffnung 14,
die zu einer Austrittskammer 15 führt, und einer
Auslassöffnung 16, die zu einer Auslasskammer 17 führt, auf.
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Die
Kammern 13, 15 und 17 sind durch verschiedene
Kanäle verbunden, um Bohrungen für die Aufnahme
einer ersten Ventileinheit 18 und einer zweiten Ventileinheit 20 zu
bilden. Ein erster Verbindungskanal 21 wird mit Fluid unter
Druck gesetzt, das von einer (nicht gezeigten) externen Quelle zum
Eintritt 12 und dann über einen ersten Durchflussbegrenzer 32,
der durch einen in einer Öffnung 23 aufnehmbaren
Absatz 22 der ersten Ventileinheit 18 gebildet ist,
durch die Eintrittskammer 13 gespeist wird. Ein zweiter
Verbindungskanal 25 wird mit Fluid unter Druck gesetzt,
das von einer externen Quelle zum Eintritt 12 und dann über
einen zweiten Durchflussbegrenzer 33, der durch einen in
einer Öffnung 27 aufnehmbaren Absatz 26 der
zweiten Ventileinheit 20 gebildet ist, durch die Eintrittskammer 13 gespeist wird.
Die erste Ventileinheit 18 weist auch ein Eintrittstellerventil 30 am
Austrittsende des Verbindungskanals 25 auf. Die zweite
Ventileinheit 20 weist ein Eintrittstellerventil 31 am
Austrittsende des Verbindungskanals 21 auf. Die Ventileinheiten 18 und 20 sind
in ihrer unbetätigten Stellung gezeigt, wobei ihre Absätze 22 und 26 in
mechanischem Kontakt mit den Öffnungen 23 bzw. 27 sind,
so dass unter Druck stehendes Fluid im Vergleich zu den betätigten
Stellungen mit einer verringerten Rate von der Eintrittskammer 13 in
die Verbindungskanäle 21 bzw. 25 strömt. Der
Druck in den Verbindungskanälen 21 und 25 hilft dabei,
die Eintrittstellerventile 30 und 31 in der unbetätigten
Stellung zu halten.
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2 zeigt
das Doppelventil mit den Ventileinheiten 18 und 20 in
ihren betätigten Stellungen. Die Ventileinheiten 18 und 20 werden
in 2 durch Druck, der von Aktuatoren 6 und 7,
die vorzugsweise Ansteuerventile umfassen, zugeführt wird,
nach unten gedrückt. Der Aktuatordruck wird von Zeitsteuerungskammern 8 bzw. 9 erhalten.
Wenn sich die Ventileinheiten 18 und 20 in ihren
betätigten Stellungen befinden, strömt Fluid vom
Eintritt 12 durch die Eintrittskammer 13, die
Durchflussbegrenzer 32 und 33, die Verbindungskanäle 21 und 25 und
die Eintrittstellerventile 30 und 31 zur Austrittskammer 15.
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3 zeigt
das Doppelventil 10 in einem Störungszustand,
in dem sich die erste Ventileinheit 18 in einer betätigten
Stellung und die zweite Ventileinheit 20 in einer unbetätigten
Stellung befindet. Der erste Verbindungskanal 21 ist über
den Durchflussbegrenzer 32 zur Eintrittskammer 13 offen,
und der resultierende Druck hält das zweite Eintrittstellerventil 31 in
seinem Sitz, das wiederum die zweite Ventileinheit 20 in
ihrer unbetätigten Stellung hält. Der zweite Verbindungskanal 25 ist über
das erste Eintrittstellerventil 30 zur Austrittskammer 15 und über
das offene Auslasstellerventil 19B zur Auslasskammer 17 offen.
Der Druck im Kanal 25 wird abgeführt, was zu einem
Druckverlust zur Rückstellkammer 24B und zur Zeitsteuerungskammer 9 führt,
der gewöhnlich vom Aktuator 7 zur Betätigung
der zweiten Ventileinheit 20 verwendet wird, wodurch das Ventil 10 im
Störungszustand gehalten wird, bis es zwangszurückgestellt
wird. Es ist zu verstehen, dass das Doppelventil 10 auch
in einem Störungszustand ist, wenn sich die erste Ventileinheit 18 in
einer unbetätigten Stellung und die zweite Ventileinheit 20 in
einer betätigten Stellung befindet, wobei in diesem Fall eine
Strömungsanalyse, die der obigen ähnlich ist, gilt.
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Mit
Bezug auf 4 sind schematisch Fluidströmungswege
des Ventils zwischen dem Eintritt 12 und dem Austritt 14 für
einen betätigten Zustand gezeigt. Im betätigten
Zustand fließt der Strom durch beide Seiten des Doppelventils 10.
Die Fluidströmung in den Eintritt 12 fließt
durch die Eintrittskammer 13 und die Durchflussbegrenzer 32 und 33 in den
ersten Verbindungskanal 21 bzw. den zweiten Verbindungskanal 25.
Die Fluidströmung fließt durch das Eintrittstellerventil 30 und
das Eintrittstellerventil 31 aus den Verbindungskanälen 21 und 25 in
die Austrittskammer 15 und durch den Austritt 14 zur
gesteuerten Vorrichtung oder Schaltung. Die Verbindungskanäle 21 und 25 stehen
in einem ungestörten Ventilbetrieb unter Druck. Unter Druck
stehendes Fluid strömt vom Eintritt 12 durch die
Eintrittskammer 13 und dann weiter zur Zeitsteuerungskammer 8 und zur
Rückstellkammer 24A. Unter Druck stehendes Fluid
strömt auch vom Eintritt 12 durch die Eintrittskammer 13 und
dann weiter zur Zeitsteuerungskammer 9 und zur Rückstellkammer 24B.
Somit behält die Zeitsteuerungskammer 8 eine Quelle
für Druckfluid für den Aktuator 6 bei,
der die Betätigung der ersten Ventileinheit 18 steuert,
und für die Rückstellkammer 24A, die
eine Rückstellkraft gegen die zweite Ventileinheit 20 bereitstellt.
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Wenn
das Ventil 10 in einen Störungszustand übergeht,
wird ein Verbindungskanal 21 oder 25 unter Druck
gesetzt, und der Druck des anderen Verbindungskanals 21 oder 25 wird
verringert. Somit haben eine Zeitsteuerungskammer 8 oder 9 und
eine Rückstellkammer 24B oder 24A nicht
den Druck, der zur Betätigung erforderlich ist, und halten
somit das Ventil 10 im Störungszustand, bis ein
Rückstellvorgang in Reaktion auf ein Aufbringen einer Rückstellkraft
von außen auf die Ventileinheiten 18 und 20 erfolgt.
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Um
die Druckbeaufschlagung der Verbindungskanäle 21 und 25 und
der Zeitsteuerungskammern 8 und 9 weiter zu veranschaulichen,
zeigt 5 ein Diagramm des Drucks an den Zeitsteuerungskammern 8 und 9 und
den Verbindungskanälen 21 und 25 während
Zyklen des Ventils 10. Eine Kurve 34 zeigt den
Druck im Verbindungskanal 21 zwischen vollem Druck und
einem Druck von etwa null. Ebenso entspricht eine Kurve 35 der
Zeitsteuerungskammer 8, eine Kurve 36 dem Verbindungskanal 25 und
eine Kurve 37 der Zeitsteuerungskammer 9. Die
Verbindungskanäle 21 und 25 und die Zeitsteuerungskammern 8 und 9 sind
zunächst bei vollem Eintrittsdruck. Eine Betätigung
des Ventils 10 beginnt zum Zeitpunkt t1.
Der Druck in den Verbindungskanälen 21 und 25 sinkt
rasch, wenn die Ventileinheiten 18 und 20 beginnen
sich zu bewegen, da die Auslasstellerventile 19A und 19B noch
nicht geschlossen sind und ein Weg von den Verbindungskanälen 21 und 25 zum Auslass 16 besteht,
wenn die Eintrittstellerventile 30 und 31 beginnen
sich zu öffnen. Da die Zeitsteuerungskammern 8 und 9 über
entsprechende Durchflussbegrenzer 32 und 33 mit
den Verbindungskanälen 21 und 25 verbunden
sind, fällt der Druck in den Zeitsteuerungskammern 8 und 9 langsamer
ab, wobei der Druckabfall zum Zeitpunkt t1 beginnt.
Wenn sich die Ventilelemente 18 und 20 weiter
bewegen, schließen sich schließlich die Auslasstellerventile 19A und 19B,
und der Druck in den Verbindungskanälen 21 und 25 kehrt
rasch auf den vollen Druck zurück. Der Druck in den Zeitsteuerungskammern 8 und 9 kehrt
ebenso, jedoch langsamer, auf den vollen Druck zurück.
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Die
Deaktivierung des Doppelventils 10 beginnt zum Zeitpunkt
t2. Die Druckpegel, die in den Kurven 34 und 36 für
die Verbindungskanäle 21 und 25 gezeigt
sind, fallen rasch auf etwa null, da sich die Eintritts- und Auslasstellerventile 30, 31, 19A und 19B der
sich zurückstellenden Ventileinheiten 18 und 20 im
Wesentlichen gleichzeitig öffnen. Sobald die Eintrittstellerventile 30 und 31 sich
bei Punkt 39 schließen, werden die Verbindungskanäle 21 und 25 erneut
unter Druck gesetzt, wobei die erneute Druckbeaufschlagung langsamer
als nach einem Aktivierungsvorgang erfolgt, da die Verbindungskanäle 21 und 25 nun über
die Durchflussbegrenzer 32 und 33 erneut unter
Druck gesetzt werden. Während die Verbindungskanäle 21 und 25 erneut
unter Druck gesetzt werden, kehrt der Druck in den Zeitsteuerungskammern 8 und 9 erneut
zum vollen Druck zurück.
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Es
ist ein beispielhafter Störungsfall mit der Ventileinheit 18 gezeigt,
der zum Zeitpunkt t3 auftritt. Das Ventilelement 18 bewegt
sich nicht, und der Druck im Verbindungskanal 25 und in
der Zeitsteuerungskammer 9, die von dem Verbindungskanal 25 gespeist
wird, bleibt bei ihrem vollem Druck. Der Druck im Verbindungskanal 21 und
der Druck in der Zeitsteuerungskammer 8 fallen beide auf
etwa null, da die Ventileinheit 20 in einer betätigten
Stellung gefangen wird.
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Wie
anhand von 5 gezeigt, müssen die Durchflussbegrenzer 32 und 33 zur
Druckbeaufschlagung der Verbindungskanäle 21 und 25 in
den verschiedenen Zyklen des Ventils 10 die Verbindungskanäle 21 und 25 schnell
genug unter Druck setzen, um sicherzustellen, dass der Druck der
Zeitsteuerungskammer nicht zu stark sinkt, jedoch so langsam, dass
Fluid, das in einem Störungszustand durch eine Zeitsteuerungskammer
in den Austritt 14 ausströmt, 1% des Eintrittsdrucks
nicht überschreitet.
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Die 6A und 6B zeigen
in einer ausführlicheren Weise einen Durchflussbegrenzer
aus dem Stand der Technik, wobei eine spulenartige Ventileinheit 18 einen
Absatz 22 aufweist, um selektiv eine Öffnung 23 im
Ventilkörper 11 zu blockieren. Wenn der Absatz 22 vollständig
in der Öffnung 23 aufgenommen ist, stellt ein
Spalt 38 die verringerte Strömung bereit, die
verwendet wird, um einen entsprechenden Verbindungskanal 21 unter
Druck zu setzen, während sich die entsprechende Ventileinheit 18 in
ihrer unbetätigten Stellung befindet. Wenn die Öffnung 23 nicht
von dem Absatz 22 blockiert ist und sich das Doppelventil
in einem betätigten Zustand befindet, stützt die Öffnung 23 etwa
die Hälfte der vollständigen Fluidströmung
durch das Ventil zum Austritt 14. Wenn eine höhere
Strömungskapazität für das Ventil erforderlich
ist, ist die Öffnung 23 notwendigerweise größer.
Der Außenumfang des Absatzes 22 nimmt mit größer
werdender Öffnung 23 ebenfalls zu. Die Querschnittsfläche
des Spalts 38 bestimmt die Gesamtströmung in den
Verbindungskanal 21 in der unbetätigten Stellung.
Für eine größere Öffnung ist
es dann erforderlich, einen sehr dünnen Spalt 38 beizubehalten,
um die gewünschte Fläche für den Spalt 38 zu
erhalten, was bei normalen Herstellungstoleranzen nicht einfach
zu erreichen ist und zu einer erschwerten Bewegung der Ventileinheit 18 führen
kann. Somit wurden Doppelventile aus dem Stand der Technik bei bestimmten
Anwendungen mit hohem Durchsatz, wie oben beschrieben, nicht verwendet.
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7 zeigt
einen erfindungsgemäßen Aufbau, wobei die Ventileinheit 18 in
mechanischem Kontakt mit einem Verbindungstellerventil 40 ist.
Eine Dichtung 41 liegt an einer Dichtfläche 42 des
Ventilkörpers 11' an, um eine Öffnung 43 abzudichten, wenn
sich die Ventileinheit 18 in ihrer unbetätigten Stellung
befindet. Um Druckfluid zum Verbindungskanal 21 zu speisen,
ist ein Bypasskanal 44 durch den Ventilkörper 11' gebildet,
um die Eintrittskammer 13 mit dem Verbindungskanal 21 zu
verbinden. Der Bypasskanal 44 kann für eine korrekte
Druckbeaufschlagung des Verbindungskanals 21 innerhalb
der zeitlichen Anforderungen und ohne Einleiten von überschüssigem
Fluid, das den Austritt 14 in einem Störungszustand übermäßig
unter Druck setzen würde, mit jeglichem gewünschten
Querschnitt (z. B. einem Strömungsprofil wie etwa einem
kreisförmigen Durchmesser oder einer anderen Querschnittsfläche)
hergestellt werden. Jedes Mal, wenn die Eintrittskammer 13 unter
Druck gesetzt wird und der Verbindungskanal 21 einen niedrigeren
Druck hat, strömt Druckfluid durch den Bypasskanal 44 in
den Verbindungskanal 21, unabhängig davon, ob
sich das Ventil 10' in einem betätigten, einem
unbetätigten oder einem Störungszustand befindet.
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Weiterhin
mit Bezug auf 7 befindet sich die Ventileinheit 20 in
mechanischem Kontakt mit dem Verbindungstellerventil 153.
Eine Dichtung 154 liegt an einer Dichtfläche 150 an,
um die Öffnung 151 abzudichten, wenn sich die
Ventileinheit 20 in ihrer unbetätigten Stellung
befindet. Um Druckfluid zum Verbindungskanal 25 zu speisen,
ist ein Bypasskanal 152 durch den Ventilkörper 11' ausgebildet,
um die Eintrittskammer 14 mit dem Verbindungskanal 25 zu verbinden.
Der Bypasskanal 152 kann für eine korrekte Druckbeaufschlagung
des Verbindungskanals 25 innerhalb der zeitlichen Anforderungen
und ohne Einleiten von überschüssigem Fluid, das
den Austritt 14 in einem Störungszustand übermäßig
unter Druck setzen würde, mit jeglichem gewünschten
Querschnitt hergestellt werden. Jedes Mal, wenn die Eintrittskammer 13 unter
Druck gesetzt wird und der Verbindungskanal 25 einen geringeren
Druck hat, strömt Druckfluid durch den Bypasskanal 152 in
den Verbindungskanal 25, unabhängig davon, ob
sich das Ventil 10' in einem betätigten, einem
unbetätigten oder einem Störungszustand befindet.
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Der
Betrieb des erfindungsgemäßen Doppelventils 10' ist
der Folgende. Während einer Betätigung verlagert
sich die Ventileinheit 18 so, dass Fluid an einem offenen
Verbindungstellerventil 40 vorbei in den Verbindungskanal 21 strömt.
Wenn das Doppelventil 10' korrekt arbeitet, strömt
dann Fluid von der Eintrittskammer 13 zum Verbindungskanal 21 und dann
zur Austrittskammer 15, und es fließt auch Fluid zur
Zeitsteuerungskammer 8 und zur Rückstellkammer 24A.
Bei einer Deaktivierung bewegt sich die Ventileinheit 18 so,
dass sich das Verbindungstellerventil 40 schließt.
Fluid strömt dann von der Eintrittskammer 13 über
den Bypasskanal 44 in den Verbindungskanal 21.
Das Fluid strömt weiter zur Zeitsteuerungskammer 8 und
zur Rückstellkammer 24A, bis sie vollständig
unter Druck gesetzt sind.
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Bei
einer Aktivierung bewegt sich die Ventileinheit 20 ebenfalls
so, dass Fluid an einem offenen Verbindungstellerventil 153 vorbei
in den Verbindungskanal 25 strömt. Wenn das Doppelventil 10' korrekt
arbeitet, strömt dann Fluid von der Eintrittskammer 13 zum
Verbindungskanal 25 und dann zur Austrittskammer 15,
und es strömt auch Fluid zur Zeitsteuerungskammer 9 und
zur Rückstellkammer 246. Während einer
Deaktivierung bewegt sich die Ventileinheit 20 so, dass
sich das Verbindungstellerventil 153 schließt.
Fluid strömt dann von der Eintrittskammer 13 über
den Bypasskanal 152 in den Verbindungskanal 25.
Das Fluid strömt weiter zur Zeitsteuerungskammer 9 und
zur Rückstellkammer 24B, bis sie vollständig
unter Druck gesetzt sind.
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Wenn
das Ventil 10' in einen Störungszustand übergeht,
während sich die Ventileinheit 18 in ihrer betätigten
Stellung befindet, strömt dann Fluid von der Eintrittskammer 13 am
Verbindungstellerventil 40 vorbei in den Verbindungskanal 21,
so dass die Ventileinheit 20 1) von dem Fluid im Verbindungskanal 21,
das auf das Eintrittstellerventil 31 einwirkt, und 2) durch
die Druckbeaufschlagung der Rückstellkammer 246 in
einer unbetätigten Stellung gehalten wird.
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Wenn
das Ventil 10' in einen Störungszustand übergeht,
während sich die Ventileinheit 20 in ihrer betätigten
Stellung befindet, strömt dann Fluid von der Eintrittskammer 13 am
Verbindungstellerventil 153 vorbei in den Verbindungskanal 25,
so dass die Ventileinheit 18 1) von dem Fluid im Verbindungskanal 21,
das auf das Eintrittstellerventil 30 einwirkt, und 2) durch
die Druckbeaufschlagung der Rückstellkammer 24A in
einer unbetätigten Stellung gehalten wird.
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Wenn
das Ventil 10' in einen Störungszustand übergeht,
wenn sich die Ventileinheit 18 in ihrer unbetätigten
Stellung befindet, wird das Fluid dann am Verbindungstellerventil 40 blockiert.
Es fließt jedoch weiterhin Fluid durch den Bypasskanal 44 in den
Verbindungskanal 21. Dieses Fluid tritt über das Eintrittstellerventil 31 und
das Auslasstellerventil 19B aus dem Verbindungskanal 21 zur
Atmosphäre aus. Aufgrund des Ausströmens zur Atmosphäre
fällt der Druck in der Zeitsteuerungskammer 8,
so dass der Aktuator 6 die Ventileinheit 18 nicht
aus ihrer unbetätigten Stellung bewegen kann. Da das Verbindungstellerventil 40 geschlossen
ist, ist die Hauptquelle für Fluid, das in die Austrittskammer 15 strömt,
der Bypasskanal 44, und die Druckbeaufschlagung des Austritts 14 wird
unter 1% des Drucks in der Eintrittskammer 13 gehalten.
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Wenn
das Ventil 10' in einen Störungszustand übergeht,
während sich die Ventileinheit 20 in ihrer unbetätigten
Stellung befindet, ist das Fluid dann am Verbindungstellerventil 153 blockiert.
Fluid fließt weiter durch den Bypasskanal 152 in
den Verbindungskanal 25. Dieses Fluid tritt über
das Eintrittstellerventil 30 und das Auslasstellerventil 19A aus dem
Verbindungskanal 25 zur Atmosphäre aus. Aufgrund
des Ausströmens zur Atmosphäre fällt
der Druck in der Zeitsteuerungskammer 9, so dass der Aktuator 7 die
Ventileinheit 20 nicht aus ihrer unbetätigten
Stellung bewegen kann. Da das Verbindungstellerventil 153 geschlossen
ist, ist die Hauptquelle für das Fluid, das in die Austrittskammer 15 strömt, der
Bypasskanal 152, und die Druckbeaufschlagung des Austritts 14 wird
unter 1% des Drucks in der Eintrittskammer 13 gehalten.
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8 zeigt
eine alternative Ausführungsform für das Verbindungstellerventil 40, 153 und
den Bypasskanal 44, 152, wobei ein Bypasskanal 45 in einem
Verbindungstellerventil 46 vorgesehen ist. In Abhängigkeit
davon, ob ein Abstandshalter 47 vorhanden ist, der fest
oder gleitend an einer Welle 48 befestigt sein kann, kann
ein Kanal 49 im Abstandshalter 47 verwendet werden,
um den Bypass zwischen der Eintrittskammer 13 und dem Verbindungskanal 21, 25 zu
vervollständigen. Jedes Mal, wenn die Eintrittskammer 13 unter
Druck gesetzt wird und der Verbindungskanal 21, 25 einen
geringeren Druck hat, strömt unter Druck stehendes Fluid
durch den Bypasskanal 45 (und den Kanal 49, wenn
er verwendet wird) in den Verbindungskanal 21, 25,
unabhängig davon, ob sich das Ventil in einem betätigten,
einem unbetätigten oder einem Störungszustand
befindet.
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Der
gesamte Betrieb des Ventils unter Anwendung der Ausführungsform
aus 8 ist dem Betrieb ähnlich, der in Verbindung
mit der in 7 veranschaulichten Ausführungsform
beschrieben ist. Bei einer Betätigung bewegt sich die Ventileinheit 18 so,
dass Fluid von dem Eintritt 12 in die Eintrittskammer 13 und
an dem offenen Verbindungstellerventil 46 vorbei in den
Verbindungskanal 21 strömt. Es strömt
auch Fluid vom Eintritt 12 in die Eintrittskammer 13 zur
Zeitsteuerungskammer 8 und zur Rückstellkammer 24A.
Wenn das Doppelventil 10' korrekt betätigt wird,
strömt Fluid dann von dem Verbindungskanal 21 zur
Austrittskammer 15. Bei einer Deaktivierung bewegt sich
die Ventileinheit 18 so, dass sich das Verbindungstellerventil 46 schließt. Fluid
strömt dann von dem Eintritt 12 in die Eintrittskammer 13 und über
die Bypasskanäle 45 und 49, falls vorhanden,
in den Verbindungskanal 21. Es strömt auch Fluid
vom Eintritt 12 in die Eintrittskammer 13 bis
zur Zeitsteuerungskammer 8 und zur Rückstellkammer 24A,
bis sie vollständig unter Druck gesetzt sind. Eine ähnliche
Fluidströmungsbeschreibung während einer Aktivierung
gilt für die Ventileinheit 20.
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Wenn
das Ventil 10' in einen Störungszustand übergeht,
während sich die Ventileinheit 18 in ihrer betätigten
Stellung befindet, strömt dann Fluid von der Eintrittskammer 13 am
Verbindungstellerventil 46 vorbei in den Verbindungskanal 21,
so dass die Ventileinheit 20 1) von dem Fluid im Verbindungskanal 21,
das auf das Eintrittstellerventil 31 einwirkt, und 2) durch
die Druckbeaufschlagung der Rückstellkammer 24A in
einer unbetätigten Stellung gehalten wird. Eine ähnliche Strömungsbeschreibung
gilt auch, wenn das Ventil 10' in den Störungszustand übergeht,
während sich die Ventileinheit 20 in ihrer betätigten
Stellung befindet.
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Geht
das Ventil 10' in einen Störungszustand über,
wenn sich die Ventileinheit 18 in ihrer unbetätigten
Stellung befindet, ist das Fluid am Verbindungstellerventil 46 blockiert.
Es fließt jedoch weiterhin Fluid durch die Bypasskanäle 45 und 49 in
den Verbindungskanal 21. Dieses Fluid tritt über
das Eintrittstellerventil 31 und das Auslasstellerventil 19A aus dem
Verbindungskanal 21 zur Atmosphäre aus. Aufgrund
des Ausströmens zur Atmosphäre sinkt der Druck
in der Zeitsteuerungskammer 8, so dass der Aktuator 6 die
Ventileinheit 18 nicht aus ihrer unbetätigten
Stellung bewegen kann. Da das Verbindungstellerventil 46 geschlossen
ist, ist die Hauptquelle für das Fluid, das in die Austrittskammer 15 strömt, durch
die Bypasskanäle 45 und 49 gebildet,
und die Druckbeaufschlagung des Austritts 14 wird unter
1% des Drucks in der Eintrittskammer 13 gehalten. Eine ähnliche
Strömungsbeschreibung gilt, wenn das Ventil 10' in
den Störungszustand übergeht, wenn sich die Ventileinheit 20 in
ihrer betätigten Stellung befindet.
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9 zeigt
eine alternative Ausführungsform eines Doppelventils 100,
wobei ein Federrückzug verwendet wird, der bei vielen anderen
Anwendungen als Pressmaschinenanwendungen nützlich sein
kann. Das Doppelventil 100 weist eine erste und eine zweite
Ventileinheit 50 und 51 mit Eintrittstellerventilen 52 bzw. 53 auf.
Ein erster und ein zweiter Verbindungskanal 54 und 55 werden über
Bypasskanäle 56 und 57 durch den Hauptventilkörper
gespeist. Die Verbindungstellerventile 58 und 59 sind
geschlossen, wenn sich die Ventileinheiten in ihren unbetätigten
Stellungen befinden. Es sind Federn 60 und 61 in
Eingriff mit den Ventileinheiten 50 und 51 vorgesehen,
um diese in ihre unbetätigte Stellung zu drücken.
Wenn sich das Ventil 100 im betätigten Zustand
befindet, wenn die Aktuatoren 105, 106 in den unbetätigten
Zustand übergehen, bewegen sich die Ventileinheiten 50 und 51 unter
der Federkraft in ihre unbetätigte Stellung. Wie bei den
vorhergehenden Ausführungsformen strömt jedes
Mal, wenn der Eintrittsdruck höher ist als der Verbindungskanaldruck, Druckfluid
durch die Bypasskanäle 56 und 57, unabhängig
davon, ob sich das Ventil 100 in einem betätigten,
einem unbetätigten oder einem Störungszustand
befindet. Andernfalls strömt Fluid in einer ähnlichen
Weise, wie oben anhand der 7 und 8 beschrieben,
im Ventil 100.
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10 zeigt
das Ventil 100 aus 9, wobei eine
Fehlfunktion während der Ventilbetätigung auftritt,
so dass sich ein Störungszustand ergibt. Die Ventileinheit 51 befindet
sich in einer betätigten Stellung, und die Ventileinheit 50 befindet
sich in einer unbetätigten Stellung, so dass der Druck
im Verbindungskanal 54 fällt und der Druck in
einer (nicht gezeigten) entsprechenden Zeitsteuerungskammer weiter
fällt. Wenn der Druck der Zeitsteuerungskammer auf etwa
50% des Eintrittsdrucks fällt, bleibt die Ventileinheit 50 in
der unbetätigten Stellung, da der entsprechende Aktuator 105 nicht
mehr ausreichend Druck hat, um eine Betätigung zu bewirken.
Wenn beide Aktuatoren 105 und 106 unbetätigt
sind, bewegen die beiden Federn 60 und 61 die
internen Ventileinheiten 50 und 51 in ihre unbetätigte
Stellung, und das Ventil 100 kann automatisch einen weiteren
Zyklus beginnen, da die Verbindungskanäle 54 und 55 über
die Bypasskanäle 56 und 57 erneut unter
Druck gesetzt werden.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei der ein Doppelventil 101 mit
drei Stellungen verwendet wird, wobei Rückstellfedern 65 und 66 so ausgeführt
sind, dass sie die Ventileinheiten 69A und 69B lediglich
in eine Zwischenstellung zwischen der betätigten und der
unbetätigten Stellung zurückstellen. 11 zeigt
ein Doppelventil 101 in einem Störungszustand.
Wenn im Störungszustand der gesamte Druck vom Doppelventil 101 genommen
wird, bleibt es im Störungszustand aufgrund einer Ventileinheit 69A oder 69B,
die sich bereits in der Zwischenstellung befindet oder von der betätigten
Stellung zur Zwischenstellung übergeht. Um das Doppelventil 101 zurückzustellen,
sind die Kolben 67 und 68 so vorgesehen, dass
sie zu den Ventileinheiten 69A und 69B ausgerichtet
sind, wobei sie selektiv über Druck von einer Rückstellansteuervorrichtung 70 gesteuert
werden, der über einen Kopplungsblock 71 zu den
Kolben 67 und 68 gespeist wird. Insbesondere wenn
das Doppelventil 101 einen Störungszustand angenommen
hat und es in einen unbetätigten Zustand zurückgestellt
werden soll, wird die Rückstellansteuervorrichtung 70 betätigt,
so dass unter Druck stehendes Fluid gegen die Kolben 67 und 68 zugeführt
wird, wodurch sie gegen die Ventileinheiten 69A und 69B nach
oben gedrückt werden, so dass sie in ihre unbetätigte
Stellung zurückgestellt werden.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform mit einem zusätzlichen
Schutzmerkmal, bei der ein Doppelventil 75 auch nach dem
Aufbringen eines Rückstelldrucks in einem Störungszustand
bleibt, bis der Rückstelldruck vor dem nachfolgenden Betreiben des
Ventils 75 abgeschaltet ist. Das in einem Störungszustand
gezeigte Doppelventil 75 hat einen ersten Rückstellkolben 76 und
einen zweiten Rückstellkolben 77. Der Rückstellkolben 76 hat
eine Oberfläche 78 zum Aufnehmen des Rückstelldrucks
von einer Quelle, wie etwa einer Rückstellansteuervorrichtung 85, über
einen Kopplungsblock 79. Der Kolben 77 hat eine
Fläche 80, die auch den Rückstelldruck von
der Quelle 85 über einen Kopplungsblock 79 aufnimmt.
Die Fläche 78 hat einen Inhalt, der im Vergleich
zu einer Fläche des Betätigungskolbens 81 groß ist,
so dass sich die erste Ventileinheit 82 bei einer Rückstellung
in den unbetätigten Zustand bewegt, auch wenn der Druck
auf den Betätigungskolben 81 aufgebracht wird.
Der Flächeninhalt 80 des zweiten Rückstellkolbens 77 ist
im Vergleich zum Inhalt eines Betätigungskolbens 83 der
zweiten Ventileinheit 84 klein. Somit erzeugt bei einem
Rückstellvorgang, wenn die Aktuatoren 86 und 87 eingeschaltet
sind und Druck gegen den Betätigungskolben 83 aufgebracht
wird, der Rückstellkolben 80 eine Kraft, die nicht
ausreicht, um die Ventileinheit 84 in ihre unbetätigte
Stellung zu bewegen, wobei sie stattdessen in die betätigte
Stellung bewegt wird. Somit arbeitet das Ventil 75 nicht
mit Rückstelldruck der eingeschalteten Quelle 85.
Jedes Mal, wenn das Ventil 75 einen Rückstelldruck
aufnimmt und die Aktuatoren 86 und 87 auch mit
Energie versorgt werden, geht es in den Störungszustand über.
Wenn sich das Ventil 75 außerdem in seiner unbetätigten
Stellung befindet mit einer Quelle von Druckfluid, das zum Eintritt 88 geleitet
wird, führt das Ausschalten der Quelle und dann das erneute
Einschalten dazu, dass das Ventil 75 in der unbetätigten
Stellung bleibt. Wenn sich das Ventil 75 im Störungszustand
befindet, führt dann das Ausschalten der Quelle und dann
das erneute Einschalten dazu, dass das Ventil 75 im Störungszustand bleibt.
Somit kann das Ventil 75 nicht durch Ein- und Ausschalten
der Quelle für Druckfluid zum Eintritt 88 zurückgestellt
werden. Da das Ventil 75 auch nicht mit Druck von der eingeschalteten
Quelle 85 arbeiten kann, muss der Benutzer jede Fehlfunktion
der Ventileinheit 75 korrigieren, bevor der normale Betrieb weiter
fortgesetzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Ein
Doppelventil mit einer Eintrittsöffnung (13),
einer Austrittsöffnung (15) und einer Auslassöffnung
(17) hält in einem Störungszustand einen
Austrittsdruck unter ein Prozent des Eintrittsdrucks, während
ein relativ kleiner Auslass bei einer verringerten Gesamtgröße
des Ventils beibehalten wird. Verbindungskanäle (2', 25)
nehmen den Eintrittsdruck über Hauptverbindungstellerventile
(40, 153) auf, wenn sich die entsprechenden Ventileinheiten
(18, 20) nicht in einer unbetätigten
Stellung befinden. Wenn sich die Ventileinheiten in einer unbetätigten
Stellung befinden, nehmen die Verbindungskanäle dann den Eintrittsdruck über
entsprechende Bypasskanäle (44, 152)
auf, deren Strömungsrate unabhängig von der Größe
der Verbindungstellerventile gesteuert werden kann. Die Verwendung
von Bypasskanälen führt zu besonderen Vorteilen
für Doppelventile bei anderen Anwendungen als in Pressen,
bei denen ein Verhältnis zwischen dem Durchflusskoeffizienten
des Auslasses und dem Durchflusskoeffizienten des Eintritts weniger
als etwa 2,5 beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6840258 [0003]
- - US 6840259 [0003]