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Mehrwegehahn Die Erfindung betrifft einen Mehrwegehahn mit vier Anschlüssen
und einem Küken, das zwei Paare einander gegenüberstehender und sich radial nach
außen erstreckender Flügel aufweist, welche zwei Paare einander gegenüberstehender
Kammern bilden, von denen jede mit der gegenüberliegenden durch einen Kanal diametral
verbunden ist.
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Der Mehrwegehahn nach der Erfindung ist insbesondere für die Umleitung
oder den Richtungswechsel von Flüssigkeiten bestimmt und gehört zu derjenigen Gruppe
von Mehrwegehähnen, die durch die im Hahn enthaltene Flüssigkeit völlig im Gleichgewicht
gehalten werden.
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Es ist die Ausführung eines Mehrwegehahns mit vier Anschlüssen bekannt,
dessen Küken ebenfalls zwei Paare von Flügeln aufweist, wobei die von diesen gebildeten
gegenüberliegenden Kammern durch je einen Kanal diametral verbunden sind.
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Der Nachteil dieses bekannten Mehrwegehahns besteht darin, daß alle
vier Kammern zur Steuerung des Mediums, das im allgemeinen eine Flüssigkeit sein
wird, herangezogen werden, wobei das Medium in der Mehrzahl der Arbeitsstellungen
unter Druck den durch das Küken führenden Kanal durchfließen muß. Hierdurch tritt
zwischen zwei gegenüberliegenden Kammern ein Druckunterschied auf, der um so höher
ist, je größer die Durchflußgeschwindigkeit und je geringer der Kanalquerschnitt
ist.
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Demgegenüber werden beim neuen Mehrwegehahn nur drei Kammern zur Steuerung
des Mediums herangezogen, während die vierte Kammer nur zum Druckausgleich dient.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anschlüsse so gedrängt angeordnet
sind, daß die eine Hälfte des Hahngehäuses von Anschlüssen frei bleibt und daß die
von dieser Hälfte begrenzte Entlastungskammer mit der gegenüberliegenden Kammer
durch einen diametralen Kanal verbunden ist, dessen Durchmesser wesentlich kleiner
ist als derjenige des diametralen Kanals, der die beiden anderen einander gegenüberliegenden
Kammern verbindet.
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Der neue Mehrwegehahn erfordert wegen seines guten Druckausgleichs
nur eine sehr geringe Antriebsleitung, um den Stellungswechsel des Kükens durchzuführen.
Die Stoßwirkungen der Flüssigkeit auf das Hahngehäuse und das Küken werden auf ein
Minimum reduziert.
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Andere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung ist Fig. 1 ein teilweise in
Ansicht dargestellter Schnitt nach Linie 1-1 der Fig. 2 der bevorzugten Ausführung
des erfindungsgemäßen Mehrwegehahns mit dem Küken in einer ersten Arbeitsstellung,
Fig. 2 ein Längsschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, und Fig. 3 ist ein Querschnitt
nach Linie 3-3 der Fig. 2 mit dem Küken in einer zweiten Arbeitsstellung.
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Die Darstellung und die Beschreibung sind nur als Erläuterungsbeispiel
zu werten. Es lassen sich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen im Aufbau vornehmen,
ohne den Bereich der Erfindung zu veranlassen. In den verschiedenen Figuren sind
gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der Mehrwegehahn der bevorzugten Ausführung weist ein Gehäuse 10 auf,
das aus einem Stück mit der Apparatur bestehen oder auch getrennt von der Apparatur
sein kann, zu der und aus der der Richtungswechsel der Flüssigkeit erfolgen soll.
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Das zylinderförmige Gehäuse 10 hat eine ringförmige Seitenwand 11,
die eine zylindrische Mittelbohrung 12 begrenzt. Das Gehäuse wird an dem einen Ende
durch eine fest damit verbundene Stirnwand 13 geschlossen, deren radial gerichtete
Innenfläche 14 in einer Blindbohrung 16 eine Lagerbüchse 15 trägt, die in axialer
Längsrichtung mit der Bohrung 12 liegt. Das Gehäuse 10 hat in der ringförmigen Seitenwand
11 der Gehäusebohrung 12 einen radialen Durchlaß oder Anschluß 17, der mit der Bohrung
12 in Verbindung steht. Der Durchlaß 17 kann kreisförmig sein, steht
mit
seiner Längsachse vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Gehäusebohrung 12 und
schneidet diese Längsachse. Ein radial gerichteter Anschlußstutzen 18 ist in den
in der Seitenwand 11 des Gehäuses 10 vorhandenen Durchlaß 17 eingeschraubt. Der
Anschlußstutzen 18 kann mit einer beliebigen zweckdienlichen Apparatur verbunden
werden, beispielsweise mit dem Saug- oder Einlaßstutzen einer motorgetriebenen Pumpe
P.
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Das Gehäuse 10 hat in seiner ringförmigen Seitenwand 11 einen radialen
Durchlaß oder Anschluß 20, der mit der Bohrung 12 in Verbindung steht. Der Durchlaß
20 kann kreisförmig sein, steht mit seiner Längsachse vorzugsweise senkrecht auf
der Längsachse der Bohrung 12 und schneidet diese Längsachse. Ein radial gerichteter
Anschlußstutzen 21 ist in den in der Seitenwand 11 des Gehäuses 10 vorhandenen Durchlaß
20 eingeschraubt. Der Anschlußstutzen 20 kann mit einer beliebigen zweckdienlichen
Apparatur verbunden werden, beispielsweise mit der Druck-oder Auslaßseite der zum
Fördern von Druckflüssigkeit dienenden Pumpe P.
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Die Längsachse des Durchlasses 20 liegt vorzugsweise in einer Ebene,
die die Längsachse der Bohrung 12 schneidet und die unter 90 Winkelgraden zu einer
Ebene steht, in der die Längsachse des Durchlasses 17 liegt, vorzugsweise mit einer
Toleranz, die nicht größer als -!- 1° ist.
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Das Gehäuse 10 hat eine die Gehäusebohrung 12 umgebende Stirnfläche
24. Im Abstand von dieser Stirnfläche 24 befindet sich in der Gehäusebohrung 12
eine Ringnut 25 zur Aufnahme einer Dichtung 26, z. B. eines Dichtungsringes.
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Ein Deckel 30 liegt mit seiner Radialfläche 31 an der Stirnfläche
24 an und wird in fester Stellung auf dem Gehäuse 10 von Schrauben 32 gehalten,
die Bohrungen 33 des Deckels durchsetzen und in Blindbohrungen 34 der Gehäusewand
11 eingeschraubt sind.
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Der Deckel 30 hat einen zylindrischen Anguß 37, der in Längsrichtung
in die Gehäusebohrung 12 ragt und sich über die Dichtung 26 hinaus erstreckt. Durch
das Anliegen des Angusses 37 an der Dichtung 26 wird an dieser Stelle ein Verschluß
gebildet. Der Anguß 37 hat eine radial gerichtete Stirnfläche 38.
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Die Wand 13 hat einen in Längsrichtung verlaufenden Axialdurchlaß
oder Anschluß 40 von segmentartigem oder dreieckigem Profil, dessen Seitenkanten
41 und 41a parallel zu Radiallinien liegen, die die Längsachse der Bohrung 12 schneiden.
Ein in Längsrichtung verlaufender Stutzen 42 kann in den in der Wand 13 befindlichen
Durchlaß 40 eingeschraubt werden.
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Die Wand 13 hat ferner einen in Längsrichtung verlaufenden Axialdurchlaß
oder Anschluß 44. von segmentartigem oder dreieckigem Profil, dessen Seitenkanten
45 und 45a parallel zu Radiallinien liegen, die die Längsachse der Bohrung
12 schneiden. Ein in Längsrichtung verlaufender Stutzen 46 kann in den in der Wand
13 befindlichen Durchlaß 44 eingeschraubt werden. i Einer der Stutzen 42 und 46,
beispielsweise der Stutzen 42, ist mit dem einen Ende eines einen beweglichen Kolben
47 enthaltenden Motorzylinders C verbunden, während der andere Stutzen 46 mit dem
anderen Ende des Motorzylinders C in Verbindung steht.
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Die Mittelachse des Durchlasses 40 liegt vorzugsweise in einer Radialebene,
die die Längsmittelachse der Gehäusebohrung 12 schneidet und die an einer Stelle
zwischen den radial verlaufenden Axialebenen der Durchlässe 17 und 20 angeordnet
ist.
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Die Mittelachse des Durchlasses 44 liegt vorzugsweise in einer Ebene,
die die Längsmittelachse der Bohrung 12 schneidet und die um 90" von der
die Längsachse des Durchlasses 40 entfaltenden Radialebene -entfernt ist.
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Der Deckel 30 hat eine Bohrung 48 auf der Längsachse der Bohrung 12
mit einer darin befindlichen Lagerbüchse 49.
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Innerhalb des von den Stirnflächen 14 und 38 begrenzten Raumes in
der Gehäusebohrung 12 befindet sich ein drehbares Küken 50 mit einem Mittelstück
51, aus dem das eine Ende einer in Längsrichtung i axial angeordneten, in der Büchse
15 gelagerten Welle 51a ragt, deren anderes Ende die Büchse 49 und die in
dem Deckel 30 befindliche Bohrung 48 durchsetzt. Der Welle 51 a kann eine Winkeldrehung,
z. B. durch einen Solenoiden (nicht dargestellt), gegeben werden, um auf diese Weise
die Stellung des Kükens 50 zu regeln.
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Das Mittelstück 51 des Kükens 50 hat vier Flügel 52, 53, 54
und 55, die sich aus dem Mittelstück 51 radial in Ebenen erstrecken, die die Längsmittelachse
der Bohrung 12 schneiden. Die sich gegenüberstehenden Flügel 52 und 54 bilden ein
Flügelpaar, und die sich gegenüberstehenden Flügel 53 und 55 bilden ein zweites
Flügelpaar mit radialen Axialebenen, die unter einem Winkel von 90' zueinander
angeordnet sind.
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Die Flügel 52, 53, 54 und 55 haben an ihren Außenenden von der Gehäusebohrung
12 einen Abstand oder Zwischenraum von 0,1 bis 0,2 mm und haben außerdem Nuten 56,
die eine Wirbelung erzeugen und den Flüssigkeitsstrom in diesem Zwischenraum verringern.
Die Flügel 52, 53, 54 und 55 teilen den Innenraum in vier Kammern 57,
58, 59 und 60.
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Das Mittelstück 51 des Kükens 50 hat eine die Kammern 57 und 59 verbindende
Bohrung 61 ziemlicher Größe, die vorzugsweise gleich der Größe der Durchlässe 40
und 44 ist, zum Zwecke, eine Flüssigkeitsumleitung und einen Druckausgleich zwischen
diesen Kammern herzustellen. Das Mittelstück 51 hat auch eine Bohrung 62, die die
Kammern 58 und 60 verbindet, um einen Druckausgleich zwischen diesen Kammern 57
und 59 zu schaffen.
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Die Stirnkanten der Flügel 52, 53, 54 und 55 und die Stirnkanten des
Mittelstückes 51 des Kükens 50 haben von den Flächen 14 und 38 einen in Längsrichtung
vorhandenen Abstand von etwa 0,05 bis 1,00 mm.
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Von der Wand 13 des Gehäuses 10 ragen in die Bohrung 12 Anschlagzapfen
63 und 64; deren Abstand voneinander 45°' plus der Dicke des Flügels 55 beträgt.
Diese Zapfen 63 und 64 begrenzen die Drehbewegungen des Kükens 50 in beiden Richtungen.
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Der Deckel 30 hat eine Ringnut 65 zur Aufnahme einer Dichtung 66,
z. B. eines Dichtungsringes, der an der Welle 51a anliegt, um eine Sickerung der
Flüssigkeit an dieser Stelle zu verhindern.
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Der Mehrwegehahn arbeitet in folgender Weise: Es sei angenommen, daß
das Küken 50 die in Fig. l dargestellte Stellung einnimmt und daß Druckflüssigkeit
über den Stutzen 21 und über den Durchlaß 20 der Kammer 58 zugeführt wird, während
Flüssigkeit aus der Kammer 58 über die Bohrung 62 in die Kammer 60 des Kükens 50
strömt, um einen Druckausgleich gegenüber dem in der Kammer 58 herrschenden Druck
zu schaffen. Die Druckflüssigkeit wird auch
über den Durchlaß 44
und den Stutzen 46 einer Verwendungsstelle, z. B. der einen Seite des Kolbens 47,
zugeführt.
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Gleichzeitig wird Flüssigkeit von der entgegengesetzten Seite des
Kolbens 47 über den Stutzen 42 und den Durchlaß 40 zur Kammer 57 geleitet. Diese
Flüssigkeit fließt aus der Kammer 57 über den Durchlaß 17 zum Stutzen 18 und kehrt
zur Pumpe P zurück. Der in der Kammer 57 herrschende Druck wirkt über die Bohrung
61 und erzeugt in der Kammer 59 einen Ausgleichsdruck, der dem Druck in der Kammer
57 entgegenwirkt.
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Soll die Strömungsrichtung geändert werden, dann wird das Küken 50
in gewünschter Weise durch Drehen der Welle 51a in Linksdrehung um vorzugsweise
45`, gedreht, so daß die Kante des Flügels 54 an dem Durchlaß 44 und die Kante des
Flügels 53 an dem Durchlaß 40 vorbeibewegt wird. Diese Stellung des Kükens ist in
Fig. 3 dargestellt.
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In dieser Stellung des Kükens 50 steht der Durchlaß 40 mit der zwischen
den Flügeln 53 und 54 vorhandenen Kammer 58 in Verbindung. Der Durchlaß 20 steht
ebenfalls mit der Kammer 58 in Verbindung, um Druckflüssigkeit über den Stutzen
21 und den Durchlaß 20 zuzuführen. Der in der Kammer 60 vorhandene Flüssigkeitsdruck
wird an den in der Kammer 58 vorhandenen Druck über die Bohrung 62 angeglichen.
Gleichzeitig steht der Durchlaß 44 mit der Kammer 59 in Verbindung, mit der die
Kammer 57 über die Bohrung 61 verbunden ist, in der Flüssigkeit über Durchlaß 17
zum Stutzen 18 fließt und zur Pumpe P zurückkehrt.
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Das Küken 50 kann dann gewünschtenfalls in die zuerst beschriebene
Stellung zurückgedreht werden, worauf die Arbeitsvorgänge zeitlich abgestimmt wiederholt
werden.
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Die Flügel 53 und 54 haben bei ihrer Überquerung der Durchlässe 40
und 44 eine Abschlußwirkung, die den Flüssigkeitsstrom unterbricht, so daß die Druckwirkung
auf den Ventilkörper 50, die das Küken 50 einseitig zu belasten strebt, auf eine
Kleinstgröße verringert wird.
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Die an den Enden der Flügel 52, 53, 54 und 55 und an den Seitenkanten
dieser Flügel zugelassene Sickerung ist verhältnismäßig klein, und ein etwaiger
Nachteil wird mehr als ausgeglichen durch den Wegfall der unter Reibung sich berührenden
Metallflächen und durch den Wegfall der Notwendigkeit, diese Metallflächen zu schmieren
und die Berührung zwischen diesen Metallflächen aufrechtzuhalten. Bei der beschriebenen
Drehung des Kükens 50 kreuzt keiner der Flügel die Durchlässe 17 und 20.
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Die sich gegenüberstehenden Kammern 57, 59 und 58, 60 des Kükens 50
haben ständig einen Druckausgleich, so daß die Radialdrucke, die über die Welle
51 a auf die Lager 15 und 49 ausgeübt werden, sehr klein sind. Infolge der
Anordnung der Flügel 52, 53, 54 und 55 im Gehäuse 10 erfolgt im wesentlichen kein
Längsdruck auf die Welle 51a.
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Die Stoßwirkung der in die Bohrung 12 einströmenden Flüssigkeit auf
das Küken 50 wird ebenfalls verringert.
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Selbst bei Verwendung von hochgespannten und schnellströmenden Flüssigkeiten
ist die zum Drehen des Kükens 50 erforderliche Kraft sehr klein. Das Bestreben des
Kükens 50, seine Stellung durch die Strömung der vom Mehrwegehahn geregelten Flüssigkeit
zu ändern, ist ausgeschaltet.