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Mehrwegeventil Die Erfindung betzffft ein Mehrwegevantil mit einem
äußere Anschlüsse und eine Bohrung aufweisenden Ventilgehäuse und in der Bohrung
verschiebbar angeordneten Ventilkörpern mit Ringnuten, wobei die Bohrung ringförmige
Erweiterungen aufweist, die mit den Ringnuten im Ventilkörper zur Öffnung bzw. Schließung
der Durchlässe zusammenarbeiten.
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Bekannte Mehrwegeventile werden vornehmlich in Schieberbauart ausgeführt.
Derartige Schieberventile haben den Vorteil, daß mehrere Wege mit kleinsten Mitteln
gesteuert werden kÖnnen. Ihnen haftet jedoch der Nachteil an, daß sie die Anschlüsse
nie hermetisch dicht voneinander abschließen. Um einigermaßen dicht zu sein, ist
eine Überdeckungslänge von
mehreren rlillimetern erforderlich, was
bei der Ventilverstellung größere Verstellwege zur Folge hat.
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Es sind auch schon Mehrwegeventile, und zwar Zweiwegeventile mit Sitzventilen
als Verachlußglieder bekannt geworden. Es ist jedoch noch kein Sitzventil bekannt,
welches bei raumsparendem .Aufbau die gleichen Vorteile wie ein Schieberventil aufweist.
Insbesondere besteht bei Ventilen allgemein das Problem, die Betätigungsstange vollkommen
druckausgeglichen zu gestalten, so daß trotz Fehlens einer Leckölleitung die Höhe
der Drücke ohne Einfluß auf die Schaltkraft bleibt.
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Es sind auch schon Drehschieberventile bekannt, welche jedoch den
Nachteil haben, daß zum Schalten ein drehender Antrieb erforderlich ist, was insbesondere
beim elektromagnetischen Antrieb Schwierigkeiten bereitet. Es ist kaum möglich,
solche Drehschieberventile mit elektromagnetischem Antrieb in kleiner Bauweise
zu erstellen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Mehrwegeventil der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches bei völlig dichtschließenden Einzelventilen
dennoch einen raumsparenden Aufbau ermöglicht und nur geringe Schaltkräfte erfordert.
Außerdem soll das erfindungsgemäße Mehrwegeventil eine möglichst große Anzahl von
Iciationsmöglichkeiten für die einzustellenden Verbn-.dungen besitzen.
Hierzu
sieht die Erfindung vor, daß eine aus dem Gehäuse dicht austretende Betätigungsstange
für die Ventilkörper vorgesehen ist und daß die Ventilkörper einen in der Bohrung
verschiebbaren Teil und einen in eine der ringförmigen Erweiterungen hineinragenden
Sitzteil aufweisen, welcher mit der Sitzkante der ringförmigen Erweiterung dichtend
zusammenarbeitet. Auf diese Weise wird trotz gedrängten Aufbaues eine gute Abdichtung
der durch die VentilkÖrper voneinander abgeschlossenen Verbindungen erzielt. Bevorzugt
sieht die Erfindung vor, daß an jeder ringförmigen Erweiterung zwei in entgegengesetzten
Richtungen wirkende Ventilkörper angeordnet sind, welche elastisch gegeneinander
auf ihre Sitzkanten zu vorgespannt sind. Hierzu kann zwischen den Ventilkörpern
eine vorgespannte Druckfeder eageordnet sein. Bevorzugt ist die Ausbildung weiter
so, daß die Ringnuten unmittelbar an die Sitzteile anschließen. Jeweils an den Ringnuten
und den ringförmigen Erweiterungen mündet im allgemeinen ein Anschluß.
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Die Ventilkörper weisen bevorzugt eine Axialbohrung auf, durch welche
sich die Betätigungsstange lose erstreckt. Durch die lose Hindurchführung der Betätigungsstange
wird der Druckausgleich erzielt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind auf der Betätigungsstange
an den Stellen, wo sie in Ruhestellung aus
der Axialbohrung austritt,
Anschläge befestigt, welche an den Ventilkörpern anliegen und diese in einer Richtung
mitnehmen können. Aufgrund dieser Ausbildung wird jeweils der eine Ventilkörper
eines Paares bei Betätigung der Betätigungsstange in einer'bestimmten Richtung mitgenommen.
Hierbei werden die Anschläge bevorzugt durch Sprengringe gebildet.
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Die Betätigungsstange kann auf beiden Seiten dicht aus dem Gehäuse
herausgeführt sein.
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Der zylindrische Teil des Ventilkörpers ist im allgemeinen dicht in
die Bohrung eingepaßt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die gegenüberliegenden
Ventilkörper durch die Anschläge so gehalten sind, daß sie in Ruhestellung von.
ihren Sitzkanten abgehoben sind, wobei die Druckfeder die Ventilkörper an die Anschläge
drückt. Bei dieser Ausführungsform sind also die Ventilkörper in der Mittel- oder
Ruhestellung des Ventils in Öffnungsstellung. Bevorzugt ist die Betätigungsstange
durch zwischen Gehäuse und Anschläge geschaltete Druckfedern auf ihre Mittelstellung
zu vorgespannt.
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Ist das Ventil a1:3 Drei-Wege-Drei-Stellungsventil ausgebildet, so
sieht die Erfindung nach einer weiteren Ausführungsform vor,
daß
in der Bohrung eine ringförmige Erweiterung ausgebildet ist und zwei gegenüberliegende
Ventilkörper angeordnet sind.
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Bei Ausführung als Vier-Wege-Drei-Stellungsventil ist beispielsweise
vorgesehen, daß die Bohrung zwei ringförmige Erweiterungen aufweist, zwei Paare
von gegenüberliegenden Ventilkörpern enthält und zwischen den beben Paaren eine
Einschnürung aufweist, durch die die Betätigungsstange dicht hindurchgeführt ist.
Auf diese Weise sind praktisch zwei Ventilpaare gemeinsam. betätigbar, aber sonst
unabhängig voneinander in dem Ventilgehäuse angeordnet. Zur Herstellung geeigneter
Ventilschaltungen können hierbei die Ringnuten der beiden äußeren Ventilkörper und
der beiden inneren Ventilkörper jeweils durch Zeitungen verbunden sein. Dabei sind
die äußeren Anschlüsse bevorzugt jeweils den beiden ringförmigen Erweiterungen und
zwei Ringnuten zugeführt. Bei einer anderen Ausfhrung des Mehrwegeventils als Vier-Wege-Drei-Stellungs-Ventil
weist erfindungsgemäß die Bohrung drei ringförmige Erweiterungen auf, drei Paare
von gegenüberliegenden Ventilkörpern und zwischen jedem Paar Einschnürungen, durch
' welche die Betätigungsstange dicht durchgeführt ist. Hierbei ist vorzugsweise
vorgesehen, daß in Mittelstellung die äußeren Ventilkörperpaare geschlossen sind
und das innere geöffnet ist.
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Schließlich ist noch eine weitere besonders bevorzugte Ausführung
als Vier-Wege-Drei-8tellungs-Ventil möglich, bei der die Bohrung
zwei
ringförmige Erweiterungen aufweist und zwei Paare von gegenüberliegenden Ventilkörpern
enthält, zwischen denen sich ein einheitlicher Kompensationsraum erstreckt, und
daß in Mittelstellung alle Ventilkörper auf ihren Sitzen am Gehäuse aufliegen. Bevorzugt
weisen die inneren Ventilkörper eine vergrößerte Axialbohrung auf, so daß ein größerer
Strömungsquerschnitt erzielt wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Ventilkörper
eines Paares so ausgebildet, daß sie bei Verschieben aus der Mittelstellung dichtend
aneinander zur Anlage kommen. Dies kann. z.8. dadurch erreicht werden, daß an dem
einen inneren Ventilkörper ein ringförmiger Sitz ausgebildet ist, welcher mit der
Fläche des gegenüberliegenden Ventilkörpers zusammenarbeitet. Der ringförmige Sitz
hat vorzugsweise den gleichen Durchmesser wie die Sitzkanten, so daB nach wie vor
ein vollkommener Druckausgleich gewährleistet ist.
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Damit die zwischen den Ventilkörpern angeordnete Druckfeder die Berührung
der beiden Ventilkörper nicht behindert, kann vorgesehen sein, d aß die zwischen
den Ventilkörpern eingesetzte Druckleder in eine Auanehmung gelegt_ist.
Die
letztgenannte Ausführungsform ermöglicht es, mit nur zwei Ventilhörperpaaren Ventilschaltungen
zu verwirklichen, welche sonst drei Ventilkörperpaare erfordern würden.
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Ein besonders wirtschaftlicher und kompakter Aufbau wird erzielt,
wenn das erfindungsgemäße Mehrwegeventil aus Scheiben zusammengesetzt ist, welche
als Stirnteile, als Anschlußteile mit Ventilkörper oder allein als Änschlußteile
ausgebildet sind.
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Auf diese Weise können Mehrwegeventile gemäß der Erfindung nach dem
Baukastensystem zusammengestellt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen die Fig. 1 bis 6 Mittellängsschnitte verschiedener
Ausführungsformen des druckausgeglichenen Mehrwegesitzventiles gemäß der Erfindung,
wobei jeweils über der Schnittansicht schematisch die verschiedenen Einstellmöglichkeiten
der Ventile veranschaulicht sind und Figur 7 ein aus scheibenförmigen Bauelementen
zusammengesetztes Mehrwegeventil gemäß der Erfindung mit angeflanschtem Doppelhubmagnet
im Mittellängsschnitt.
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Um die einzelnen Figuren nicht mit Bezugsziffern zu überladen, sind
in den Fig. 2 bis 7 nicht alle Bezugsziffern wiederholt,
die in
Fig. 1 wiedergegeben sind. Dennoch gilt die allgemeine Beschreibung der Fig. 1 auch
für die übrigen Figuren, soweit es sich um entsprechende Teile handelt.
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. Nach Fig. 1 ist in einem Ventilgehäuse 9 eine Bohrung 8 vorgesehen,
welche etwa in ihrer Mitte eine ringförmige Erweiterung 16 aufweist. In der Bohrung
8 sind einander gegenüberliegend zwei Ventilkörper 10 angeordnet, welche aus einem
in der Bohrung 8 verschiebbaren Teil 10a und einem in die ringförmige Erweiterung
16 hineinragenden Sitzteil 10b bestehen. Die beiden Sitzteile 10b liegen sich gegenüber.
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Unmittelbar im An schluB an die Sitzteile 10b ist auf dem Umfang des
Ventilkörpers 10 jeweils eine Ringnut 11 ausgebildet. Die Ringnuten 11 stehen mit
Anschlüssen 13, 15 in Verbindung, während die ringförmige Erweiterung 16 mit einem
AnschluB 14 verbunden ist. Die Ventilkörper 10 weisen Axialbohrungen 20 auf, durch
die hindurch sich lose, d.h. mit Abstand von den Bohrungswänden eine Betätigungsstange
12 erstreckt. Die*Betätigungsstange durchgreift auch die Wandungen des Ventilgehäuses
9.
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Durch die Wandungen des Ventilgehäuses 9 ist die Betätigungsstange
12 dicht hindurchgeführt, was durch Ringdichtungen 19 gewährleistet wird.
Auf
der Betätigungsstange sind als Anschläge wirkende Spreng-. ringe 21 befestigt, welche
in der Mittelstellung des Ventiles erfindungsgemäß mit geringem Spiel gegenüber
den Außenseiten der Ventilkörper liegen. In der Mittelstellung sitzen die Sitzteile
10b auf jeweils einer Sitzkante 1? auf, die an der Stelle ausgebildet ist, wo die
Bohrung 8 in die ringförmige Erweiterung 16 übergeht.
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Durch eine Druckfeder 18 sind die beiden Ventilkörper 10 gegeneinander
vorgespannt, so daß sie in der Mittelstellung der Betätigungsstange 12 auf die Sitzkanten
17 gedrückt werden.
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Der zylindrische Teil 10b der Ventilkörper 10 ist in die Bohrung 8
dicht eingepaßt. Die Abdichtung wird durch Ringdichtungen 22 gewährleistet.
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Bei Betätigung der Betätigungsstange 12 in der einen oder anderen
Richtung wird jeweils einer der beiden Ventilkörper 10 von seinem Sitz abgehoben,
so daß entweder die Verbindung zwischen den Anschlüssen 13 und 14 oder 14 und 15
hergestellt wird. Wesentlich ist, daß in der Mittelstellung des Ventiles alle Anschlüsse
hermetisch voneinander abgedichtet sind, was aufgrund der Ausbildung der Ventilkörper
als Sitzventile möglich ist. Durch das lose Anliegen der Anschläge 21 an den Außenseiten
der Ventilkörper 10 wird gewährleistet, daß bei Betätigung der Betätigungsstange
12
immer nur ein Ventilkörper bewegt wird,
während sich der Anschlag auf der anderen
Seite von dem zu-gehörigen Ventilkörper abhebt.
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Ein besonders wichtiges Merkmal
der Erfindung ist, daß
die
Ventile nach allen Ausführungsformen
druckausgeglichen sind,
| die |
| d.h. daß sich/auf die einzelnen Flächen wirkenden Drücke
voll- |
kommen aufheben,
so dgß
auf die Betätigungsstange
12 lediglich
die
Schaltkräfte ausgeübt werden müssen. Der Druckausgleich wird
zum einen dadurch
erzielt, daß z.B.
bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die mit den Anschlüssen
13 bzw. 15 in Verbindung
stehenden Flächen der Ventilkörper
10 gleiche
Größe haben, so
daß
entgegengesetzt gleiche Kräfte
am Ventilkörper
wirksam
wer-
den, welche sich gegeneinander aufheben. Die über den Anschluß
14 auf die einander
gegenüberliegenden Flgchen
der Ventilkör-
per
10 ausgeübten Druckkräfte
werden dadurch kompensiert, daß
die Betätigungsstange
12 lose durch die Axialbohrungen
20 hindurchgeführt
ist, so
daB
der in der ringförmigen Erweiterung-16
| befindliche Druck auch in den Kompensationsräumen (zwischen
den |
| Außenseiten der Ventilkörper 10 und dem Ventilgehäuse wirksam |
| 9a |
| .wird. Der in den Kompensationsräumen/wirksame Druck ergibt
eine |
Gegenkraft, welche die auf
die gegenüberliegenden Stirnseiten
der
Ventilkörper 10 ausgeübten Kräfte
genau kompensiert.
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Der Druckausgleich ist von entscheidender Bedeutung
bei elektro-
magnetischer Betätigung der Ventile, wo normalerweise
nur gednge
Schaltkräfte zur Verfügung stehen. Auch bei mechanischer
oder sonstiger Betätigung ist es natürlich ein Vorteil, wenn die Schaltkräfte gering
gehalten werden können.
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Die Ringdichtungen 19 an den Durchführungsstellen der Betätigungsstange
12 können weggelassen werden, wenn an die betreffende Stirnseite des Ventilgehäuses
9 sogenannte Druckelektromagnete angesetzt sind. Bei derartigen Elektromagneten
herrscht der im Kompensationsraum aufrechterhaltene Druck auch innerhalb des Gehäuses
des Elektromagneten.
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Der Wegfall der Dichtungen 19 hat den Vorteil, daß die mit der Anordnung
der Dichtungen verbundenen Reibungskräfte entfallen. Die Schaltkräfte werden also
durch Wegfall der Dichtungen 19 und Anordnung von Druckelektromagneten noch weiter
herabgesetzt. Wenn Druckmagnete auf das Ventilgehäuse 'aufgesetzt werden, so muß
dies an beiden Seiten geschehen, damit der Druckausgleich erhalten bleibt. Die Anordnung
kann. erfindungsgemäß allerdings auch so sein, daß nur auf einer Seite ein Druckmagnet
angebracht wird, während auf der anderen Seite die Betätigungsstange innerhalb des
Ventilgehäuses endet, also nicht nach außen an die Atmosphäre tritt. In diesem Falle
wirken ja auf die beiden Stirnflächen der Betätigungsstange '!2 die gleichen Drücke.
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Bei Anordnung von Luftmagneten muß die Betätigungsstange in
jedem
Falle durchgehend und abgedichtet sein.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 liegen die als Anschläge wirkenden
Sprengringe 21 etwas mehr innen als bei der Ausführungsform nach Fig. 1, so daß
die Ventilkörper 10 einen etwas geringeren Abstand voneinander haben. Auf diese
Weise sind in der Mittelstellung der Betätigungsstange 12 alle Anschlüsse 13, 14
und 15 miteinander verbunden. In den beiden Endstellungen sind entweder die Anschlüsse
13,14 oder 14,15 miteinander in Verbindung.
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Um die Betätigungsstange 12 automatisch in die Mittellage zurückzuführen,
sind in den Kompensationsräumen Druckfedern 23 angeordnet.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 dient dazu, etwas kompliziertere Verbindungen
zwischen vier Anschlüssen 13,14,15 und 28 herzustellen, wie das im einzelnen aus
dem über der Fig. 3 gezeigten Prinzipschaltbild hervorgeht.
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Die Ausführung:brm nach Fig. 3 stellt praktisch eine Verdoppelung
des Ventils nach Fig. 2 dar, wobei die Trennung der beiden Teilventile durch eine
Einschnürung 24- der Bohrung 8 erzielt wird. Eine Dichtung 25 stellt auch die hydraulische
Trennung der beiden Systeme her. Um die Schaltungsmöglichkeiten nach dem über der
Fig. 3 gezeigten Prinzipschaltbild verwirklichen zu können, sind
die
Ringnuten 11 der äußeren Ventilkörper 10 durch eine Leitung 26 innerhalb des Ventilgehäuses
9 und die Ringnuten der inneren Ventilkörper 10 durch eine Zeitung 27 miteinander
verbunden. Den Ringnuten des rechten Ventilkörperpaares und der rechten ringförmigen
Erweiterung 16 sind Anschlüsse 13,14,15 zugeführt, während der vierte Anschluß 28
der ringförmigen Erweiterung 16 des linken Ventilkörperpaares zugeführt ist. Interessant
an der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die sogenannte "schwimmende" Mittelstellung,
bei der praktisch alle Anschlüsse miteinander in Verbindung sind.
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Die Ausführungsform nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen einer Verdoppelung
des Ventiles nach Fig. 1, wobei in der Mittelstellung alle Anschlüsse 13,14,15,28
voneinander abgetrennt sind. Durch Verschiebung der Betätigungsstange 12 nach links
oder rechts können die aus der über der Fig. 4 ersichtlichen Prinzipskizze entnehmbaren
Verbindungen hergestellt Werden.
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Es soll betont werden, daß erfindungsgemäß das Abheben der Ventilkörper
10,z.B. bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 1k nicht gleichzeitig erfolgen
muß, sondern daß durch geeignete Anordnung der Sprengringe 21 auf der Betätigungsstange
12 das Abheben der Ventilkörper 10 von ihren Bitzen nacheinander erfolgen kann.
Auf diese Wise kann eine Verbindung früher als die axidf:rc@ hergoatellt werdf:n,
was in vielen Fällen von Interesse sein kann.
Bei der Ausführungsform
nach Fig. 5 sind drei Paare von Ventilkörpern 10 vorgesehen, um die aus der Skizze
über der Fig. 5 ersichtlichen Schaltstellungen verwirklichen zu können. Besonders
interessant an dieser Ausführungsform ist, daß in der neutralen Stellung die beiden
Verbraucheranschlüsse 13,15 hermetisch dicht abgeschlossen sind, während die beiden
Anschlüsse 14 und 28 über das mittlere Ventilkörperpaar miteinander in Verbindung
stehen.
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Fig. 5 enthält auch insofern eine für die Erfindung bedeutsame Anordnung,
als in der Neutralstellung die beiden äußeren Ventilpaare auf ihren Sitzen aufliegen,
während die inneren Ventilkörperpaare von ihren Sitzen in. der Neutralatellung abgehoben
sind. Die Erfindung gestattet also eine erhebliche Anzahl von Varia--tönen-der Veätilkörpetänördnung.
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In dem Ventilgehäuse 9 sind wJüer verschiedene Zeitungen 26,26a, 27a,27b
enthalten, welche zur Herstellung der erforderlichen Schaltungen erforderlich sind.
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Eine besonders elegante Lösung zeigt die Fig. 6, welche
einem wesentlich geringeren Aufwand die gleichen Schaltungen wie die Ausführung
nach Fig. 5 $uläßt.
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Dies wird mit nur zwei Ventilkörperpaaren erzielt,@wo bei allerdings
keine Einschnürung der Bohrung 8 zwischen den Ventilkörperpaaren
vorgesehen
ist. Bevorzugt ist die Axialbohrung 20a der inneren beiden Ventilkörper 10 stärker
ausgebildet, so daß ein erheblicher Durchflußquerschnitt erzielt wird. Auf diese
Weise stehen in der Neutralstellung die Anschlüsse 14 und 28 miteinander in Verbindung,
während die Anschlüsse 13 und 15 hermetisch abgetrennt sind.
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Um nun die Verbindung zwischen den Anschlüssen 14 und 28 unterbrechen
zu können, ist der linke Ventilkörper 10 des rechten Ventilköxperpaares mit einem
ringförmigen Ventilsitz 29 versehen, welcher mit der glatten Stirnfläche des rechts
daneben liegenden V..:ntilkörpers 10 zusammenarbeitet. Bei Bewegung der Betätigungsstange
12 nach links oder rechts kommt der Ventilsitz 29 an der Stirnfläche des gegenüberliegenden
Ventilkörpers zur_Anlage, wobei eine hermetische Abdichtung erzielt wird. Die Verbindung
zwischen den Anschlüssen 14 und 28 wird also in diesen Fällen unterbrochen.
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Damit die zwischen den Ventilkörpern vorgesehene Druckfeder 18 die
Aufeinanderzubewegung der Ventilkörper 10 nicht behindert, ist zumindestens in einem
von ihnen eine Ausnehmung 30 vorgesehen, so daß eine ungehinderte Berührung des
Sitzteiles 29 und der Stirnfläche des gegenüberliegenden Ventilkörpers ermöglicht
ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist z.B. 14 ein Pumpenanschluß
und 28 der Anschluß eines Rücklaufes. Bei 13 und 15 können irgendwelche Verbraucher
angeschlossen sein.
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Wichtig bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist noch, daß der Ventilsitz
29 an dem linken Ventilkörper des rechten Paares den gleichen Durchmesser wie die
übrigen Sitze hat, damit auch bei dieser Ausführungsform ein vollkommender Druckausgleich
erhalten bleibt. Dies ist wie bereits oben erwähnt wuab besonders bei elektromagnetischer
Betätigung sehr wichtig.
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Fig. 7 zeigt schließlich noch eine praktisch besonders wichtige Ausführungsform,
bei der mittels Konterschrauben 32 die Betätigungsstange 12 derart eingestellt wird,
daß ein Spiel entsteht, wenn die Ventile auf ihrem Sitz anliegen. Dies ist bei allen
Ausführungsformen wichtig, um eine absolute Dichtigkeit zu erzielen.
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Nach Fig. 7 sind die Einzelteile als Scheiben ausgebildet, so daß
ein einfacher Aufbau verschiedener Ventiltypen nach dem Baukasten-
prinzip
möglich ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind z.B. Stirnteile 31a, Anschlußteile
31b mit darin enthaltenem Ventilkörper 10 und Anschlußteile 31c ohne Ventilkörper
vorgesehen.
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Die Scheiben sind gleich breit und gegeneinander austauschbar (111
gegen 15). Die Ventilblöcke unterscheiden sich durch die Anzahl
ihrer
Scheiben und die Länge der Ventilbetätigungsstange sowie, falls die Ausführung nach
Fig. 6 gewählt wird, auch durch den Ventilkörper, welcher unter Umständen ein Sitzteil
29 aufweist.
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In Fig. % ist auch ein für die Betätigung erforderlicher Doppelhubmagnet
33 in gestrichelten Linien dargestellt.