DE1940314A1

DE1940314A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE1940314A1
Application number: DE19691940314
Authority: DE
Inventors: Rochte Jerry Edward; Mcdavid Larry Sattler
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1968-08-20
Filing date: 1969-08-07
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR2015992A1; SE353398B; DE6931321U; US3578020A; GB1222916A

Description

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Patentanwalt*
DIpI. Ing. C. WaHach'

⁰JP¹Jo.⁰-^ "7. AÜG. 1969

Or. T. Haibach

8 MUnchwt 2

Kiuflngeiär.8, Tel. 240275

1 2 156 - H/B

Beckman, Instruments, Inc., Fullerton, Calif., USA

Ventilanordnung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Ventilanordnung und im besonderen ein Rückschlagventil zur Verwendung in Präzieionspumpaystemen.

Seit Jahren werden verschiedene Arten von Ventilanordnungen in Verbindung mit einem Zylinder-Kolben-Aggregat als Strömungsmittelpumpaystem verwendet. Ein derartiges Pumpsystem wird für vielerlei Anwendung^zwecke benötigt, ein derartiger Anwendungsbereich sind chemische Analysegeräte, trei welchen genau bekannte vorgegebene Plüssigkeitsmengen₉ beispielsweise zu untersuchende Proben oder Analyseagentien, einem Analyseinstrument zur Bestimmung bestimmter Bestandteile der Probe zugeführt werden sollen. Weitaus der einfachste Ventiltyp für ein derartiges Pumpsystem war bisher irgendeine Ausführung einer D.oppel-Rückschlagventilanordnung mit frei beweglichen Kugeln oder dergleichen, als Ventilverschlußteilen.

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Für ein Präzisionspumpsystem, wie es zur Verwendung in Analysegeräten erforderlich ist, hat sich dieser Typ von Ventilanordnung als unbefriedigend erwiesen, da hierbei aufgrund des mechanischen Aufbaus der Ventilanordnung a"¹ lgemein eine gewisse Rückströmung des Strömungsmittel zum eindeutigen Schließen der Ventilkugeln erforderlich ist und üblicherweise ein erheblicher Druckunterschied an den Ventilen zum Öffnen der Ventile benötigt wird.

Man hat daher bei Präzisionspumpsystemen auch bereits Ventile mit Gleit- bzw. Schi oberflächen au· Ventilverschlußteilen verwendet, die jeweile im geeigneten Zeitpunkt durch den "Antriebsmechanismus des Kolbens der Pumpe geöffnet und geschlossen werden. Hierdurch wird nicht nur der Puapenaufbau kompliziert, aoadern auch die Ventilanordnung als solche wird etwa komplizierter als bei der herkömmlichen Kugel-Rückschlagventilanordnung, Dies hat zur Folge, daß diese Ventilart wesentlich teurer als die zuvor beschriebenen Kugel-Rückschlagventilanordnungen wird; außerdem hat sich auch dieser Ventiltyp nicht als vollständig geeignet und zufriedenstellend zur Förderung von genau bekannten, vorgegebenen Flüssigkeitsmen« gen erwiesen.

Es besteht daher ein Bedürfnis, nach einer in einem Aufbau einfachen, billig herstellbaren Rückschlagventilanordnung, welche nur eine geringe Anzahl von Teilen benötigt und keinen vergleichbar hohen Druckbedarf zur Betätigung besitzt wie die Kugel-Rückschlagventile,

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die vorliegende Erfindung soll daher eine einfache, billig herstellbare Hiickschlagventilanordnung geschaffen werden, die sieb, insbesondere sur Verwendung in Präzlsioaspumpsystemen sur !Förderung von genau bekannten, vorgegebenen FlUssigkeitsmengen eignet«

Di® I-'rfindung betrifft somit eine Ventilanordnung mit ©inem Venti!körper, einem in diesem vorgesehenen Schlitz und einem beweglichen Tentilverschlußteil zum Verschließen dieses Schlitzes=,

der Erfindung ist bei einer derartigen Ventilanordnung vorgesehen, daß in dem Ventilkörper ein kontinuierlicher Kanal mit einer Innen- und einer Außenseite vorgehen ist, daB der Schlitz an der Innenseite des Kanals vorgesehen ist daB ©1s Veatilverschlußteil ein elastisches Band in den Kanal eingelegt ist_f äaa gegen die Innenseite des Kanals Yersshluß der SehlitzBffaang anliegt, und von der

des Kanal® durch einen Abstand getrennt ist, und daS übt Teatilschlitg und der Kanal durch Durchlaskanäle mit ä©m Hau® auBerh&Tb des Veotillröxpers verbunden sind.

Mao ©r!c©nnt₉ öaS die erfindungsgeaäSe Verwendung eines elastisehen Handles als ?©atilverschlö@teil ein sehr einfaches, billig herstellbares Yentilelement liefert, das keine hohe Druckdf.fferenz sum Öffnen und keinen Rückstaudruck Schließen benötigt., da das Band aufgrund seiner Eigen-

.sität von selbst schlieSt₉ sobald der Strömungsmitteldruck unterhalb des Bandes entfällt. Auf diese W©is© werden mit dem erfindungsgemäßen Ventil die eingangs geschilderten Efcbleme der herköomlichen Kugel-Büekschlagirentile vermieden, bei welchen ein Riiekstau-

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druck zum Schließen des Ventils und eine verhältnismäßig hohe Druckdifferenz zum Öffnen des Ventils erforderlich waren. Außerdem eignet sich die Ventilanordnung gemäß der Erfindung infolge ihrer Einfachheit und der geringen Anzahl von Teilen zur äußerst billigen Herstellung und Montage.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der kontinuierliche, zusammenhängende Kanal als Ringkanal ausgebildet ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Ventilkörper zwei in sich kontinuierliche Kanäle vorgesehen s^rnd, deren jeder an seiner Innenseite einen Schlitz aufweist, welcher durch en in denjbetreff enden Kanal eingelegtes elastisches Band verschlossen 1st, und daß beide Schlitze und kontinuierliche Kanäle durch Kanaldurchlässe mit dem Baum außerhalb dee Ventilkörpors verbunden sind; dabei ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß der Ventilkörper einen ersten und zweiten Durchlaßkanal mit von den Schlitzen in radialer Richtung einwärts verlaufenden feilen, sowie einen dritten und vierten Kanal aufweist, welche in die kontinuierlichen, geschlossenen Kanäle in Abstand von den elastischen Bindern münden.

Hach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die als VentilverschluSteile dienenden elastischen Bänder aus Silikonkautschuk bestehen.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der -rfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Pig« 1 in schematiseher Darstellung ein Pumpsystem mit einer Kugel-Absperr- bzw« Rückschlagventilanordnung nach dem Stande der Technik, wie sie bisher verwendet wurde;

Tig. 2 in Längsschnitt eine Ventilanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der"Erfindung, welche sich vorteilhaft zur Anwendung in dem Pumpsystem gemäß Fig. 1 eignet;

Pig. 3 eine Schnittansicht längs der linie 3-3 in Pig. 2;

Pig. 4 in Längsschnittansicht ©ine abgewandelte Ausführungsform einer Ventilanordnung gemäß der Erfindung.

Pig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Pumpsystem zur Zufuhr bekannter vorgegebener Flüssigkeitsmengen an eine Pörderstelle. Das System weist eine Pumpe 12, eine Doppelrückschlagventilanordnung 14 sowie einen Vorratsbehälter 16 für die Flüssigkeit 18 auf, die an die gewünschte Förderstelle, beispielsweise ein analytisches Instrument, gefördert werden soll» Die gezeigte Ventilanordnung ist von der bisher verwendeten Art nach dem Stande der Technik, mit zwei Kugel-Rückschlagventilen 20, 22, die mit der Pumpe 12 über eine Leitung 24 verbunden sind« Da.s Rückschlagventil 20 ist mit der Flüssigkeit 18 in dem Behälter 16 über eine Leitung 26 verbunden.

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Wie ersichtlich, wird während des Saughubs der Pumpe Flüssigkeit durch die Leitung 26 und über das Ventil 20 in die Leitung 24 gesaugt, während das Rückschlagventil 22 geschlossen bleibt. Während des Druck- oder Förderhtfbs der Pumpe 12 wird das Rückschlagventil 22 durch den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 24- geöffnet und so die !Flüssigkeit an die gewünschteFörderstelle gefördert; gleichzeitig bewirkt der Flüssigkeitsdruck in der Leitung eine Schließung des Rückschlagventils 20.

Bei der in Pig. 1 gezeigten Kugel-Rückschlagventilanordnung 14 ist zum Schließen der Ventile 20 und 22 eine Rückströmung oder ein Rückstaudruck der Flüssigkeit erforderlich, und außerdem benötigt diese Ventilanordnung zum öffnen der Ventile einen beträchtlichen Druckunterschied an den Ventilen. Durch die Erfindung wurde eine Doppel-Rückschlagventilanordnung geschaffen, die allgemein in der gleichen V/eise wie die Ventilanordnung 14 in Fig. 1 arbeitet, bei der jedoch die in Betrieb der Ventilanordnung 15 bzw. von mit Gleit- bzw» Schiebeflächen arbeitenden Ventilanordnungen- vermieden sind und die außerdem einen weniger komplizierten Aufbau besitzt und somit auch billiger ist.

Ein als Ganzes mit 30 bezeichnetes Ausführungsbeispiels eines Ventils gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Der Ventilkörper der Ventilanordnung weist ein inneres zylindrisches - Teil 32 und eine äußere zylindrische Hülse bzw. Buchse 34 auf, welche das Innenteil dicht schließend umgibt« In dem inneren Teil 32 sind in

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axialem Abstand voneinander z\ml an der Außenoberfläche 40 des In&Qßteiles 32 offene Ringnuten 36 und 38 vorgesehsö«, Dies© Ringnuten d©fini@r©B zusammen mit der Inaenwaüdung 42 ö©r H^lee 54 zwei geschlossene Ringkanäle 44 und 46c

An &®t Innenseite 52 bzw. 54 &<βέ Muten 36 bzw. 38 sind Yentilschlltg© 48 bzw«, 50 vorgesehen. Diese Gehlitae aiocl allgemein in gleichem Abstand von den Seitenvränden öer Muten Torgesehea*, Ber Sehlitz 48 steht mit dem Raum auSerhaTb fies Innent©il@e 32 über einen ßang bzw. Kanal 56 la YerMQcluQg. Dieser Eanal insist einen in radialer RieMung verlaufend©a Seil 58 ₉ Welcher in den Schlitz 48 mündetj ©owi® einea ia asialer Richtung verlaufenden Teil 60 auf, ä<3T ao ier Stirnseite 62 des Innenteiles 32 mündete Der Sehllta 50 stehi&it äga Baum außerhalb des VentilkSrpers 32 über eiaeo Gsng "bsx-n Eanal 64 in Verbindung. Dieser Kknal veiet ©inea in raölaler Richtung verlaufenden Teil δβ s welcher ia ö©a Schi:* ta 50 mü.ndet₉ sowie einen asial T@£lsmf©aäen T@il 68 aiisf_D welcher an der gegenüber- -li®g@nä®s Stirnseite 70 ies Tentilkörpere 32 mündet.

44 steht mit «lern Baum auierhalb des fentilkör- ©ia©B in rafilslQS¹ Rielatöng verlaufenden Banal 72 aai Sqö Sq ©,sialos; Me&taag verlaufenden T@il ies Eaeals 64 iß forbiadmago Wi© ©,m® der Zeichnuag ersichtli@h₉ niinöet ö©r laaal 72 an fier Seite der Riagnut 36 aiai erstreokt sich bis gus Aaß®aoberfläche 40 des Inneateil® 32 _o Somit steht fi©r Sehlitz 50 über den gem©iQga®@n_p in axialer Richtung verlaufenden Kanal 68 mit dem Kanal 44 is Stroauagsirastiindung. Der Kanal 46 et©Kt mit äsm Baus aisSerSialb ö®s ¥e a ti !körpers über eiasn In radialer Richtung eiQ^ö^te verlaufenden lanal 74 g welefe.es aa der Seit-θ ö@r Riagnut 38 mündet unö sich

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bis zur Außenoberfläche 40 dee Teils 32 erstreckt, sowie über einen in axialer Richtung verlaufenden Teil 76 in Verbindung, der an der Stirnseite 70 des Teils 32 mündet.

Die bei der Ventilanordnung 30 gemäß der Erfindung verwendeten Ventil-Verschlußteile haben die Porm ringförmiger elastischer Bänder 78 bzw. 80, die in den betreffenden Nuten 36 bzw. 38 angeordnet sind. Diese Bänder sind mit genügend kleinem Durchmesser ausgeführt, derart daß sie unter Zugspannung dicht .schließend gegen die Innenseiten 52 bzw. 54 der Ringnuten 36 bzw. 38 anliegen; des weiteren sind die Bänder genügend breit, daß sie die Schlitze 48 und 50 verschließen. Die Zugspannung, unter welcher die Bänder anliegen, ist solcher Art, daß sie ohne jeglichen Strömungsmitteldruck auf die Außenseiten der Bänder die Schlitze verschließen und abdijhten. Ee sei darauf hingewiesen, daß die Außenseite der Bänder in Abstand von den Außenoberflächen der Kanäle 44 und 46, d.h. von der Innenwandung 42 der Hülse 34 liegen, derart, daß die Bänder eich bei Ausübung eines Strömungsmittel« drucks auf die Schlitze 48 und 50 radial auswärts verstellen können.

Bei Verwendung der Ventilanordnung 30 für die lörderzufuhr von Analyseagentien oder Proben zu einem Analysegerät zum Zweck der Analyse der Proben werden die Teile 32 und 34 der Ventilanordnung vorzugsweise aus einem inerten and verhältnismäßig weichen Kunststoffmaterial, wie beispiels^ Polypropylen oder Penton, einem chlorierten Polyäther, hergestellt. Des weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Bänder 78 und 80 aus einem weichen, chemisch inerten Elastomer,wie beispielsweise Silikonoder Iluorsilikon-Xautschuk bestehen.

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Zur Verwendung der Ventilanordnung 30 gemäß der Erfindung in einem Pumpsystem der in Fig. 1 gezeigten Art werden der Kanal 60 mit dem Vorratsbehälter 16, der Kanal 68 mit der Pumpe 12 und der Kanal 76 mit dem Förderpunkt_y an welchen das Strömungsmittel zugeführt werden soll, verbunden. Im Betrieb arbeitet die Ventilanordnung wie folgt: Während des Ansaughubs der Pumpe bewirkt die Druckverminderung in dem Kanal 44» daß das Bxnd 78 von dem Schlitz 48 abhebt, derart, daß die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 16 durch den Kanal 56, den Schlitz 48, den Ringkanal 44 und den Kanal 64 in die Leitung 24 des Pumpsystems gelangen kann. Während'dieser Zeit ist der Schlitz 50 durch die Eigenelastizität des Bands 80 verschlossen.. Während des Druck- oder Förderhubs der Pumpe versohließt das Band 78 den Schlitz 48, während der auf der Innenseite des Bands 80 wirkende Flüssigkeitsdruck dieses Band von dem Schlitz 50 abhebt und so eine Strömungsverbindung zwischen dem Kanal 68 und dem Hingkanal 46 herstellt. Die Flüssigkeit fließt dann duroh denjRingkanal 46 und über die Kanäle 74 und 76 zu der Förderstelle· -Am Ende des Druck- bzw. Förderhubs der Pumpe verschließt das Band 80 den Schlitz 50 wieder, derart, daß sich der Pumpzyklus wiederholen kann. Es hat sich ergeben, daß die Ventilanordnung gemäß der Erfindung die Zufuhr genau bekannter vorgegebener Flüssigkeitsmengen ermöglicht, und zwar bis über ein Jahr hin, ohne daß hierbei Leckprobleme oder Störungen auftreten.

Man erkennt, daß die Wirkung der beiden durch die mit den Schlitzen 48 bzw. 50 zusammenwirkenden Bänder 78 bzw. 80 gebildeten Ventile in der Ventilanordnung 32 infolge dar Verbindung der beiden Ventile über die Leitung 68, welche den Schlitz 50 mit dem Kanal 44 verbindet, von-

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einander abhängt. Unter bestimmten umständen kann es erwünecht sein, die beiden Ventile unabhängig voneinander zu betreiben. In Pig. 4 ist für diesen Zweck eine abgewandelte Ausführungsform gezeigt, die als Ganzes mit 90 bezeichnet ist. Diese Aus führ uniform stimmt mit der Ventilanordnung 30 gemäß den Fig. 2 und 3 bis auf den Unterschied überein, daß mit dem radial verlaufenden Teilkanal 72 ein gesonderter, in axialer Richtung verlaufender Kanal 92 verbunden ist, der eine direkte Strömungsverbindungzwischen dem Ringkanal 44 und der Stirnseite 70 des Ventilkörperteils 32 bildet. Bei dieser Ausführungsform wären sowohl der Kanal 64, der mit dem Schlitz 50 verbunden ist, als auch der Kanal 92 mit der Pumpe 12 verbunden; die Ventilanordnung würde dann in der glichen Weise wie die Ventilanordnung 30 arbeiten, mit dem Unterschied, daß die beiden Ventile der Anordnung unabhängig voneinander wirken.

Ee ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Ventils äußerst einfach ist, da lediglich zwei Ringnuten in dem Teil 32 angebracht zu werden brauchen und die radial bzw. axial verlaufenden Kanäle in einfacher Weise in dem Ventilkörperteil 32 gebohrt werden können, um den gewünschten Flüssigkeitsströmungsweg durch das Ventil zu gewährleisten. Die als Ventilverschlußteile dienenden Bänder 78 und 80 werden einfach über die Stirnseiten des Ventilkörperteils 32 gestülpt und in den Ringkanälen 44 und 46 montiert. Danach wird die Hülse 44, die mit einer gewissen Preßpassung bezüglich dem Innenteil 32 ausgeführt 1st, auf diesen Innenventilkörperteil aufgezogen, um die Kanäle 44'und 46 zu beschließen. Die Ventilanordnung kann offensichtlich in einfacher Weise auseinandergenommen werden, um die Bänder 78 und 80 zu erneuern, falls dies

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nach längerem Gebrauch der Ventilanordnung erforderlich werden sollte.

nicht Die Erfindung ist selbstverständlich/auf die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte spezielle Konfiguration der Ventilanordnung beschränkt. Wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist, können die Vorteile der Erfindung mit von den gezeigten wesentlichen verschiedenen baulichen Ausgestaltungen ebenfalls erreicht werden, soweit hierbei ringförmige Kanäle mit "darin angeordneten elastischen Bändern zum Verschluß von an der Innenseite dieser Kanäle vorgesehenen Schlitzen verwendet werden. Beispielsweise könnten zwei Rintikanäle nebeneinander im der Hauptfläche einer flachen Platte vorgesehen und durch eine dicht^schließend auf die erste Platte aufgelegte zweite Platte verschlossen werden.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, denen jedoch keine einschränkende Bedeutung zukommen soll.

- Patentansprüche -

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Claims

12 156 . Η/Β Patentansprüche

1. Ventilanordnung mit einem Ventilkörper, einem in diesem vorgesehenen Schlitz und einem beweglichen Ventilverschlußteil sum Verschließen dieses Schlitzes, dadurch

" gekennzeichnet, daß in dem Ventilkörper (32, Pig. 2 bis 4) ein kontinuierlicher Kanal (44 bzw. 46) mit einer Innen- und einer Außenseitevas&Behen ist, daß der Schlitz (48 bzw. 50) an der'Innenseite des Kanals vorgesehen ist, daß als Ventilverschlußteil ein elastisches Band (78, 80) in den Kanal eingelegt ist, das gegen die Innenseite des Kanals unter Verschluß der Schlitzöffnung anliegt, und von der Außenseite des Kanals durch einen Abstand getrennt ist, und daß der Ventilschlitz, und der Kanal durch Durchlaßkanäle (56 bzw. 64 bzw. 76 bzw. 92) mit dem Raum außerhalb des Ventilkörpers (32) verbunden sind.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche, zusamme ahängende Kanal als Ring kanal (44,46) ausgebildet ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilkörper (32) zwei in sich kontinuierliche Kanäle (44 bzw. 46)

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vorgesehen sind, deren jeder an seiner Innenseite einen Schlitz (48 bzw. 50) aufweist, welcher durch ein in dem betreffenden Kanal eingelegtes elastisches Band (78 bzw. 80) verschlossen ist, und daß beide Schlitze (48 bzw. 50) und kontinuierliche Kanäle (44 bzw. 46) durch Kanaldurchlässe (56, 64, 76, 92) mit dem Raum außerhalb des Ventilkörpers verbunden sind.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper einen ersten (56) und zweiten (64) Burchlaßkanal mit von den Schlitzen (48,50) in radialer Richtung einwärts verlaufenden Teilen, sowie einen dritten (72) und vierten (76) Kanal aufweist, welche in die kontinuierlichen, geschlossenen Kanäle (44 bzw. 46) in Abstand von den elastischen Bändern (78,80) münden_β

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Kanal (64» Pig. 2) und der dritte Kanal (72) miteinander verbunden sind.

6. Ventilanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilkörper aus einem zylindrischen Innenteil

(32) und einer dieses Innenteil dicht schließend umgebenden äußeren Hülse (34) besteht, und daß die in sich geschlosssnen Kanäle (44,46) durch in dein Innenteil (32) vorgesehene Ringnuten gebildet werden, welche an der Außenseite des eylindriechen Innenteils offen sind und deren Außenseiten durch die Innenseite der Hülse (34) gebildet wird;

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7. Ventilanordnung nacbJAnspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte (72) und vierte (76) Durchlaßkanal von den Seitenwänden der Ringnuten (44,46) radial einwärts verlaufende Teile aufweisen.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Durchlaßkanäle in axialer Richtung verlaufende Teile aufweisen, Vielehe die radial verlaufenden Teile mit wenigstens einer Stirn-

* seite (62 bzw. 70) des Ventilkörperinnenteiles (32) verbinden«

9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch g e kenn ze, lehnet, daß der erste (64) und der dritte (72) Durchlaßkanal einen gemeinsamen, in axialer Richtung verlaufenden Teil (68) aufweisen«

10. Ventilanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchlaßkanäle in dem Ventilkörper (32) miteinander nur über die Ventilschlitze (48 bzw. 50) in

) Verbindung stehen.

11. Ventilanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ventilverschlußteile dienenden elastischen Bänder (78 bzw. 80) aus Silikonkautschuk bestehen.

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