DE2431135A1

DE2431135A1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE2431135A1
Application number: DE2431135A
Authority: DE
Inventors: Jan De Fries
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1976-01-15
Also published as: BR7504063A; US4066101A; FR2276520A1; CS177045B2; NL7507691A; CA1018043A; FR2276520B1; SU682154A3; DE2431135B2; GB1512385A; DE2431135C3; JPS5120122A; CH580245A5

Description

26.Juni 1974 D 4699 - dial

Festo-Maschinenfabrik Gottl. Stoll,Esslingen/N.

Mehrwegeventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrwegeventil mit einem einen von Druckmedium gesteuerten und axial verschiebbar gelagerten Hauptventilkörper enthaltenden Hauptventilraum und mit einem einen mechanisch betätigbaren Steuerventilkörper enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum mindestens eine von einer Druckmediumquelle herführende Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten

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Endstellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung verbundene Arbeitsleitung mündet. Die Erfindung "betrifft also ein Mehrwegeventil, bei dem die Steuerung des Hauptventils mittels eines Steuerventils erfolgt, das mechanisch betätigbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges ^ehrwegeventil zu schaffen, das äußerst betriebssicher arbeitet und dabei einfacher im Aufbau und billiger in der Herstellung als bekannte Mehrwegeventile ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der in axialer Sichtung neben dem Hauptventilraum angeordnete Steuerventilraum durch eine in axialer -Richtung bewegliche Trennwand von dem Hauptventilraum getrennt ist, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte erste axiale Stirnseite des Hauptventilkörpers in jeder Stellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung in Verbindung steht und der die der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite enthaltende zweite axiale Endbereich des Hauptventilkörpers mit der beweglichen Trennwand fest verbunden ist, und daß in den Steuerventilraum eine Verbindungsleitung mündet, die andererseits stets mit der ersten Stirnseite des Hauptventilkörpers in offener Verbindung steht, wobei der Steuerventilraum außerdem mit einer Steuerentlüftungsleitung verbunden ist und der Steuerventilkörper in seiner ersten Endstellung bei geöffneter Verbindungsleitung die

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Steuerentlüftungsleitung verschließt und in seiner zweiten Endstellung bei geöffneter Steuerentlüftungsleitung die Verbindungsleitung verschließt, wobei die vom Steuerventilraum aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der beweglichen Trennwand größer ist als die in umgekehrter Richtung beaufschlagbare Fläche des Hauptventilkörpers, so daß sich bei Überführen des Steuerventilkörpers aus seiner ersten Endstellung in seine zweite üoadstellung der Hauptventilkörper schnappend aus seiner ersten -ündstellung in seine zweite Endstellung überstellt und umgekehrt. Befindet sich also der Steuerventilkörper beispielsweise in seiner ersten, die Steuerentlüftungsleitung verschließenden Stellung, so steht der Steuerventilraum über die Verbindungsleitung mit der Druckleitung in Verbindung, so daß an den beiden Stirnseiten des Hauptventilkörpers in entgegengesetzten .Richtungen zwar derselbe Druck ansteht, wobei jedoch die vom Steuerventilraum aus auf den Hauptventilkörper ausgeübte Kraft die in entgegengesetzter Richtung auf den Hauptventilkörper wirkende Kraft überwiegt, so daß der Hauptventilkörper in seiner ersten Endstellung gehalten wird. Wird nun der Steuerventilkörper mechanisch betätigt und dabei in Richtung auf seine zweite, die Verbindungsleitung verschliessende Stellung hin bewegt, so wird dadurch die Steuerentlüftungsleitung frei gegeben, wobei schon nach einem verhältnismäßig

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kurzen Betätigungsweg der freie Querschnitt der Steuerentlüftungsleitung einen solchen Betrag annimmt, daß der statische Druck im Steuerventilraum den Hauptventilkörper nicht mehr in seiner ersten ündstellung halten kann, so daß sich der Hauptventilkörper schon bevor der Steuerventilkörper vollständig in seine zweite ündstellung überführt ist, schnappend auf seine zweite Endstellung hin bewegt. Zu dem einfachen Aufbau und der Betriebssicherheit tritt also noch der Vorteil einer äußerst kurzen Schaltzeit hinzu. Besonders zweckmäßig ist es, daß das Gehäuse des Mehrwegeventils eine axiale zylindrische Ausnehmung besitzt, die durch eine mit ihrem Außenumfang fest eingespannte und die bewegliche Trennwand darstellende Membran aus elastischem Material in den Hauptventilraum und in den Steuerventilraum unterteilt ist und die Druckleitung an der stirnseitigen Begrenzungsfläche ihrer axialen Ausnehmung zentral in diese einmündet, wobei die einerseits von der Druckleitung und andererseits von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung begrenzte Ringfläche der stirnseitigen Begrenzungsfläche als Ventilsitz für die als erste Dichtfläche ausgebildete erste Stirnseite des Hauptventilkörpers ausgebildet ist, der eine axiale Durchgangsbohrung als Verbindungsleitung aufweist, wobei am äußeren Umfang des zweiten axialen ü.ndbereiches des Hauptventilkörpers der innere umfang der Membran befestigt ist und wobei der Steuerventilkörper zentral im Steuer-

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ventilraum angeordnet ist und eine der Mündung der Durchgangsbohrung zugeordnete dritte Dichtfläche sowie eine vierte Dichtfläche aufweist, die der zentral im der Membran in axialer Richtung gegenüberliegenden Deckel des Steuerventilraumes angeordneten Steuerentlüftungsleitung zugeordnet ist_o In diesem Falle ist also der Hauptventilkörper mittels der Membran schwebend und somit reibungsfrei aufgehängt, wobei die Bewegungsrichtung sowohl des Hauptventilkörpers als auch des Steuerventilkörpers axial gerichtet ist und infolge der axialen Anordnung der Verbindungsleitung im Hauptventilkörper sichergestellt ist, daß sich die Mündung der Verbindungsleitung in den Steuerventilraum beim Überführen des Hauptventilkörpers aus seiner ersten Endstellung in seine zweite £ndstellung auf den sich in entgegengesetzter Richtung bewegenden Steuerventilkörper hin bewegt, so daß die Abnahme des statischen Druckes im Steuerventilraum aufgrund der Betätigung des Steuerventilkörpers nicht nur die reine Schaltbewegung des Hauptventilkörpers bewirkt sondern auch, daß die Verbindungsleitung zum Steuerventilrau« hin sehr schnell abgeschlossen wird, da sich ja in diesem Falle die Mündung der Verbindungsleitung und die zugeordnete Dichtfläche am Steuerventilkörper aufeinander zu bewegen. Die Schaltbewegung

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des Hauptventilkörpers wirkt also/zusagen selbst auf ihre Ursache schaltbegünstigend ein und die Schaltzeit wird hierdurch besonders kurz und außerdem tritt durch das sehr schnelle Ver-

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schließen der Mündung der Verbindungsleitung kein Dauerverbrauch des Druckmediums auf.

In einfachster Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils kann dieses außer der in den Hauptventilraum mündenden Druckleitung nur noch die ebenfalls in den Hauptventilraum mündende Arbeitsleitung aufweisen, das Mehrwegeventil kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß es zusätzlich noch eine Hauptentlüftungsleitung besitzt, wobei die Arbeitsleitung je nach der Stellung des Hauptventilkörpers entweder mit der Druckleitung oder mit der Hauptentlüftungsleitung verbunden ist. Vorteilhafterweise ist hierbei die Mündung der Arbeitsleitung in den Hauptventilraum in der stirnseitigen Eingflache angeordnet und die Hauptentlüftungsleitung mündet in axialer Sichtung gesehen zwischen der Arbeitsleitung und der Membran in den Hauptventilraum, wobei von derzylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung an einer zwischen der Mündung der Arbeitsleitung und der Mündung der Hauptentlüftungsleitung liegenden Stelle ein ringförmiger Absatz in radialer dichtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie des Hauptventilkörpers mit Spiel umgreift, dessen von seiner verjüngten Partie zur stirnseitigen fiingfläche hin gerichtete Partie einen radial gerichteten und die erste Dichtfläche sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Dichtfläche tnthaltenden Bund aufweist, des-

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sen axiale Abmessung kleiner ist als der Abstand des ringförmigen Absatzes von der den Hauptventilraum begrenzenden stirnseitigen Ringfläche und dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des ringförmigen Absatzes und der in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers an der stirnseitigen -Ringfläche abdichtend anliegt, während er in der zweiten Endstellung des Hauptventilkörpers an den ringförmigen Absatz abdichtend anliegt. Der Bund stellt also einen Doppelventilsitz dar, wobei in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers bei offener Verbindung zwischen der Arbeitsleitung und der Hauptentlüftungsleitung die erste Dichtfläche die Druckleitung zur Arbeitsleitung hin abschließt, während in der zweiten Endstellung des Hauptventilkörpers bei geöffnetem Übergang von der Druckleitung zur Arbeitsleitung die Arbeitsleitung von der Hauptentlüftungsleitung abgeschlossen ist. In jedem der bis jetzt aufgeführten -Fälle ist es besonders zweckmäßig, daß die den Hauptventilraum begrenzende stirnseitige Ringfläche die Gestalt eines sich zum Hilfsventilraum erweiternden Konus besitzt und die Gestalt der ersten Dichtfläche ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet ist, wobei der Bund des Hauptventilkörpers eine aus elastischem Material bestehende und mindestens die erste Dichtfläche aufweisende Umhüllung besitzt. Hierbei kann die stirnseitige Ringfläche um etwa 15° gegen die radiale -dichtung geneigt sein und der Bund einen inneren Stempel aus hartem Material aufweisen, dessen der Druckleitung zugewandte Stempel-

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fläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilkörpers verläuft, wobei die den Stempel in sich aufnehmende Umhüllung aus elastischem Material im Bereich der ersten Dichtfläche eine in radialer Richtung beaufschlagbare Ringfläche besitzt, die den Anfang der Verbindungsleitung bildet. Infolge der derartigen Ausbildung der stirnseitigen Ringfläche und des Bundes ist gewährleistet, daß die erste Dichtfläche des Hauptventilkörpers nicht nur in axialer -dichtung sondern auch in radialer dichtung federnd gegen die stirnseitige Ringfläche gedrückt wird, so daß man eine besonders gute Abdichtung erhält. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß bei sich in seiner ersten i^ndstellung befindlichem Hauptventilkörper ein evtl. auftretender Druckstoß in der Druckleitung kein Abheben der ersten Dichtfläche von der stirnseitigen Ringfläche bewirkt sondern daß bei einem plötzlichen Druckanstieg in der Druckleitung die Umhüllung auch in radialer Richtung nach außen gepreßt wird, wodurch sozusagen eine Keilwirkung eintritt.

Zur weiteren Verbesserung des Schnappverhaltens des erfindungsgemäßen J^ehrwegeventils kann vorgesehen sein, daß der Hilfsventilkörper aus einem scheibenartigen Kern mit einer diesen vollständig umschließenden Ummantelung aus elastischem Material besteht, wobei die Ummantelung einen Durchbruch für einen einerseits mit dem Kern fest verbundenen und andererseits durch die

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Steuerentlüftungsleitung nach außen vorstehenden Betätigungsstift besitzt. Bei dieser Ausführungsform wird nämlich zunächst, wenn der B_etätigungsstift bei sich in seiner ersten Endstellung befindlichen Steuerventilkörper betätigt wird, zwar die der Verbindungsleitung zugeordnete Dichtfläche des Hilfsventilkörpersauf die Verbindungsleitung hin bewegt, die Hilfsentlüftungsleitung bleibt jedoch infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung noch verschlossen, und erst nach einer gewissen axialen Dehnung des Hilfsventilkörpers hebt dieser schnappend von der Hilfsentlüftungsleitung ab und entspannt sich, so daß schon unmittelbar nach der Freigabe der Hilfsentlüftungsleitung die Verbindung si ei tu ng verschlossen wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, z.B. bezüglich der Ausbildung der Membran, in der ^eichnungsbeSchreibung aufgeführt sind. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines Mehrwegeventils, in dessen Gehäuse eine axiale zylindrische Ausnehmung 1 angeordnet ist, in die eine Druckleitung 2 einmündet, die über einen ersten Anschluß 3 mit einer Druckquelle verbindbar ist. In die axiale Ausnehmung 1 mündet außerdem noch eine Arbeitsleitung 4, die außerhalb der Zeichenebene über im Inneren des Gehäuses 1 verlaufende Kanäle, deren Mündungen bei 5 sichtbar sind, mit einem zweiten, z.B. zu einem Arbeitszylinder führenden Anschluß 6 verbunden ist. Schließlich

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führt von einem dritten Anschluß 7 herkommend auch noch eine Hauptentlüftungsleitung 8 bis zu der axialen Ausnehmung 1. Mittels des dargestellten Mehrwegeventils kann nun die Arbeitsleitung 4 entweder mit der Druckleitung 2 oder mit der Hauptentlüftungsleitung 8 in Verbindung gebracht werden. In der unteren Hälfte der Figur ist die Stellung des Ventiles dargestellt, in der bei abgedichtetem Übergang zwischen der Druckleitung 2 und der Arbeitsleitung 4 diese mit der Hauptentlüftungsleitung 8 verbunden ist, während die obere Hälfte der Figur die stellung des Ventils zeigt, in der die Druckleitung 2 mit der Arbeitsleitung 4 verbunden ist, wobei gleichzeitig die Arbeitsleitung 4 gegen die Hauptentlüftungsleitung 8 abgedichtet ist. Die axiale zylindrische Ausnehmung 1 ist durch eine mit ihrem Außenumfang fest eingespannte Membran 1o in einen Hauptventilraum 11 und in einen Steuerventilraum 12 unterteilt, die Membran 1o stellt also eine in axialer -Sichtung bewegliche Trennwand dar. Im Hauptventilraum 11 befindet sich ein Hauptventilkörper 9» dessen erste axiale Stirnseite 13 stets mit der Druckleitung 2 in Verbindung steht. Der der ersten Stirnseite 13 gegenüberliegende zweite axiale Endbereich 14 des Hauptventilkörpers 9 ist mit der Membran 1o fest verbunden. Der Hauptventilkörper 9 ist also mittels der Membran 1o schwebend aufgehängt und er ist zwischen zwei Endstellungen hin und her verschiebbar, wobei seine erste Endstellung in der unteren Hälfte und seine zweite Endstellung in der oberen Hälfte der Figur gezeigt ist. Der Steuerventilraum

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12 steht mit der ersten Stirnseite 13 des Hauptventilkörpers über eine Verbindungsleitung 15 in Verbindung, die als Durchgangsbohrung den Hauptventilkörper 9 in axialer -dichtung durchdringt. Der Mündung der "Verbindungsleitung 15 in den Steuerventilraum 12 ist ein Steuerventilkörper 16 zugeordnet, dieser Steuerventilkörper 16 gibt in seiner ersten Endstellung, die in der unteren Hälfte der Figur gezeigt ist, die Mündung der Verbindungsleitung 15 frei, während er in seiner zweiten .endstellung, die in der oberen Hälfte der Figur gezeigt ist, die Verbindungsleitung 15 verschließt. In den Hilfsventilraum 12 mündet außer der Verbindungsleitung 15 noch eine Hilfsentlüftungsleitung 17» die in der ersten Endstellung des Hilfsventilkörpers 16 von diesem verschlossen wird und bei sich in seiner zweiten Endstellung befindlichem Steuerventilkörper 16 geöffnet ist. Wie aus der Figur ferner ersichtlich ist, ist die' vom Steuerventilraum 12 aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der aus einem elastischem Material bestehenden Membran größer als die in umgekehrter dichtung beaufschlagbare Fläche des Hauptventilkörpers 9» so daß der Hauptventilkörper 9 in seiner ersten Endstellung von dem bei geschlossener Hilfsentlüftungsleitung I? im Hilfsventilraum 12 anstehenden Druck gehalten wird, während der an seiner erBten Stirnseite 13 wirksame Druck ihn in seiner zweiten Endstellung hält, in der der Steuerentlüftungsraum 12 entlüftet ist. Der Hauptventilkörper 9 besitzt zwei Dichtflächen, nämlich eine erste Dichtfläche, die von der ersten Stirnseite 13 gebildet wird und der die als

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Ventilsitz ausgebildete und die Mündung der Arbeitsieitung 4 enthaltende Ringfläche 2o zugeordnet ist, die einerseits von der Mündung der Druckleitung 2 und andererseits von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung 1 begrenzt wird, und eine zweite dichtfläche 21, die an einem Bund 22 des Hauptventilkörpers 9 der ersten Stirnseite 13 gegenüberliegt und einem ringförmigen Absatz 23 zugeordnet ist, der von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung 1 in radialer Richtung nach innen hin vorsteht. Die axiale Ausdehnung des Bundes 22 ist kleiner als der Abstand des ringförmigen Absatzes 23 von der ^ingfläche 2o und der Durchmesser des Bundes 22 ist größer als der Innendurchmesser des Absatzes 23. Der Übergang von der Druckleitung 2 zu der Arbe its leitung 4 wird also von der ersten Dichtfläche 13 und der Übergang von der Arbeit sleitung 4 zu der Hauptentlüftungsleitung 8 von der zweiten Dichtfläche 21 beherrscht. Hierbei besitzen die Ringflache 2o sowie die erste dichtfläche 13 jeweils die Gestalt eines sich zum Hilfsventilraum 12 hin erweiternden Konus, wobei die ■Ringfläche 2o und die erste Stirnseite 13 um etwa 15° gegen die radiale Richtung geneigt sein können und der Bund 22 eine aus elastischem Material, beispielsweise aus Polyuretan bestehende Umhüllung 25 aufweist, die einen inneren Stempel 26 umschließt, dessen der Druckleitung 2 zugewandte Stempelfläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilkörpers verläuft. Die Umhüllung 25 bildet außerdem mit ihrer in radialer Richtung beauf-

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schlagbaren Ringflache 27 den Anfang der Verbindungsleitung 15· Auch die zweite Dichtfläche 21 des Hauptventilkörpers 9 sowie der dieser zugeordnete Absatz 23 besitzen eine konische Gestalt und sind hierbei entgegengesetzt geneigt, wie die Ringfläche 2o und die erste -^ichtflache 13 des Hauptventilkörpers 9. ^Äuf den Zweck der konischen Ausbildung der Dichtflächen wird weiter unten bei der Beschreibung der Funktionsweise des ^mehrwegeventils noch eingegangen werden. Mit der Umhüllung 25 des Bundes 22 sind Zentrierarme 3o einstückig verbunden, deren von der Umhüllung 25 abgewandte Enden durch einen acsten -^inspannring 31 ebenfalls einstückig miteinander verbunden sind. Dabei sind die Zentrierarme 3o gleichmäßig über den Umfang verteilt und der erste Einspannring 31 ist an der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung 1 fest verspannt, wobei der erste Einspannring 3I an dem Absatz 23 anliegt, der Bestandteil eines hülsenartigen Einsat zkörpers 32 ist. Der hülsenartige Einsatzkörper 22 liegt mit seinem Umfang an der Mantelfläche der axialen zylindrischen Ausnehmung 1 an und besitzt äußer dem Absatz 23 noch einen radial nach innen hin vorstehenden Ring 33» wobei die den ringförmigen Absatz 23 mit dem Ring 33 verbindende Mantelpartie des Einsatzkörpers 32 zur verjüngten Partie 34- des Hauptventilkörpers hin über den gesamten Umfang eingebeult ist, so daß zwischen der eingebeulten Mantelpartie und der Mantelfläche der axialen Ausnehmung ein mit der Hauptentlüftungsieitung 8 verbundener Ringspalt 35 vorhanden ist, der über Entlüftungsbohrungen 36 in der einge-

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beulten ^antelpartie mit dem Hauptventilraum 11 verbunden ist. Der Einsatzkörper 32 besitzt außerdem noch einen zylindrischen Fortsatz 37» an dessen Innenumfang der üußenumfang der Membran 1o anliegt, die in axialer -dichtung gesehen einerseits gegen den Ring 33 des Einsatzkörpers 32 und andererseits gegen einen zweiten Einspannring 38 verspannt ist, der über Zentrierarme einstückig mit einer elastischen Ummantelung 4o des Hilfsventilkörpers 16 verbunden ist. Als Material für die von der Ummantelung 4o des Steuerventilkörpers, den Zentrierarmen 39 und dem zweiten -& ins ρ annring 38 gebildete Einheit ist ebenfalls Polyuretan vorgesehen wie für die von der Umhüllung 25 des Hauptventilkörpers, den Zentrierarmen 3o und dem ersten Einspannring 31 gebildete Einheit. Sowohl der zweite Einspannring 38 als auch der zylindrische -Portsatz 37 des Einsatzkörpers 32 werden in axialer dichtung von einem Deckel 41 begrenzt, der die oteuerentlüftungsleitung 17 enthält und außerdem den Steuerventilraum 12 abschließt. Das Befestigen der Membran 1o am Hauptventilkörper 9 erfolgt durch Verspannen zwischen zwei radial gerichteten Vorsprüngen 42 und 43 am Häuptvantilkörper. Die Membran 1o selbst besitzt in radialer dichtung gesehen außer ihrer am Hauptventilkörper befestigten ersten verstärkten Ringzone und ihrer zwischen dem Hing 33 und dem zweiten Einspannring 38 verspannten dritten verstärkten Ringzone noch eine zweite verstärkte Hingzone, die sich zwischen der ersten und der dritten Ringzone befindet, wobei die erste und die zweite verstärkte Ringzone über eine erste gelenkartige dünnere Ringzone 45 und die zweite und die dritte verstärkte Ringzone über eine zweite gelenkartige

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dünnere Singzone 44 miteinander verbunden sind. Die Membran 1o weist also außer guten Zentriereigenschaften noch eine sehr große Beweglichkeit auf. Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, stehen sämtliche verstärkten Ringzonen zum Hilfsventilraum hin vor. Bezüglich der aus Polyuretan bestehenden Membran soll noch erwähnt sein, daß der dem Hauptventilraum 11 zugewandte radiale Vorsprung 42 des Hauptventilkörpers außer der ersten verstärkten Ringzone auch die erste verdünnte Ringzone 45 zum Hauptventilraum hin abdeckt, wobei der Vorsprung dem Ring 33 des .Einsatzkörpers 32 gegenüberliegt und diesen mit geringem Spiel umgreift, wodurch insgesamt die Membran besonders gut gehaltert ist.

Bis jetzt ist lediglich der konstruktive Aufbau des Mehrwegeventils beschrieben worden. Im folgenden soll nun auf die Wirkungsweise des Mehrwegeventils eingegangen werden. Befindet sich der Hauptventilkörper 9 sowie der Hilfsventilkörper 16 jeweils in der ersten ^ndstellung, wie es in der unteren Hälfte der Figur dargestellt ist, so steht die Arbeitsleitung 4, die über mehrere über den Umfang verteilte Abzweigungen in die stirnseitige Ringfläche 2o münden kann, mit der -^ntlüftungsleitung in Verbindung, während die Mündung der Druckleitung 2 zur Arbeitsleitung 4 hin verschlossen ist. Der Hilfsventilraum 12 steht über die Verbindungsleitung 15 unter Druck, da die Hilfs-

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entlüftungsleitung 17 von dem Steuerventilkörper 16 verschlos-

25 sen ist. Dabei ist die üingflache 27 der Umhüllung/des Hauptventilkörpers mit Druck beaufschlagt, so daß eine radiale Dehnung der Umhüllung 25 gegeben ist. Hierdurch und infolge des konischen Ventilsitzes ergibt sich eine besonders gute Abdichtung, die durch die rechtwinklig zur Längsachse des Ventils verlaufende Stempelfläche des Stempels 26 noch begünstigt wird. Der Hauptventilkörper 9 befindet sich auch bei fehlendem Druck in der Druckleitung 2 in seiner ersten ^ndstellung, da die Membran 1o in ihrer der ersten -c-ndstellung des Hauptventilkörpers entsprechenden Stellung hergestellt ist. Außerdem besitzen auch die beiden die ^entrierarme 3o bzw. 39 des Hauptventilkörpers bzw. des Steuerventilkörpers enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile -^ndst eilungen, die der ersten -tindstellung bzw. der zweiten -^ndstellung des Hauptventilkörpers entsprechen, so daß der Hauptventilkörper, wenn er sich in seiner ersten -t-ndstellung befindet, bei Abschalten des Druckes auch von den Zentrierarmen 3o und 39 weiterhin in seiner ersten -^ndstellung gehalten wird. Will man nun den Hauptventilkörper 9 in seine zweite -^ndstellung, die in der oberen Hälfte der i'igur dargestellt ist, überführen, so muß hierzu der Hilfsventilkörper 16 betätigt werden. Zur Betätigung von außen her besitzt der Hilfsventilkörper 16 außer seiner elastischen Ummantelung 4o einen scheibenartigen Kern 5o, der mit einem Betätigungsstift 5^ fest verbunden ist und einen Durch-

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"bruch 52 der Ummantelung 4o mit opiel durchgreift sowie durch die Steuerentlüftungsleitung I7 nach außen vorsteht, Dadurch, daß die am Ulfsventilkörper 16 vorhandene vierte Dichtfläche 53 mit dem Deckel 4-1 einen kleinen winkel von z.B. 5 bildet und infolge des vorhandenen üpiels zwischen dem ^etätigungsstift 51 und der Ummantelung 4o sind auch am Hilfsventilkörper 16 verschleißfeste Verhältnisse geschaffen und durch Ausüben einer Betätigungskraft auf den Betätigungsstift 5I bewegt sich zunächst lediglich die der vierten Dichtfläche 53 gegenüberliegende dritte Dichtfläche 54 auf die Verbindungsleitung I5 zu, während die vierte Dichtfläche 53 noch an den Deckel angeschmiegt ist und die Hilfsentlüftungsleitung I7 verschließt. Dies wira infolge der elastischen Ausbildung der Ummantelung 4o ermöglicht. Mit der Zeit treten nun erste Undichtigkeiten an der Mündung der Hilfsentlüftungsleitung I7 auf, wodurch der statische Druck im Hilfsventilraum abnimmt. Dadurch muß zum weiteren Verschieben des Betätigungsstiftes 5^ eine geringere Betätigungskraft aufgebracht werden als zuvor, da ja die der Betätigungskraft entgegengerichtete Kraft hierdurch abnimmt. Erreicht der statische Druck im Hilfsventilraum 12 einen bestimmten «lert, so wird schließlich der Hauptventilkörper aufgrund der von dem Druckmedium.in der Druckleitung 2 auf ihn ausgeübten Kraft schnappend, aus seiner ersten -^nds te llung in seine zweite -^ndstellung überführt. Dabei erhöht die in der Membran und in den Zentrierarmen vorhandene Vorspannung die

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Schnappwirkung. Für das durchschalten des Hauptventilkörpers mitbestimmend ist der Druckabfall im Bereich des Übergangs von der ^-rbeitsleitung zur fiauptentlüftungsleitung während des Schaltens. Das Ventil besitzt sozusagen den Charakter eines Rückschlagventils. Nach Durchlaufen der durch die Druckausbreitung rasch erreichten Mittelstellung wirkt der Hauptventilkörper als gegen die Hauptentlüftungsleitung schliessende selbsttätige Klappe. Der Schaltvorgang erfolgt äußerst schnell, wobei charakteristische Meßwerte unter 3 Millisekunden liegen» Der Schaltvorgang erfolgt auch deshalb sehr schnell, da sich Ja der Hauptventilkörper während des Schaltvorgangs auf den Hilfsventilkörper zu bewegt, wodurch der zum Schalten notwendige Betäfcigungshub des Betätigungsstiftes 5^ verkürzt wird, »fahrend des S ehalt vor gangs erfolgt im Hilf sventilraum durch die Bewegung der Membran 1o eine leichte Kompression, was auf den ochaltvorgang leicht dämpfend wirkt. Es ist klar, daß zum Erreichen einer äußerst kurzen ochaltzeit das Volumen des Hilfsventilraumes 12 klein gehalten werden muß, damit schnelle Lade- und -Entladevorgänge vonstatten gehen können. Weiterhin ergibt sich, daß zwar theoretisch, wie bei allen durch nicht-.Überdeckungsfreie Hilfsventile angesteuerten Ventilsystemen, am Hilfsventil ein Dauerluftverbrauch auffeeeten kann, ein solcher Dauerluftverbrauch tritt bei dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil in der Praxis jedoch nicht oder nur kaum nachweisbar auf. Der Schaltvorgang wird schließlich durch das Ver-

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drängen des restlichen Druckmediums aus dem Hilf sven tür aum beendet, wonach die zweite dichtfläche 21 der Umhüllung 25 des Hauptventilkörpers an dem Absatz 23 zwischen der Arbeitsleitung 4 und der Hauptentlüftungsleitung 8 anliegt und die dritte dichtfläche 54- des Steuerventilkörpers 16 an die Mündung der Verbindungsleitung 15 angeschmiegt ist. Zur Zurückführung des Hauptventilkörpers 9 aus seiner zweiten Endstellung in seine erste -^ndstellung ist es lediglich erforderlich, entweder den Betätigungsstift 5^ zurückzuziehen oder diesen einfach loszulassen, was deshalb ausreichend ist, da ja auf den Hilfsventilkörper 16 durch die Verbindungsleitung 15 hindurch das Druckmedium einwirkt und außerdem die elastische Aufhängung des Hilfsventilkörpers eine elastische Rückstellkraft ausübt. Da, wie schon erwähnt, sämtliche stationäre Teile in axialer dichtung gegeneinander verspannt sind, können sich diese während der verschiedenen Schaltvorgänge nicht bewegen, so daß si^kei- h.em Verschleiß ausgesetzt sind. Erwähnt soll noch sein, daß, befindet sich der Hauptventilkörper in seiner ersten Jündstellung, auch ein plötzlicher Druckanstieg in der Druckleitung 2 die erste Stirnseite 13 nicht von ihrem Ventilsitz abhebt, obwohl die Druckwelle, bevor sie den Steuerventilraum 12 erreicht, zuerst auf die erste Stirnseite 13 auftrifft. Eine an der ersten Stirnseite ankommende Druckwelle wirkt nämlich nicht nur in axialer dichtung auf den Hauptventilkörper ein, sie übt vielmehr auch auf die Ringfläche 27 der Umhüllung 25 eine radial ge-

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richtete kraft aus, die die Umhüllung 25 fest gegen den Ventilsitz preßt. Zur Erhöhung der °icherheit in bezug auf ein evtl. kurzes Abheben der ersten Stirnseite 1j5 von ihrem Ventilsitz bei einer plötzlichen -Druckwelle kann man auch in der Druckleitung 2 einen speicher oder ein Tiefpaßfilter anordnen, womit erreicht wird, daß der Druckwelle eine Frontwelle vorausgeht, die ausreicht, sowohl vom oteuerventilraum 12 her als auch über die Ringfläche 27 eine genügende Schließkraft zu erzeugen. Als letzte vorteilhafte Maßnahme sei noch erwähnt, daß die Betätigung des -^etätigungsstif tes 51 über ein elastisches Glied, z.B. über eine Blattfeder 56 und eine geeignete Kraftübertragung erfolgen kann, wodurch das sprunghafte ochaltverhalten noch ausgeprägter wird.

Obige Ausführungen haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Kehrwegeventil sehr einfach im Aufbau und daher billig in der Herstellung ist und trotzdem sämtliche an ein derartiges Ventil zu stellende Bedingungen auf optimale Weise erfüllt. Die Erfindung betrifft nicht nur, wie in der Zeichnung dargestellt, Dreiwegeventile, denn, denkt man sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Hauptentlüftungsleitung weg, auch das dann entstehende Zweiwegeventil voll funktionstüchtig ist.

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Claims

Ansprüche

Μ. Mehrwegeventil mit einem einen von Druckmedium gesteuerten und axial verschiebbar gelagerten Hauptventilkörper enthaltenden Hauptventilraum und mit einem einen mechanisch beiätigbaren Steuerventilkörper enthaltenden Steuerventilraum, wobei in den Hauptventilraum mindestens eine von einer Druckmediumquelle herführende Druckleitung und eine in der ersten Endstellung des Hauptventilkörpers von der Druckleitung abgeschlossene und in der zweiten -^ndstellung des Hauptventilkörpers mit der druckleitung verbundene Arbeitsleitung mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der in axialer ^xtichtung neben dem Hauptventilraum (11) angeordnete .Steuerventilraum (12) durch eine in axialer ^xiichtung bewegliche Trennwand (Membran 1o) von dem Hauptventilraum (11) getrennt ist, wobei die der beweglichen Trennwand abgewandte erste axiale Stirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) in Jeder Stellung des Hauptventilkörpers mit der Druckleitung (2) in Verbindung steht und der die der ersten Stirnseite (13) gegenüberliegende zweite Stirnseite enthaltende zweite axiale Endbereich des Hauptventilkörpers (9) mit der beweglichen Trennwand (Membran 1o) fest verbunden ist, und daß in den Steuerventilraum (12) eine Verbindungsleitung (15) mündet, die andererseits stets mit der ersten Stirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) in offener Verbindung steht, wobei der

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oteuerventilraum (12) außerdem mit einer oteuerentlüftungsleitung (17) verbunden ist und der oteuerventilkörper (16) in seiner ersten -ündstellung bei geöffneter Verbindungsleitung (15) die oteuerentlüftungsleitung (17) verschließt und in seiner zweiten -c-ndstellung bei geöffneter Steuerentlüftungsleitung (17) die Verbindungsleitung (15) verschließt, wobei die vom Steuerventilraum (12) aus mit Druckmedium beaufschlagbare Fläche der beweglichen Trennwand (Membran 1o) größer ist als die in umgekehrter -dichtung beaufsdiagbare Fläche des Hauptventilkörpers O)₅ so daß sich bei Überführen des Steuerven tilkörpers (16) aus seiner ersten Jindstellung in seine zweite ■kndstellung der Hauptventilkörper (9) schnappend aus seiner ersten -^ndstellung in seine zweite ^ndstellung überstellt und umgekehrt.
2. Itehrwegeventil nach -"-nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ^ehäuee des ^ehrwegeventils eine axiale zylindrische Ausnehmung (1) besitzt, die durch eine mit ihrem -a-ußenumfang fest eingespannte und die bewegliche Trennwand darstellende Membran (1o) aus elastischem Material in den Hauptventilraum (11) und in den Steuerventilraum (12) unterteilt ist und die Druckleitung (2) an der stirnseitigen Begrenzungsfläche der axialen Ausnehmung (1) zentral in diese einmündet, wobei die einerseits von der Druckleitung (2) und andererseits von der

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zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) begrenzte jÄingfläche (2o) der stirnsei"cigen Begrenzungsfläche als Ventilsitz für die als erste Dichtfläche ausgebildete erste otirnseite (13) des Hauptventilkörpers (9) ausgebildet ist, der eine
axiale Durchgangsbohrung als Verbindungsleitung (I5) aufweist,
wobei am äußeren Umfang des zweiten axialen ^ndbereich des Eauptventilkörpers (9) der innere Umfang der Membran (1o) befestigt
ist und wobei der Steuerventilkörper 06) zentral im Steuerventilraum (12) angeordnet ist und eine der Mündung der Durchgangsbohrung (15) zugeordnete dritte Dichtfläche sowie eine vierte
Dichtfläche aufweist, die der zentral im der Membran (1o) in
axialer ^xtichtung gegenüberliegenden Deckel (41) des Steuerventilraumes (12) angeordneten Steuerentlüftungsleitung (17) zugeordnet ist.
3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Arbeitsleitung (4) in den Hauptventilraum (11) in der stirnseitigen Ringfläche (2o) angeordnet ist
und in axialer -^ichtung gesehen zwischen der Arfeeitsleitung (4) und der Membran (1o) eine Hauptentlüftungsleitung (8) in den
Hauptventilraum (11) mündet, wobei von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) an einer zwischen der Mündung der Arbeitsleitung (4) und der Mündung der Hauptentlüftungsieitung (8) liegenden Stelle ein ringförmiger Absatz (23) in radi-

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aler -Dichtung nach innen hin vorsteht und eine verjüngte Partie (34) des Hauptventilkörpers (9) mit opiel umgreift, dessen von seine:pverjungten Partie (34-) zur stirnseitigen Ringfläche (2o) hin gerichtete Partie einen radial gerichteten un-d die erste dichtfläche (13) sowie eine dieser gegenüberliegende zweite Dichtfläche (21) enthaltenden Bund (22) aufweist, dessen axiale Abmessung kleiner ist als der Abstand des ringförmigen Absatzes (23) von der den Hauptventilraum (11) begrenzenden stirnseitigen Hingfläche (2o) und dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des ringförmigen Absatzes (23) und der in der ersten -^ndstellung des Hauptventilkörpers (9) an der stirnseitigen Ringfläche (2o) abdichtend anliegt, während er in der zweiten iyadstellung des Hauptventilkörpers an dem ringförmigen Absatz (23) abdichtend anliegt.
4. ^ehrwegeventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den HauptventiIraum (11) begrenzende stirnseitige Ringfläche die Gestalt eines sich zum Hilfsventilraum (12) hin erweiternden Konus besitzt und die Gestalt der ersten Dichtfläche (13) ebenfalls entsprechend konisch ausgebildet ist, wobei der Bund (22) des Hauptventilkörpers (9) eine aus elastischem Material bestehende und mindestens die erste dichtfläche (13) aufweisende Umhüllung (25) besitzt.

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5. Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Hingfläche (2o) um etwa 15 gegen die radiale •dichtung geneigt ist.
6. Mehrwegeventil nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (22) einen inneren Stempel (26) aus hartem Material aufweist, dessen der Druckleitung (2) zugewandte Stempelfläche rechtwinklig zur Längsachse des Hauptventilkörpers (9) verläuft und daß die den »Stempel (26) in sich aufnehmende Umhüllung (25) aus elastischem Material im Bereich der ersten dichtfläche (15) eine in radialer Richtung beaufschlagbare Ringfläche (27) besitzt, die den Anfang der Verbindungsleitung (15) bildet.
7. ^ehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtfläche (21) der aus flexiblem Material bestehenden Umhüllung (25) des Bundes (22) sowie die der zweiten Dichtfläche (21) zugewandte und als "Ventilsitz ausgebildete Fläche des ringförmigen Absatzes (23) konisch und hierbei entgegengesetzt geneigt verlaufen wie die stirnseitige Ringfläche (2o) und die erste Dichtfläche (13).
8. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die ^Membran (1o) durch Verspannen zwischen zwei radial gerichteten Vorsprüngen (42,43) am Hauptventilkör-

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- 26 per (9) au diesem befestigt ist.
9· Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsventilkörper (16) aus einem scheibenartigen üern (5o) mit einer diesen vollständig umschließenden Ummantelung (4o) aus elastischem Material besteht, wobei die Ummantelung (4o) einen Durchbruch (52) für einen einerseits mit dem Kern (5o) festverbundenen und andererseits durch die Steuerentlüftungsleitung (17) nach außen vorstehenden Betätigungsstift (51) besitzt.
10. Mehrwegeventil nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnseite des Hauptventilkörpers (9) mit der dritten Dichtfläche (54) bzw. die die Steuerentlüftungsleitung (17) enthaltende Partie des Deckels (41) mit der vierten Dichtfläche (55) des Hilfsventilkörpers (16) einen kleinen Winkel von z.B. 5° miteinander bilden.
11. ^ehrwegeventil nach Anspruch 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch (52) der Ummantelung (4o) den Betätigungsstift (51) Hiit Spiel umgreift.
12. kehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) in radialer -dichtung von innen nach außen aufeinanderfolgend eine am Hauptventilkörper

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(9) bef^es^iS^^e erste verstärkte Hingzone, eine erste gelenkartige dünnere Ringzone (45), eine zweite verstärkte Hingzone, eine zweite gelenkartige dünnere Hingzone (44) und eine dritte verstärkte Ringzone "besitzt, die fest eingespannt ist.
13· Mehrwegeventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten Ringzonen jeweils in bezug auf die benachbarten dünneren Hingzonen zum Hilfsventilraum hin vorstehen.
14. Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) in ihrer der ersten &ndstellung des Hauptventilkorpers (9) entsprechenden Stellung hergestellt ist.
15· Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1o) aus Polyuretan besteht.
16. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hauptventilraum (11) zugewandte radiale "Vorsprung (42) des Hauptventilkorpers, zwischen dem und dem dem Hilfsventilraum zugewandten radialen Vorsprung (43) des Hauptventilkorpers die erste verstärkte Hingzone der Membran

(10) verspannt ist, außer der ersten verstärkten Ringzone auch die erste verdünnte Hingzone (45) zum Hauptventilraum hin abdeckt und daß von der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausneh-

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mung (1) radial nach innen Mn ein Ring (33) vorsteht, der in der ersten -rindstellung des Hauptventilkörpers (9) clem dem Hauptventilraum zugewandten radialen Vorsprung (4-2) des Hauptventilkörpers gegenüberliegt und diesen mit geringem Spiel umgreift.
17· Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Hauptventilkörper (9) und am Steuerventilkörper (16) jeweils radial gerichtete und über den Umfang verteilte elastische ^entrierarme (3o bzw. 39) befestigt sind, die andererseits mit der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) fest verbunden sind.
18. Mehrwegeventil nach -"-nspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (3o) des Hauptventilkörpers (9) einstükkig mit der Umhüllung (25) des Bundes (22) des Hauptventilkörpers (9) verbunden sind, während ihre von der Umhüllung (25) abgewandten -^nden durch einen ersten -canspannring (31) einstükkig miteinander verbunden sind.
19· Mehrwegeventil nach Anspruch I7 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierarme (59) des Steuerventilkörpers (16) einstückig mit dessen Ummantelung (4o) verbunden sind, während ihre von der Ummantelung (4-0 ) abgewandten ^nden durch einen zweiten -kinspannring (38) einstückig miteinander verbunden sind.

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20. kehrwegeventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die von der Umhüllung (25) des Bundes (22), den Zentrierarmen (3o) des Hauptventilkörpers und dem ersten Einspannring (31) gebildete lüaMt als auch die von der Ummantelung (4o) des Steuerventilkörpers (16), den Zentrierarmen (39) des üteuerventilkörpers und dem zweiten Einspannring (38) gebildete Einheit aus Polyuretan "besteht.
21. kehrwegeventil nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Zentrierarme (3o bzw. 39) des Hauptventilkörpers bzw. des oteuerventxlkorpers (16) enthaltenden elastischen Einheiten jeweils zwei stabile Endstellungen besitzen, die der ersten j^ndstellung bzw. der zweiten Endstellung des Hauptventilkörpers (9) entsprechen.
22. Iviehrwegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Länge der Hauptentlüftungsieitung (8) ein hülsenartiger Einsatzkörper (33) in die zylindrische Ausnehmung (1) des Gehäuses eingesetzt ist und mit seinem Umfang an deren Mantelfläche anliegt, wobei der Einsatzkörper (32) den in radialer dichtung vorstehenden ringförmigen Absatz (23) und den Ring (33) der dem Haupt venti Ir aum zugewandten "Vorsprung (42) des Hauptventilkörpers gegenüberliegt, aufweist, wobei die den ringförmigen Absatz (23) mit dem ning (33) verbindende Kantelpartie des Einsatzkörpers (32) zum Hauptventüraum hin über den gesamten

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Umfang eingebeult ist, so daß zwischen der eingebeulten Mantelpartie und der zylindrischen Mantelfläche der axialen Ausnehmung (1) ein mit der Hauptentlüftungsleitung (8) verbundener Singspalt (35) vorhanden ist, der andererseits über Entlüftungsbohrungen (36) in der eingebeulten Mantelpartie mit dem Hauptventilraum (11) verbunden ist.
23. ^ehrwegeventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einspannring (31)» der hülsenartige -Einsatzkörper (32), die Membran (1o) und der zweite Einspannring (38) aufeinanderfolgende aneinander anliegen und fest gegeneinander verspannt sind.
24. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsleitung (4) über mehrere über den Umfang verteilte Abzweigungen in die stirnseitige Ringfläche (2o) mündet.
25. ^ehrwegeventil nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß in der druckleitung (2) ein Speicher oder Tiefpassfilter angeordnet ist.
26. Mehrwegeventil nach einem der -Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilkörper (16) über ein alastisches Glied (56) mechanisch betätigbar ist.

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